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        微硅粉及聚丙烯纖維制備高性能混凝土的研究及應(yīng)用

        2019-07-02 06:43:36韋峰靜龍祖業(yè)
        商品混凝土 2019年6期
        關(guān)鍵詞:混凝土工程施工

        韋峰靜,龍祖業(yè)

        (廣西魚峰混凝土有限公司,廣西 柳州 545008)

        隨著高層建筑、大跨度橋梁、海底隧道等各種高難度的工程飛速發(fā)展,一般的混凝土早已不能滿足工程需求,為了適應(yīng)形勢需要,早在 20 世紀(jì) 80 年代末,一些發(fā)達(dá)國家就已提出混凝土結(jié)構(gòu)的高抗裂、高抗?jié)B透及高耐久性等性能的概念。隨著科學(xué)的研究發(fā)展,混凝土中摻入單種或者多種材料以提高其性能,滿足工程需求也就成為了當(dāng)今混凝土發(fā)展的趨勢。

        1 工程概況

        廣西壯族自治區(qū)柳州市柳東新區(qū)中歐產(chǎn)業(yè)園橫七路管廊是柳州市柳東新區(qū)路網(wǎng)規(guī)劃的重點地下管廊,混凝土等級為 C35P8,是整個新區(qū)地下綜合排水管廊的主通道,所以該處管廊對主體混凝土結(jié)構(gòu)要求較高,既要有高超的抗?jié)B性能,使排水管廊在受到較大洪水沖擊浸泡時不滲漏;又要有很好的耐久性,以降低管廊的維修率,提高管廊的使用年限。經(jīng)設(shè)計方研究決定在該處管廊的混凝土中摻入微硅粉及聚丙烯纖維,以期達(dá)到其結(jié)構(gòu)要求。因摻入微硅粉[1]后的混凝土能增加密實度,抗?jié)B性能提高 5~18 倍,抗碳化能力提高 4 倍以上,還可增加強(qiáng)度,使混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度大大增加,摻入 5%~10% 的微硅粉,抗壓強(qiáng)度可提高 10%~30%,抗折強(qiáng)度提高 10% 以上;而摻入聚丙烯纖維[2]的混凝土,通過聚丙烯纖維的“次要加強(qiáng)筋”作用,可大大減少混凝土的開裂,提高整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的壽命,從而提高混凝土的耐久性。

        2 工程部位對混凝土的要求

        該工程管廊為地下主排水管廊,對混凝土主要性能要求:(1)高密實性,高防水抗?jié)B透能力,抗?jié)B等級達(dá)到 P8;(2)和易性好,設(shè)計坍落度 (160±30)mm,2 小時經(jīng)時坍損控制在 20mm 以內(nèi);(3)高抗裂性,以減少維修率及提高整體結(jié)構(gòu)的耐久性;(4)夏季 7天同條件養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計抗壓強(qiáng)度值的 100%,由于該工程管廊為分節(jié)段施工,在下一節(jié)段施工時,要求上一節(jié)段的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值的 100%,以免由于下一節(jié)段施工震動等造成上一節(jié)段混凝土開裂。

        3 原材料基本情況

        (1)水泥:廣西魚峰牌 P·Ⅱ42.5,其物理性能指標(biāo)如表 1。

        (2)礦粉:柳州臺泥 S95 級,其具體技術(shù)性能指標(biāo)如表 2。

        (3)粉煤灰:廣西來賓電廠 Ⅱ 級,其具體技術(shù)性能指標(biāo)如表 3。

        表1 水泥物理性能

        表2 礦粉技術(shù)性能指標(biāo)

        表3 粉煤灰技術(shù)性能指標(biāo)

        (4)微硅粉:即在冶煉硅鐵和工業(yè)硅時,通過煙道排出的硅蒸汽氧化后,經(jīng)特別設(shè)計的收塵器收集得到的無定形、粉末狀的二氧化硅。微硅粉平均粒徑在0.1~0.15μm,是水泥平均粒徑的幾百分之一。比表面積為 15~27m2/g ,具有極強(qiáng)的表面活性。

        (5)聚丙烯纖維:吸濕率<0.1%,束狀單絲,本次施工采用 6mm 的規(guī)格纖維,密度為 0.91g/cm3,斷裂伸長度 15%~20%,截面形狀為 Y 形,纖維直徑31μm,自分散性好,無吸水性,安全無毒,耐酸堿性極高。

        (6)細(xì)骨料:采用柳州市當(dāng)?shù)厥沂瘷C(jī)制砂及鵝卵石機(jī)制砂搭配使用,搭配后級配為 Ⅱ 區(qū),細(xì)度模數(shù)為 2.8,含泥量控制在 1.5% 以內(nèi),亞甲藍(lán)試驗合格,泥塊含量為 0,不含其他有害物質(zhì)。

        (7)粗骨料:柳州當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)連續(xù)級配的 5~25mm石灰石碎石,針片狀含量為 2.8%,壓碎值為 6.4%,含泥量為 0.1%,泥塊含量為 0,不含其他有害物質(zhì)。

        (8)減水劑:采用當(dāng)下使用最廣泛的聚羧酸高效緩凝減水劑。摻入微硅粉的混凝土容易變稠[3],所以減水劑減水率應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高,本次采用的減水率為26.2%,保坍能力好,緩凝時間充足,與各原材料適應(yīng)性好。

        (9)水:飲用水,其指標(biāo)符合國家混凝土用水標(biāo)準(zhǔn) JGJ 63—2006。

        4 配合比設(shè)計

        4.1 配合比的確定

        根據(jù)以上原材料的檢測數(shù)據(jù),經(jīng)過反復(fù)的配合比試驗對比發(fā)現(xiàn),直接在原配合比基礎(chǔ)上摻入微硅粉和聚丙烯纖維時,混凝土和易性較差。而將微硅粉代替部分的原膠凝材料時,混凝土的和易性好。且各項性能指標(biāo)均達(dá)到工程要求,經(jīng)過不同替代量的試配試驗后,確定出摻入水泥、礦粉和粉煤灰總量的 10% 的微硅粉及摻入1.8kg/m3的聚丙烯纖維效果最佳,得出最佳施工配合比如表 4。

        表4 最佳施工配合比 kg/m3

        4.2 混凝土的各項性能數(shù)據(jù)

        由于該工程是在夏秋兩季施工,此時氣溫較高,空氣相對濕度較低,要求混凝土的保坍性能好,在 2 小時內(nèi)坍落度損失應(yīng)不大于 20mm,且混凝土澆筑方式為泵送,坍落度設(shè)計最大值為 190mm,所以混凝土的漿體必需充足才能易于泵送。根據(jù)以上配合比,得出混凝土拌合物試驗數(shù)據(jù)如表 5。從表 5 可以看出,該混凝土拌合物工作性能滿足設(shè)計及施工要求。

        混凝土力學(xué)性能也滿足要求,抗壓強(qiáng)度 3d 為23.1MPa,7d 為 31.5MPa,28d 為 42.7MPa。并達(dá)到了P8 抗?jié)B等級。摻入微硅粉及聚丙烯纖維,混凝土密實程度高,內(nèi)部氣泡大大減少,聚丙烯纖維在內(nèi)部也起著“次要加強(qiáng)筋”的作用,在達(dá)到高抗?jié)B等級的同時,耐久性也得到了保證,極大的滿足了工程需求。

        表5 混凝土拌合物試驗數(shù)據(jù)

        5 生產(chǎn)及施工概況

        5.1 生產(chǎn)過程控制

        生產(chǎn)前,試驗室技術(shù)員應(yīng)當(dāng)先對砂石含水進(jìn)行測定,將配合比數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)輸入電腦后,相應(yīng)的調(diào)整含水率,經(jīng)確認(rèn)無誤后方可生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中,必須實時觀察混凝土的狀態(tài),切不可私自將坍落度放大超過設(shè)計值,以保證混凝土的質(zhì)量。生產(chǎn)結(jié)束后,還應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn),每 100 方抽樣檢查和易性,并留下標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行后期強(qiáng)度檢測。

        5.2 現(xiàn)場施工

        混凝土到現(xiàn)場后,現(xiàn)場技術(shù)員應(yīng)配合工地試驗員按照標(biāo)準(zhǔn)取樣,測坍落度,觀察混凝土的和易性,確認(rèn)符合要求才能澆筑。在每次混凝土卸料至泵車之前,應(yīng)將罐車快速正轉(zhuǎn) 30s,以避免因罐車用久后,內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形使混凝土中石頭甩尾而漿體沉底,造成混凝土和易性變差。澆筑過程中應(yīng)連續(xù)澆筑,否則容易形成施工冷縫,影響工程質(zhì)量,澆筑后施工方應(yīng)及時覆蓋土工布,并按時灑水養(yǎng)護(hù),避免混凝土開裂。

        6 結(jié)束語

        將微硅粉及聚丙烯纖維同時摻入混凝土,發(fā)揮兩種材料的特性,可將混凝土的性能優(yōu)化。廣西柳州市柳東新區(qū)中歐產(chǎn)業(yè)園橫七路管廊施工結(jié)束后,整體管廊未見任何滲水及開裂,達(dá)到了預(yù)期設(shè)計的效果。隨著混凝土研究的不斷創(chuàng)新發(fā)展,在未來雙摻或者多摻各種材料混凝土將更多的應(yīng)用于工程中。

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