程小娟
(中交路建交通科技有限公司 北京市 100121)
混凝土配合比就是根據(jù)施工要求與工程需求,選擇所需的各種原材料,在保證混凝土工作性能和經(jīng)濟性的條件下,確定各種材料比例組成以及相應的材料用量。良好的配合比是獲得高強度耐用混凝土的必備條件。目前,雖然混凝土配合比設(shè)計已經(jīng)有很大的發(fā)展,創(chuàng)建了相應的國標和行標,以及地方標準和企業(yè)標準[1],但在不同的建設(shè)工地中,每個工地的環(huán)境不同,各地所產(chǎn)的原材料也不同,導致了混凝土配合比設(shè)計不能完全按照標準規(guī)定的公式和方法進行計算配制。隨著對節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展要求的不斷提高,對混凝土性能的要求也越來越高[2]。鑒于此,對高強度混凝土進行實驗研究,設(shè)計了不同水膠比的混凝土,測試其坍落度、抗壓強度等各項性能指標,掌握水膠比對混凝土7d、28d齡期強度的影響規(guī)律,研究水膠比對混凝土各項性能的影響,進而確定最經(jīng)濟、高效的施工方案,選擇滿足工程要求的配料比進行施工,實驗結(jié)論對混凝土在工程實踐中的應用具有重要意義。
甘肅某機場航站樓連接線橋面板采用C60微膨脹混凝土,設(shè)計方量2500m3,采用現(xiàn)澆混凝土施工工藝。該地區(qū)氣候相對干燥,常年受季風影響,晝夜溫差大,水分蒸發(fā)較快。項目附近碎石供應相對豐富,水泥、外加劑等摻和料選擇空間較小。根據(jù)現(xiàn)有條件需要試配出一種性能穩(wěn)定、適用于拌和、運輸、現(xiàn)場澆筑的C60混凝土。
對于新拌混凝土要使之具有良好的和易性,同時不泌水、不分層、不會出現(xiàn)離析現(xiàn)象。新拌混凝土的坍落度要求為160~200mm,而且要確保60min坍落度的損失小于30mm?;炷列螒B(tài)體積穩(wěn)定時,21d限制膨脹率大于0。硬化后混凝土的強度會顯著提高,混凝土28d抗壓強度不小于設(shè)計強度等級的1.15倍。
混凝土是一種必不可少的建筑材料,只有充分利用本地特色的原材料,才有實際的應用價值,要對本地混凝土原材料的品質(zhì),有一個客觀的、全面的認識,以經(jīng)濟適用、方便運輸為前提,找出適合配制C60微膨脹混凝土的原材料。
本試驗選擇中材甘肅的賽馬牌P.Ⅱ52.5硅酸鹽水泥。水泥的品種、礦物所含成分、調(diào)凝劑、堿含量、細度等方面都會影響外加劑的使用效果。
混凝土拌和物的和易性受砂石級配和粒型的影響。潤昌砂場產(chǎn)的天然中砂作為細集料,細度模數(shù)2.94,含泥量1.8%,泥塊含量0.2%,粗集料選擇王峴產(chǎn)的4.75~19mm的連續(xù)級配碎石;碎石針片狀含量為5.3%,含泥量0.2%,泥塊含量0.1%,壓碎值9.6%。
C60混凝土具有大量的膠結(jié)材料,水灰比低,強度要求高,并且混凝土坍落度大。為了滿足混凝土的性能和施工要求,提高混凝土的和易性,減少水泥用量并節(jié)省成本,外加劑的選擇尤為重要[3]。在選擇摻和料時,應考慮摻和料的適應性和保水性,以有效控制混凝土拌和料的坍落度損失,提高混凝土拌和料的保水率,并減少混凝土拌和料的離析和泌水。高性能減水劑是高強度高性能混凝土最常用的外加劑。減水率一般要求大于20%[4]。故選用山西TJXC-B聚羧酸高性能減水劑(標準型),減水劑性能見表1。
表1 減水劑性能
在配制高強混凝土時,應加入具有良好活性的礦物摻和料,特別是效果好的復合摻和料,活性摻和料的火山灰效應能進一步促進混凝土水化,提高混凝土強度;其形態(tài)和微集料效應提高了混凝土的流動性和保塑性,減小了坍落度的經(jīng)時損失,可泵性好,并能顯著改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)和耐久性,選用鑫凱F類I級粉煤灰和福順通S95級礦渣粉。
微膨脹混凝土就是在普通的混凝土中添加一種膨脹劑,使混凝土在水化期間能夠依靠膨脹劑的作用而發(fā)生一定膨脹,從而彌補了混凝土的收縮,達到防治混凝土收縮的性能,膨脹劑的化學成分及物理性能見表2。
表2 膨脹劑化學成分和物理性能
選用湖北順遠HEA型膨脹劑,HEA型抗裂膨脹劑可與水泥水化產(chǎn)物結(jié)合生成大量的礦物微膨脹晶體,可以降低混凝土在靜水壓力下的透水性,同時具有堵塞和切斷毛細通道的功能,進一步減少混凝土的泌水性,提高混凝土的密實度,提高混凝土的抗裂性能;此外,HEA型抗裂膨脹劑摻進混凝土中,能提供一種特殊的憎水涂層,減小壓力作用下的水分遷移,有效提高混凝土對有害物質(zhì)的耐腐蝕性和耐久性,使混凝土具有結(jié)構(gòu)自防水和抗裂防滲的性能,從而提高混凝土的耐久性。
選用生活飲用水-自來水。
C60微膨脹混凝土的水灰比低,混凝土的流動性是一項重要的指標。當混凝土強度等級在C60級以上時,水膠比與混凝土強度的線性關(guān)系較差,分散性較大,鮑羅米公式只對C60等級以下的混凝土適用。但對于高強混凝土鮑羅米公式適用性不大,其水膠比的確定只能按現(xiàn)有的試驗資料來參照,然后通過試配進行調(diào)整,高強混凝土水膠比計算仍可采用鮑羅米公式,但與普通混凝土不同的是其回歸系數(shù)有所改變。混凝土的強度值見表3。
表3 C60混凝土強度值
(1)
式中,aa,ab—回歸系數(shù);
fb—膠凝材料28d膠砂抗壓強度實測值(MPa);
fcu,o—混凝土配制強度(MPa)。
C60微膨脹混凝土屬于高性能混凝土。根據(jù)《高強混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工指南》第二版要求混凝土的施工配制強度不能低于設(shè)計強度的1.15倍,因此根據(jù)規(guī)范可得出該混凝土配制強度不小于69MPa。目前無完善的公式可以選用,故根據(jù)資料統(tǒng)計水膠比可采用0.28~0.32。
水泥為硅酸鹽水泥,粉煤灰摻量取10%,礦渣粉摻量取15%。依據(jù)廠家說明HEA型膨脹劑摻量取6%。試驗方法為外摻法。
主要考核指標:按填充用膨脹混凝土配制,分析其不同齡期內(nèi)豎向自由膨脹率及7d、28d的抗壓強度;按補償收縮混凝土配制,考慮其在水中及空氣中的限制膨脹率及28d抗壓強度[5]。
對試驗成果進行多方面的比較,最終確定膨脹劑摻量是6%。
摻量計算,確定每立方米用水量(mwo)。設(shè)計坍落度160~200mm,根據(jù)碎石及砂樣品情況,查表確定用水量217kg,由于摻入了減水劑,經(jīng)試配確定減水劑的減水率為32%,調(diào)整后選用用水量為217×(1-32%)=148kg/m3;每立方米混凝土拌和物用量見表4。
表4 每立方米混凝土拌和物用量
根據(jù)碎石及砂樣品情況,初步暫定砂率為βs=37%。
按質(zhì)量法計算粗細集料的質(zhì)量,假定水泥混凝土的表觀密度(mcp)為2450kg/m3。通過以下計算公式:
mco+mfo+mko+mgo+mso+mwo+mwj=mcp
(2)
(3)
(4)
(5)
解得:mso=647kg/m3,mgo=1102kg/m3,結(jié)合表4每立方米混凝土拌和物的用量,可得到基準配合比見表5。
表5 基準配合比(單位:kg/m3)
按計算水泥混凝土基準配合比(W/B=0.27),同時以基準配合比的水膠比為基準分別減少0.03和增加0.03,用水量與基準配合比保持一致。砂率分別減少1%和增加1%進行試拌。經(jīng)試驗,混凝土拌和物和易性良好,各材料用量及其拌和物坍落度、表觀密度見表6,各材料用量及其混凝土7d、28d強度見表7。
表6 各材料用量及其拌和物坍落度、表觀密度
表7 各材料用量及其混凝土強度
不同水膠比情況下7d、28d的混凝土抗壓強度變化見圖1,隨著水膠比的增大,混凝土的抗壓強度呈現(xiàn)線性降低的趨勢。
圖1 混凝土抗壓強度與水膠比關(guān)系曲線
C60微膨脹混凝土需要充分濕養(yǎng)護才能更好地發(fā)揮其膨脹效應,施工期間,應保持一定的環(huán)境溫度。如果環(huán)境溫度低于5℃時,要采取保溫措施。夏季天氣酷熱,砂石要采用一定的遮陽措施,當混凝土澆注完成后,其應避免在烈日下暴曬,或遭受雨水侵襲;在常溫下,膨脹水泥混凝土澆注后4h應進行遮蓋,8~12h要開始澆水養(yǎng)護,當拆模后需大量的水進行澆水養(yǎng)護,使混凝土保持在潮濕或半濕潤狀態(tài)。養(yǎng)護時間不能低于14d,同時應快速檢測限制膨脹率。
C60微膨脹混凝土在配合比設(shè)計過程中,受到原材料品質(zhì)、環(huán)境溫度、拌和工藝等多方面因素影響,需要多崗位協(xié)同作戰(zhàn)才能確?;炷恋馁|(zhì)量。
通過對原材料的化學和物理性能進行對比,挑選出適合的原料;對摻和料的設(shè)計計算,得出每個材料的基準配合比。按基準配合比的基準,對水膠比分別減少0.03和增加0.03,砂率分別減少1%和增加1%進行試拌;通過試驗分析結(jié)果表明,隨著水膠比和砂率的增加,混凝土的7d、28d抗壓強度和坍落度呈線性降低的趨勢。由此可見,水膠比對混凝土強度起到關(guān)鍵作用。
研究表明,在微膨脹混凝土的配合比設(shè)計、生產(chǎn)、施工等方面必須嚴格控制與管理,并進一步加強混凝土的養(yǎng)護和檢測,不斷總結(jié)和改進,高標號微膨脹混凝土施工質(zhì)量完全可控。