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        裝配式結(jié)構(gòu)后澆節(jié)點(diǎn)快硬無(wú)收縮混凝土的配制

        2019-11-25 08:58:50段文川李媛梁冬楊俊凱周麗
        重慶建筑 2019年11期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        段文川,李媛,梁冬,楊俊凱,周麗

        (重慶建工住宅建設(shè)有限公司,重慶 400015)

        0 引言

        裝配式混凝土結(jié)構(gòu)依靠節(jié)點(diǎn)及拼縫將預(yù)制構(gòu)件連接成為整體[1-2],連接節(jié)點(diǎn)合理的連接,保證了構(gòu)件的連續(xù)性和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性[3-4],因此,節(jié)點(diǎn)連接的可靠性和整體性是影響裝配式結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)后澆混凝土將預(yù)制構(gòu)件連成一體的概念建立在與全現(xiàn)澆框架的強(qiáng)度和延性相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)之上,其節(jié)點(diǎn)連接性能可靠,總體性能與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)相當(dāng)[5]。但目前后澆混凝土普遍存在施工及凝結(jié)硬化周期長(zhǎng),體積收縮大和易開(kāi)裂的問(wèn)題[6],因而限制了裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展與推廣。

        本文針對(duì)現(xiàn)有裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接區(qū)域后澆混凝土的不足之處,研究開(kāi)發(fā)更適用于裝配式結(jié)構(gòu)的快硬無(wú)收縮混凝土,有利于促進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中施工與結(jié)構(gòu)一體化關(guān)鍵技術(shù)的完善與發(fā)展。

        1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

        1.1 膠凝材料

        唐山北極熊建材有限公司生產(chǎn)的硫鋁酸鹽水泥 (R·SAC42.5),理化性能見(jiàn)表1和表3。冀東生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥(OPC42.5R),理化性能見(jiàn)表2和表3。

        1.2 礦物摻合料

        采用珞電Ⅰ級(jí)灰,其具體性能指標(biāo)見(jiàn)表4。礦渣為S95級(jí),具體性能指標(biāo)見(jiàn)表5,二者化學(xué)成分見(jiàn)表6。

        1.3 粗細(xì)集料

        表1 硫鋁酸鹽水泥的物理性能

        表2 普通硅酸鹽水泥的物理性能

        表3 水泥的化學(xué)成分

        表4 珞電一級(jí)粉煤灰性能指標(biāo)

        表5 礦渣粉性能指標(biāo)

        表6 摻合料的化學(xué)成分

        細(xì)集料采用混合砂,將機(jī)制砂和天然砂按一定比例混合,滿足二區(qū)級(jí)配。粗集料為重慶地區(qū)產(chǎn)卵碎石,粒徑范圍5~20mm。

        1.4 外加劑

        PCA聚羧酸高性能減水劑;復(fù)配膨脹劑(A生石灰;B硫鋁酸鈣)。

        1.5 配合比

        配合比如表7所示。

        表7 C40混凝土配比表(每m3)

        2 試驗(yàn)方法

        2.1 水泥凈漿流動(dòng)度

        按照 《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》JC/T 1083-2008的規(guī)定進(jìn)行。

        2.2 混凝土工作性能

        混凝土工作性的測(cè)試指標(biāo)主要為坍落度,試驗(yàn)按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50080-2016進(jìn)行。

        2.3 混凝土力學(xué)性能

        混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)為立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),試件尺寸為100mm×100mm×100mm,按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081-2016進(jìn)行。

        2.4 混凝土抗?jié)B性

        按照 《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》GB/T 50082-2009進(jìn)行。

        2.5 混凝土限制膨脹率

        按照 《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》GB 50119-2013的規(guī)定測(cè)試各齡期試件長(zhǎng)度,限制膨脹率按式(1)計(jì)算。

        式中:ε為所測(cè)齡期的限制膨脹率(%);L1為所測(cè)齡期的試件長(zhǎng)度測(cè)量值,單位mm;L為初始長(zhǎng)度測(cè)量值,單位mm;L0為試件的基準(zhǔn)長(zhǎng)度,300mm。

        3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        3.1 硫鋁酸鹽水泥摻量對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響

        膠凝材料選擇硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥復(fù)合體系,復(fù)合膠凝材料膠砂強(qiáng)度隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的變化和齡期的不同呈現(xiàn)出不同的發(fā)展趨勢(shì),見(jiàn)圖1。

        圖1 硫鋁酸鹽水泥對(duì)膠凝材料膠砂強(qiáng)度的影響

        對(duì)于早期強(qiáng)度,硫鋁酸鹽水泥摻量在0~10%內(nèi)增加時(shí),復(fù)合膠凝材料的膠砂強(qiáng)度持續(xù)提高,但繼續(xù)增大比例對(duì)強(qiáng)度的提高效果不大,這是因?yàn)榱蜾X酸鹽水泥本身具有快硬早強(qiáng)的性質(zhì),在水化早期就生成了大量的鈣礬石,給漿體提供了較大的抗壓強(qiáng)度。對(duì)于28d齡期,在0~30%以內(nèi),提高硫鋁酸鹽水泥摻量對(duì)強(qiáng)度是有利的。隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的進(jìn)一步增加,膠凝材料的膠砂強(qiáng)度先降低再增加,這是由于硫鋁酸鹽水泥摻量過(guò)大導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間太快,部分水泥來(lái)不及水化;另一方面隨著水化的進(jìn)行,少量CSH凝膠填充了鈣礬石的孔隙,但部分未水化水泥形成了結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn),后期強(qiáng)度明顯降低。硫鋁酸鹽水泥摻量在20%時(shí)復(fù)合膠凝材料的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均可達(dá)到較高強(qiáng)度。

        3.2 膨脹劑對(duì)膠砂水中限制膨脹率的影響

        復(fù)配膨脹劑原材料為A生石灰、B硫鋁酸鈣。二者按照A∶B=1∶1、1∶2和2∶1三種比例混合得到3中膨脹劑,膠凝材料為硫鋁酸鹽水泥摻量20%的復(fù)合膠凝材料。7d水中限制膨脹率的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

        圖2 不同膨脹劑的7d水中限制膨脹率

        從圖2可知,三種膨脹劑均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求(7d水中膨脹率大于等于0.025%),且以A:B=2:1的效果最好。這是因?yàn)閺?fù)合膠凝體系中摻有20%的硫鋁酸鹽水泥,體系中的三氧化硫含量較高,含氧化鈣的膨脹劑除了氧化鈣水化產(chǎn)生的體積膨脹外,其水化產(chǎn)物還為膠凝體系提高了鈣含量,對(duì)硫鋁酸鹽膨脹劑起到了一定促進(jìn)作用,二者產(chǎn)生了較好的疊加效益。

        3.3 減水劑對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響

        選擇應(yīng)用比較廣泛的聚羧酸減水劑(PCA)進(jìn)行試驗(yàn),見(jiàn)圖3。

        圖3 PAC摻量對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響

        試驗(yàn)結(jié)果表明:摻有PCA減水劑的水泥漿體初始流動(dòng)度較大,飽和點(diǎn)明顯,為1.0%左右;30min后PCA減水劑飽和摻量?jī)魸{流動(dòng)度損失小,PCA減水劑可以使復(fù)合膠凝材料水泥漿體具有良好的流動(dòng)性。

        3.4 礦物摻合料對(duì)混凝土坍落度的影響

        試驗(yàn)在相同的水膠比條件下,保持膠凝材料的總量不變,比較摻合料的摻加量對(duì)混凝土性能的影響,配比見(jiàn)表8。

        從摻合料種類和摻量對(duì)新拌混凝土坍落度的影響分析,粉煤灰對(duì)坍落度的影響較礦粉更加明顯,因?yàn)榉勖夯翌w粒呈球形,對(duì)流動(dòng)性貢獻(xiàn)較大;而復(fù)合以后的效果,隨著摻合料摻量的增加,坍落度逐步提高。

        表8 不同摻合料摻量的復(fù)合膠凝材料混凝土配合比及初始坍落度

        3.5 礦物摻合料摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

        試驗(yàn)配比仍采用表8中的配比設(shè)計(jì),抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。

        圖4 礦物摻合料摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

        在復(fù)合膠凝體系的混凝土中,加入摻合料后,強(qiáng)度有所降低,尤其是早期強(qiáng)度降低明顯,且摻量越高降低幅度越大。因此礦物摻合料用量不應(yīng)過(guò)大。

        3.6 混凝土配合比設(shè)計(jì)及混凝土性能

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及現(xiàn)行普通混凝土配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 55-2011)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),見(jiàn)表9,并對(duì)其抗壓強(qiáng)度、坍落度、限制收縮率和抗?jié)B性能進(jìn)行測(cè)試。

        3.6.1 配合比設(shè)計(jì)

        混凝土配合比如表9所示,設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40。

        表9 C40混凝土配比表(每m3)

        3.6.2 抗壓強(qiáng)度

        試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5,所設(shè)計(jì)的快硬無(wú)收縮混凝土,早期強(qiáng)度發(fā)展迅速,后期強(qiáng)度也有明顯增長(zhǎng),滿足設(shè)計(jì)要求

        3.6.3 坍落度

        坍落度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表10。經(jīng)測(cè)定,所設(shè)計(jì)的適用于裝配式構(gòu)件的快硬無(wú)收縮混凝土的工作性能可滿足實(shí)際施工需求。

        圖5 混凝土的強(qiáng)度發(fā)展

        表10 坍落度測(cè)試結(jié)果

        3.6.4 限制膨脹率

        經(jīng)測(cè)定,所設(shè)計(jì)的快硬無(wú)收縮混凝土,14d水中的限制膨脹率為0.026%,然后放入溫度20℃、濕度大于60%的環(huán)境中至28d齡期,測(cè)定體積變形結(jié)果為0.005%,說(shuō)明混凝土早期具有微膨脹性能,且隨著齡期的增長(zhǎng),混凝土的膨脹沒(méi)有發(fā)生倒縮,這就有利于提高混凝土與預(yù)制構(gòu)件間的粘結(jié)力,從而提高結(jié)構(gòu)的整體受力。

        3.6.5 抗?jié)B性能

        根據(jù)表9進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)并對(duì)其抗?jié)B性能進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表11所示。

        表11 抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

        結(jié)果表明:混凝土可達(dá)到P9抗?jié)B等級(jí),說(shuō)明混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)。

        4 結(jié)論

        (1)根據(jù)硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的性能特點(diǎn),將二者復(fù)合,利用高效減水劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑和礦物摻合料對(duì)其性能進(jìn)行優(yōu)化,制備了高流動(dòng)性、高強(qiáng)度、無(wú)收縮的混凝土,其中硫鋁酸鹽水泥用量不宜超過(guò)20%,礦物摻合料用量不宜超過(guò)20%。

        (2)所配制的混凝土1d強(qiáng)度達(dá)24.6MPa,28d強(qiáng)度達(dá)54.8MPa,28d空氣中限制膨脹率為0.005%,抗?jié)B性能好,工作性好,完全滿足工程需求。

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