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        超高泵送山砂高強(qiáng)高性能混凝土研究與應(yīng)用

        2020-09-17 04:41:08何信周陳亦蘇田海剛袁義進(jìn)貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司貴州貴陽550006中建西部建設(shè)貴州有限公司貴州貴陽550006
        綠色建筑 2020年2期
        關(guān)鍵詞:水粉性能指標(biāo)泵送

        何信周,陳亦蘇,廖 昶 ,田海剛,袁義進(jìn) (.貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司, 貴州 貴陽 550006;.中建西部建設(shè)貴州有限公司, 貴州 貴陽 550006)

        隨著城市建筑的迅速發(fā)展,超高層建筑的地位越發(fā)凸顯。在各大城市地標(biāo)建筑、代表性建筑不斷刷新高度記錄的同時,諸多技術(shù)問題亟待解決。高強(qiáng)混凝土的黏度大,在垂直高度 > 300 m 超高層建筑的泵送過程中造成了很大的困難[1]。隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展,各地砂源緊缺問題凸顯,人們對機(jī)制砂的應(yīng)用日益重視,而山砂作為貴州最為普遍的建筑材料,貴州地區(qū)普通山砂混凝土的使用已有 60 余年,并已積累了較多的使用經(jīng)驗(yàn)。因而,超高泵送高強(qiáng)高性能混凝土技術(shù)研究迫在眉睫。

        本文通過對原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、新拌混凝土工作性能、混凝土耐久性能指標(biāo)等的研究,配制出了工作性能良好的山砂混凝土,對推動貴州省超高層建筑施工及高強(qiáng)高性能混凝土的發(fā)展具有重要的參考價值。

        1 研究難點(diǎn)與目標(biāo)

        1.1 研究難點(diǎn)

        (1)技術(shù)難點(diǎn):山砂需水量大,選用山砂配制 C 70、C 65、C 35 超高泵送高性能混凝土,泵壓損失及泵送阻力大,施工性差,單方用水量高,強(qiáng)度保證率低。

        (2)材料控制難點(diǎn):山砂存在級配較差、兩極分化嚴(yán)重、石粉含量重、MB 及細(xì)度波動大、粒形狀不規(guī)整,碎石棱角分明、針片狀多、抗壓強(qiáng)度低等問題[2]。

        (3)施工難點(diǎn):山砂吸水率大、石粉含量高導(dǎo)致混凝土保坍性能差、超高層建筑垂直泵送阻力大。

        1.2 研究目標(biāo)

        利用貴州地區(qū)山砂資源,配制出具有良好施工性能、力學(xué)性能及長期性能的 C 70、C 65、C 35 高性能山砂混凝土。同時,通過對泵送設(shè)備的研究和改進(jìn),達(dá)到項(xiàng)目正常泵送施工要求,為貴州地區(qū)推廣應(yīng)用山砂高強(qiáng)高性能混凝土超高泵送打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        2 不同高性能山砂混凝土的研制

        2.1 原材料選擇

        本文所選原材料以貴州地區(qū)常用原材料為主,對攪拌站周邊原材料進(jìn)行優(yōu)選。

        表1 水泥常規(guī)性能指標(biāo)

        (2)礦粉:選用遵義 L 70 級普通磷渣粉,礦粉質(zhì)量穩(wěn) 定、生產(chǎn)能力較好。其主要性能指標(biāo),見表2。

        表2 礦粉常規(guī)性能指標(biāo)

        (3)粉煤灰:選用貴州大量使用的 F 類 Ⅱ 級粉煤灰。其主要性能指標(biāo),見表3。

        表3 粉煤灰常規(guī)性能指標(biāo)

        (4)粗集料:選用貴陽漣江源砂廠生產(chǎn)的 5~20 mm連續(xù)級配碎石,顆粒形狀良好。其主要性能指標(biāo),見表4。

        表4 粗集料性能指標(biāo)

        (5)細(xì)集料:選用貴陽白云附近砂廠所生產(chǎn)的 II 區(qū)中砂及水洗砂。其主要性能指標(biāo),見表5。

        表5 細(xì)集料性能指標(biāo)

        (6)外加劑:選用貴陽某廠家生產(chǎn)的高效聚羧酸減水劑,固含量 17%、砂漿減水率 28%、混凝土減水率 32%。其主要性能指標(biāo),見表6;C 35 外加劑主要性能指標(biāo),見表7。

        表6 高濃外加劑性能指標(biāo)

        表7 C 35 外加劑性能指標(biāo)

        C 35 用緩凝型高效聚羧酸減水劑,外加劑中提升引氣劑及消泡劑比率,增加保坍成分,混凝土減水率 25%,引氣含量初始達(dá)到 4.5%,確?;炷?3 h 仍能正常施工。

        2.2 配合比設(shè)計(jì)

        本試驗(yàn)參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》及 JGJ/T 283—2012 《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)?;炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度以 28 d 試壓強(qiáng)度為準(zhǔn)。本文將砂中石粉充當(dāng)粉料進(jìn)行應(yīng)用,水粉比與水膠比相結(jié)合進(jìn)行配合比驗(yàn)證。同時為了調(diào)整混凝土黏度及工作性,高標(biāo)號用 5-20 連續(xù)級配碎石,低標(biāo)號采用 5-25 碎石搭配 5-16 碎石使用。通過大量試驗(yàn),初步確定膠凝材料用量及各組分比例,根據(jù)水粉比理論[3]及混凝土工作性能初步確定混凝土粗細(xì)砂比例、砂率及用水量,外加劑摻量固定,同時根據(jù)后期強(qiáng)度,確定了混凝土基準(zhǔn)配合比,見表8。

        為滿足低標(biāo)號超高層泵送施工要求,因此本試驗(yàn)通過對水粉比的控制、外加劑引氣劑與消泡劑合理搭配、合理調(diào)整粗細(xì)砂比例、搭配使用 5-16 及 5-25 碎石、提高單方用水量,高水膠比低水粉比的調(diào)整思路,解決混凝土黏聚性、保水性、保坍性及泵壓損失等。

        國有林場撲火隊(duì)伍建設(shè)要加大經(jīng)費(fèi)投入,保障足夠資金投入購置和更新防火機(jī)具和撲火裝備,切實(shí)加強(qiáng)撲火隊(duì)伍基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和規(guī)范化建設(shè)。

        表8 C 65 水粉比對混凝土工作性影響

        通過大量試驗(yàn)驗(yàn)證,混凝土在砂石質(zhì)量不變的前提下,C 70 混凝土水膠比不宜超過 0.33、水粉比不宜低于 0.28 且不能超過 0.33;C 65 混凝土水膠比不宜超過 0.32、水粉比不宜低于 0.28 且不能超過 0.32;C 35 混凝土水膠比不宜超過 0.45 且不宜低于 0.40、水粉比不宜低于 0.34 且不能超過0.45。以 C 65 為列,保持膠凝材料不變情況下。水粉比對混凝土工作性影響,見表8。

        表8 中,水粉比為 0.26 時,全用細(xì)砂,砂粉底為12.7%;水粉比為 0.32 時,將水洗砂中石粉全洗掉,粉底基本為 0%,細(xì)度模數(shù)為 3.4,級配較差,混凝土工作性不好,泵送性差?;诖耍罱K選定試驗(yàn)配合比,見表9。

        表9 試驗(yàn)配合比

        2.3 新拌混凝土工作性試驗(yàn)

        根據(jù)試驗(yàn)配合比進(jìn)行試配驗(yàn)證,對混凝土坍落度、擴(kuò)展度、經(jīng)時損失、倒坍時間及含氣量等初始性能進(jìn)行檢測。同時針對 C 70 混凝土進(jìn)行 L 型箱、J 環(huán)試驗(yàn)、倒坍時間等自密實(shí)混凝土常規(guī)性能指標(biāo)檢測。新拌混凝土工作性檢測數(shù)據(jù),見表10。

        表10 新拌混凝土工作性

        由表9 可知,混凝土 2 h 后坍落度/擴(kuò)展度仍>220/600;倒坍時間 5 s 以內(nèi),混凝土 2 h 后仍具有很好的流動性及施工性能,滿足長時間施工要求。按 C 70 試驗(yàn)配合比進(jìn)行 L 箱試驗(yàn)時,混凝土分 3 次裝入 L 箱中,10 s 內(nèi)完全填充;自由通過 L 箱后高差 1 cm,達(dá)到自密實(shí)混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。按 J 環(huán)試驗(yàn)步驟,混凝土自由流淌至靜止后,測其擴(kuò)展度為 710 mm;混凝土坍落度試驗(yàn)測試結(jié)果,擴(kuò)展度為730 mm、PA 值為 20 mm,滿足自密實(shí)混凝土 PA 2 指標(biāo)要求,說明本次試驗(yàn)混凝土鋼筋通過性很好。倒坍時間檢測只有 4.1 s,混凝土流動性及流速完全符合自密實(shí)混凝土標(biāo)準(zhǔn)要求。

        2.4 強(qiáng)度及耐久性能

        混凝土用 150 mm×150 mm×150 mm 標(biāo)準(zhǔn)試模成型3 組試塊,分別測定 7 d、14 d、28 d 強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果,見表11。

        表11 抗壓強(qiáng)度及電通量

        由表10 可以看出:混凝土 28 d 強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的115% 以上,滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求;電通量符合高性能混凝土要求。

        3 工程應(yīng)用

        本文研究內(nèi)容已應(yīng)用于貴陽某超高層項(xiàng)目。C 70 高強(qiáng)混凝土泵送高度已達(dá) 75 m,出泵坍落度/擴(kuò)展度最少230/650 mm,28 d 混凝土平均強(qiáng)度達(dá)到 83.4 MPa;C 65高強(qiáng)高性能混凝土泵送高度已達(dá)到 165 m,出泵坍落度/擴(kuò)展度最少 220/600 mm,28 d 混凝土平均強(qiáng)度達(dá)到 76.3 MPa;C 35 高性能混凝土泵送高度已達(dá)到 280 m,出泵坍落度/擴(kuò)展度最少 220/550 mm,28 d 混凝土平均強(qiáng)度達(dá)到45.7 MPa。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)垂直泵送高度將達(dá)到 375 m。本項(xiàng)目山砂混凝土超高泵送的成功應(yīng)用,將推動超高層建筑施工及高強(qiáng)高性能機(jī)制砂混凝土的快速發(fā)展。

        4 結(jié) 語

        (1)通過調(diào)整山砂類別、各組分礦物摻和料用量及水膠比,選用 5~20 mm 連續(xù)級配碎石,可以做出 C 70、C 35 等超高泵送混凝土。

        (2)通過調(diào)整水粉比、合理選用砂率、調(diào)整外加劑增稠劑、引氣劑及消泡劑比例,可以降低山砂混凝土黏度,得到低黏度、良好工作性能的 C 70、C 35 超高泵送山砂混凝土。

        (3)通過調(diào)整外加劑種類及保坍成分,可以解決山砂混凝土保坍能力不足的問題,得到 3 h 以上仍具有良好工作性能的混凝土。

        (4)通過調(diào)整碎石粒徑、水粉比及合理砂率,可以做出良好工作性能的 C 70 山砂自密實(shí)混凝土。

        (5)試驗(yàn)強(qiáng)度、電通量結(jié)果表明,所研究的混凝土具有很好的耐久性,滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

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