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大体积混凝土原材料控制和配合比设计
admin在2019-08-02发布 频道:行业资讯 标签:大体积 混凝土 配合比
     
摘要:随着建筑技术的不断发展,高层建筑、复杂建筑越来越多,混凝土浇筑体积也越来越大,由于混凝土本身特性,诸如化学收缩、干燥收缩,使得混凝土体积变形较大;由于体积较大、混凝土温升较大,约束应力、收缩应力和温度应力等协同作用,使得混凝土极易开裂。因此怎样控制混凝土水化热低、混凝土较高的匀质性、较低的温度应力,不仅仅是施工工艺能够解决的,更需要对混凝土原材料、配合比设计等要素进行控制。由于混凝土开裂因素较多,本文将就混凝土质量、原材料控制和配合比设计进行论述。

1 大体积混凝土开裂的主要原因
  大体积混凝土浇筑后,部分工程很快就会产生裂缝,部分工程3d后出现裂缝,也有工程在14d后出现裂缝,裂缝出现的时间不同,原因亦不同,裂缝产生的原因如下:
1.1 收缩裂缝
  混凝土的收缩主要是由化学收缩、干燥收缩所造成的,混凝土体积较大、水泥用量较高时,将会产生较大的化学收缩;混凝土浇筑后,由于养护方式不当,将会有大量的游离水被蒸发,由于水分的损失,造成混凝土的干燥收缩,干燥收缩和所处的环境有较大关系,在不同的温度、湿度和风的作用下,混凝土失水速度将有巨大的差距。当收缩应力大于混凝土拉应力时将会产生收缩裂缝。
1.2 温度裂缝
  大体积混凝土中,水化热集中,温升较大,产生较大的温度应力,当温度应力大于混凝土拉应力将会产生温度裂缝。 水化热是混凝土内部温升的主要来源,因此应控制水泥的水化热,或采用大掺量矿物掺合料来降低水化热,通过养护制度降低混凝土温差,降低混凝土的温度应力,降低混凝土开裂的风险。
1.3沉 降裂缝
  混凝土在浇筑过程中,由于混凝土是由固液气三相非匀质体系组成,各种材料比重不同,在未硬化前极易分层、离析和泌水,使得混凝土集料下沉,浆体上浮,
质性变差,硬化时拉应力不均匀,混凝土收缩时,在薄弱区较易开裂,随着收缩和温度应力的增加,裂缝将迅速发展。
  结构的约束应力产生的裂缝以及结构本身变形沉降产生的裂缝,在此文不做论述。

2 大体积混凝土的质量要求
  混凝土浇筑体量较大,混凝土易于离淅泌水,混凝土水化热较大,温升较高,因此混凝土质量要求更高。
2.1 混凝土匀质性
  混凝土需具备足够的粘聚性,不分层、不离析,不泌水;不同批次混凝土必须具有相同的工作性,不能坍落度时大时小。要求混凝土坍落度保持性能良好,以避免由于等待或其他原因,在浇筑时混凝土坍落度过小。混凝土开裂主要原因是由于混凝土浇筑时!斜落度控制不准,造成不同区域混凝土匀质性较差。即使混凝土坍落度控制较好,也可能由于混凝土本身抗沉降性能较差、粘度不够在塑性阶段,浆骨分层,造成应力集中。
2.2 混凝土凝结时间
  混凝土浇筑后,在早期水泥水化较快,水化放热较集中,温升太大易于产生裂缝。凝结时间太长易于泌水和产生早期塑性裂纹,因此必须根据混凝土浇筑环境和施工工艺,确定合理凝结时间。
2.3  强度
  混凝土强度应满足设计要求,由于为了降低水化热,一般掺合料用量较高,因此宜采用60d或90d强度进行验收。
其他技术指标应满足结构设计和施工要求。

3 大体积混凝土原材料控制
  大体积混凝土的特殊性,决定了大体积混凝土对原材料的具体要求。
3.1   水泥
  大体积混凝土宜选用低热水泥,如矿渣硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥、或中低热硅水泥大体积混凝土施工所用水泥其3d的水化热不宜大于240kJ/kg,7d的水化热不宜大于270kJ/kg;混凝土有抗渗指标要求时,所用水泥的铝酸三钙(C3A)含量不宜大于8%;水泥在搅拌站的入机温度不宜大于60°C。
3.2   掺合料
  通常大体积混凝土为了进一步降低水化热,采用大掺量矿物掺合料的技术路线。选用粉煤灰和矿粉作为矿物掺合料,宜选用二级以上,含碳量、游离氧化钙低粉煤灰。由于掺量较大,混凝土的
质性要求掺合料的质量必须稳定。
3.3 减水剂
  混凝土必须具有较高的粘聚性,传统木质素系和萘系减水剂,由于作用机理的限制,一般很难保证混凝土在较大流动性时,还能保持较高的粘聚性,因此建议优选聚羧酸系高性能减水剂。
  对于大体积混凝土的浇筑,需要极佳的工作性和良好的坍落度保持能力。如工作性不佳,易于造成混凝土在泵送时堵泵,将极大的影响整个施工的节拍,大体积混凝土的浇筑需要大量的运输车甚至较远距离的运输,并且需排队等候,因此必须具有极佳的坍落度保持能力,否则在浇筑前很难 调整到满足要求。
  聚羧酸系高性能减水剂的主要作用机理为静电有卩斥和空间位阻效应,由于该外力口剂具有强大的空间位阻效应,显著降低混凝土收缩;具有较高的减水率,可明显降低混凝土单方用水量,以减少混凝土收缩;具有较高的粘聚性,使得混凝土分散更加均
,减少混凝土分层离析的可能性。
3.4   集料
  细集料宜采用中砂,其细度模数宜大于2. 3,含泥量不应大于3%;
  粗集料宜选用粒径5〜3L 5mm,连续级配,含泥量不应大于1%;
  应选用非碱活性的粗集料;
  当采用非泵送施工时粗集料的粒径可适当增大;
  所有原材料应能确保供应能力,尤其水泥和外加剂,宜选用大厂并具有大工程连续供应经历的厂家。

4 大体积混凝土配合比设计
  采用混凝土 60d或90d强度作指标时,应将其作为混凝土配合比的设计依据;
  拌合水用量不宜大于175kg/m3
  粉煤灰掺量不宜超过胶凝材料用量的40% ;
  矿渣粉的掺量不宜超过胶凝材料用量的50% ;
  水胶比不宜大于0.50;
  砂率宜为35〜42%。

5 场拌实验
  经过实验室的初步试验全部满足技术要求后,必须进行场拌试验以确保混凝土工程的顺利。场拌试验所有参与的搅拌站全部都要进行,场拌试验重点监控测试项目
搅拌和计量设备的监控;
  原材料的检查;
  混凝土出机坍落度、和易性检查、出机混凝土温度、工作性的测试;
  不同时间工作性的测试;
  泵送的测试、泵管的设计、泵送压力、出泵混凝土状态的监测;
  温升的初步测量,凝结时间的测试。

6 应用案例
6.1    环球金融大厦
  地上101层,建筑主体高度492m,地下3层,混凝土总方量234, 500m3,地上:99, 800 m3
  地下:134, 700 m3
  基础大体积混凝土总方量36000方,其中一次连续浇筑28000方,由8个搅拌站供应。为确保 八个搅拌站所供应混凝土
质性和工作性相同,采用相同的配合比、原材料,包括外加剂。并进行 多次混凝土配合比验证,混凝土测试结果如下表:
CONCRETE TRIAL TEST REPORT
Date: 0ct 12 2004-0ct 15 200                            Concrete Temperature: 20 24C
RMC Stump
Required
Grade water
(kg)
opc
(g)
Flyash
(kg)
Slag
(g)
sand
(kg)
aggre
gate
(kg)
Visco
Crete
Slump (outdoor) (cm) Setting time Air
(%)
3min 60min 120min Initial Final
Puxin 180mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.90% 200 195 185 9 hi Omin 1lhl5min 1. 9
150mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.80% 175 145 150     2. 1
PulHan 180mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.90% 190 160 150 lOh25min 13hl0min 1. 7
150mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.80% 170 170 150     1. 6
Chang
qiao
2Plants
180mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.90% 200 170 160 1lh05min 13h20min 1. 8
150mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.80% 170 170 160     1. 5
Hong
chent
180mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.90% 200 170 150 9hl1min 1lh22min 1. 8
150mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.80% 180 150 135      
Fukang 180mm C40 170 270 70 70 780 1040 0. 90% 195 180 155 10h55min 13h05min 1. 8
150mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.80% 170 170 150      
Tang
chen
180mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.90% 215 195 185 9h25min 12hl0min 2. 2
150mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.80% 175 155 150     2. 1
Nanhang 180mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.90% 205 200 175 lOh36min 12h48min 1. 4
150mm C40 170 270 70 70 780 1040 0.80% 180 170 150      
Comments: Fresh concrete is very cohesive,creamy,Slump life is good.
  经过连续40小时的泵送浇筑,混凝土和易性、粘聚性佳,坍落度较为稳定。浇筑后混凝土无离析泌水现象,终凝时间约13小时。经28d温度测定,混凝土最高温升55度,无开裂现象。
6.2 天津周大福项目
  建筑主体高度530m
  地上94层,
  地下4层
  底板最大深度32. 3m,是目前天津房建领域开挖最深的基坑,底板整体厚度5. 5m,最厚处达9. 9m,采用C50P10抗渗混凝土,浇筑总量达3.1万立方米,该项工程采用原创的溜管技术,38小时完成浇筑任务。
Crade Cement
(kg)
Slag
(kg)
FlyAsh
(kg)
RiverSand
(kg)
RiverSand
(kg)
Aggregate
(kg)
Water
(kg)
C50 230 100 150 500 190 1060 165
   该工程采用在国内首创应用工具化大口径溜管快速浇筑新技术,通过大口径溜管直接将混凝土迅速送达至浇筑面。结合现场实际条件,沿塔楼基坑四周设置“两单三双”共五道溜管,实现基坑大范围覆盖浇筑,每小时最大浇筑量可达950m3。溜管技术还实现了绿色施工,与传统的汽车泵、固定泵浇筑相比较,占用场地面积小(每个饶筑口仅占用4m2场地),可实现混凝土输送过程中无噪声、无油耗、不用电,预计本次混凝土浇筑可减少柴油油耗18000L,PM2.5的排放量将大大降低。
  这项工程采用千米级的无线传输结合物联网的网络测温技术,为进一步推进大体积混凝土施工的研究提供了借鉴。此外,该工程所用混凝土按60d龄期强度进行配比设计和评定,采用大掺量粉煤灰与矿粉、高性能超缓凝减水剂,绝热温升和升温速率得到有效控制,混凝土具有大坍落度、大流动性、低水化热、自收缩小、易振捣、不离析、不泌水、综合性能好等特点。

7 结论
  大体积混凝土必须采取合理的质控措施, 以保障混凝土原材料稳定供应;
  大体积混凝土必须采取合理的技术措施, 以保障混凝土质性,工作性;
  大体积混凝土必须采取合理的技术措施, 以保障混凝土较低的收缩;
  大体积混凝土必须采取合理的技术措施,以保障混凝土较低的水化热,较小的温升。
作者:郭景强 赵志强 
信息来源:混凝土视频网
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