聚羧酸系減水劑在銀泰中心工程C50、C60自密實(shí)混凝土施工中的應(yīng)用簣

2006-08-24 00:00
摘要:本文通過采用聚羧酸系高效減水劑經(jīng)過大量的混凝土試配及各項(xiàng)試驗(yàn),配制出C50、C60高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土,并采取有效的混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制措施,采取免振搗工藝,解決了箱型柱、高密度鋼筋的中筒墻以及大體積、超密度鋼筋轉(zhuǎn)換梁等不宜或根本無法振搗的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中混凝土澆注施工中等難題,同時(shí)達(dá)到清水混凝土標(biāo)準(zhǔn)的外觀效果。
 
關(guān)鍵詞聚羧酸   自密實(shí)   免振搗    高強(qiáng)度     箱型柱    大體積    轉(zhuǎn)換梁     
 
一、前言
 
      隨著近年來建筑風(fēng)格的日新月異的變化以及各種使用功能的不斷創(chuàng)新,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性不斷提高,施工難度也不斷加大。因此對于作為建筑施工中應(yīng)用量最多,使用范圍最廣泛的建筑材料——混凝土——來說,對其本身性能的要求也隨之不斷提高,如何配制和生產(chǎn)出高性能的混凝土來解決日益復(fù)雜的施工難題成為當(dāng)前我們廣大從事建筑施工和建材生產(chǎn)、科研人員面臨的重要課題。

      自密實(shí)混凝土就是解決在澆注成型過程中有無法克服的工程結(jié)構(gòu)施工的需要而產(chǎn)生,如混凝土成型過程中無法振搗的工程結(jié)構(gòu)施工及市區(qū)擾民問題等。自密實(shí)高性能混凝土(
SCHPC, Self Comacting High Performance Concrete)是一個(gè)較新的概念,SCHPC保持了高勻質(zhì)和高聚合性,混凝土拌合物不會(huì)離析、分散。具有自密實(shí)特性的高性能混凝土是我國未來混凝土技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢,而聚羧酸系減水劑的成功應(yīng)用,為配制優(yōu)質(zhì)的自密實(shí)混凝土和解決自密實(shí)混凝土在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的施工問題,提供了一個(gè)良好的解決途徑。

二、工程概況

      由北京銀泰置業(yè)有限公司投資建設(shè),北京城建集團(tuán)總承包部承建的銀泰中心工程地處
CBD商圈核心地帶,投資總額為35億元。其中分A、B、C三座塔樓,施工現(xiàn)場地處國貿(mào)大廈南側(cè)繁華地帶,因此混凝土技術(shù)難度、生產(chǎn)供應(yīng)組織難度、施工澆注難度均極大。該工程A區(qū)鋼結(jié)構(gòu)箱型柱設(shè)計(jì)采用自密實(shí)混凝土澆注,隨著施工延續(xù),其A塔樓中筒墻和B、C區(qū)的東西塔樓轉(zhuǎn)換梁根據(jù)自密實(shí)混凝土在箱型柱中的優(yōu)良施工效果,相繼變更為自密實(shí)混凝土澆注。為此負(fù)責(zé)該工程混凝土供應(yīng)的北京城建道橋銀龍混凝土分公司技術(shù)人員經(jīng)過精心準(zhǔn)備,設(shè)計(jì)配置出科學(xué)合理的混凝土配合比,制定翔實(shí)、周密的混凝土生產(chǎn)組織及質(zhì)量保障方案,密切配合施工單位,圓滿的完成了C50、C60自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)供應(yīng)和質(zhì)量保障工作,取得圓滿成功

三、自密實(shí)混凝土主要技術(shù)指標(biāo)要求

自密實(shí)混凝土主要技術(shù)指標(biāo)要求
1、坍落度:≥260mm,經(jīng)時(shí)損失≤20mm/h
2、擴(kuò)展度:≥600mm
3、填充性:U型連通器試驗(yàn),高差Δh5mm
4、抗離析性能:良好

四、原材料選用

      自密實(shí)混凝土的性能特點(diǎn)不同于普通混凝土也不同于一般的高性能混凝土,其自密實(shí)的特性決定了必須選用優(yōu)質(zhì)的外加劑。這種外加劑要達(dá)到以下效果:
      (1)可控制工作性像粘稠液體一樣柔軟的混凝土;
      (2)極高的減水率,在30%~35%;
      (3)使混凝土內(nèi)聚力極強(qiáng)且拌合物狀態(tài)相對穩(wěn)定。
    1、外加劑:初選西卡公司生產(chǎn)的的聚羧酸系自密實(shí)型SK-V減水劑、清華大學(xué)華迪外加劑廠NF-2-6高效萘系減水劑、北京方興化學(xué)建材有限公司JF-7萘系超塑化劑共三種外加劑,均為無氯低堿不含尿素的環(huán)保型外加劑。經(jīng)外加劑基本性能試驗(yàn),均符合高效減水劑技術(shù)指標(biāo)(見表1):
1

種類
減水率
凈漿流動(dòng)度
28天抗壓強(qiáng)度比
鋼筋銹蝕
1、西卡
34%
230mm×230mm
131%
無銹蝕
2、JF-7
25%
220mm×215mm
123%
無銹蝕

3NF

32%
230mm×235mm
126%
無銹蝕

    自密實(shí)混凝土的性能特點(diǎn)不同于普通混凝土,也不同于一般的高性能混凝土,其自密實(shí)的特性決定了必須選用特殊的優(yōu)質(zhì)的外加劑。

    根據(jù)以上性能要求和試驗(yàn)結(jié)果決定采用
13兩種進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。

    2
、水泥:采用北京水泥廠京都牌水泥P.O42.5低堿水泥,該水泥早期強(qiáng)度及后期強(qiáng)度較高(見表2
2

項(xiàng)目
標(biāo)準(zhǔn)稠度
3d強(qiáng)度(壓/折)
28天強(qiáng)度(壓/折)
安定性
試驗(yàn)結(jié)果
  28.5%
 30.5Mpa/5.2Mpa
58.4 Mpa /8.6 Mpa
合格

3、粉煤灰:天津恒同力Ⅱ級以上粉煤灰。細(xì)度≤15%,需水量比≤98%。
4、砂子:采用潮白河系低堿活性細(xì)骨料,中粗砂,細(xì)度模數(shù)2.42.8
5、石子:0.5-2.0cm三河機(jī)碎石。

. 混凝土配合比技術(shù)要點(diǎn)及試配情況

1
、保證足夠的膠凝材料用量,以確?;炷恋拇罅鲃?dòng)性和粘聚力。
2、大量摻加粉煤灰以改善混凝土和易性,增加流動(dòng)性,同時(shí)進(jìn)一步降低高強(qiáng)混凝土的水化熱。
3、在配合比設(shè)計(jì)中摻加混凝土高效劑,降低混凝土單方用水量,降低水灰比,提高混凝土強(qiáng)度,改善混凝土和易性,提高混凝土流動(dòng)性。
4、為保證混凝土的大流動(dòng)性,同時(shí)保證混凝土強(qiáng)度,在粗骨料的選擇上,我們采取最大粒徑為2.0cm的連續(xù)級配的機(jī)碎石。

    依據(jù)以上原則,初步制定
6個(gè)配比,按照正交試驗(yàn)方法,進(jìn)行性能對比試驗(yàn),按照坍落度、擴(kuò)展度、倒置凈空、U型流通早期及后期強(qiáng)度等性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)考核。西卡公司提供聚羧酸系減水劑培制的效果最佳,這種自密實(shí)型外加劑SK-V的作用機(jī)理是,通過表面的吸收,具有空間上對水泥顆粒的位阻效應(yīng),因而能夠阻擋暫時(shí)的水化作用,混凝土拌合物狀態(tài)在2.0小時(shí)內(nèi)保持穩(wěn)定,它在提高混凝土流動(dòng)性的同時(shí)保持其粘聚性(抗離析性),不泌水,不產(chǎn)生砂石骨料下沉現(xiàn)象,屬兩性表面活性物質(zhì),HLB值低,憎水基分子量較大。在分散過程中與水泥顆粒的接觸面大,所以從水泥-水網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中釋放出的自由水量大,因此減水效果很明顯,且凝結(jié)時(shí)間正常。

    混凝土各齡期強(qiáng)度增長效果好,表明自密實(shí)混凝土流動(dòng)性好,均勻性高,完全達(dá)到預(yù)設(shè)之要求,克服了由于振搗不便引起的種種困難。硬化后的混凝土試件經(jīng)破碎后,可觀察到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密均勻。經(jīng)檢驗(yàn),強(qiáng)度和耐久性均達(dá)到或超過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)定的要求。
 
. 混凝土配合比的確定及強(qiáng)度情況

    根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果,選擇坍落度及擴(kuò)展度保留值最好、坍度桶倒置留空時(shí)間、
U型連通儀高差符合要求的2號配方作為初步采用的混凝土配合比,采用自密實(shí)方式成型的3天、7天、14天、28天齡期的邊長為150mm的試件,其強(qiáng)度如表(見表10)。

齡 期
3
7
14
28
MPa
46.8
63.0
70.8
75.6
%
78
105
118
126

七、混凝土生產(chǎn)過程控制及質(zhì)量保證措施:

1
、混凝土攪拌方式:攪拌機(jī)攪拌前進(jìn)行徹底清洗,攪拌時(shí)間定為180秒,投料順序?yàn)橄认律笆耙话胗盟?,攪?/FONT>5s后,再下水泥和摻合料攪拌,然后加入外加劑和剩余的水,混凝土攪拌時(shí)間延長至90s,調(diào)整工藝性要求合適后連續(xù)生產(chǎn)。

2.
混凝土出站質(zhì)量控制:
根據(jù)自密實(shí)混凝土的性能要求,質(zhì)檢部對每車混凝土嚴(yán)格進(jìn)行混凝土坍落度試驗(yàn)、擴(kuò)展度試驗(yàn)、倒置清空試驗(yàn),合格后方可送工地澆注。

3.
混凝土坍落度損失的控制和調(diào)整

    根據(jù)運(yùn)距、交通狀況以及澆注進(jìn)度,每一輛混凝土運(yùn)輸車上攜帶一桶
SK-V聚羧酸減水劑,由現(xiàn)場技術(shù)人員負(fù)責(zé)根據(jù)混凝土實(shí)際坍落度與需求坍落度之差距情況予以適當(dāng)調(diào)整。嚴(yán)格禁止向地泵和罐車中的混凝土里加水,以免影響強(qiáng)度。

八、工程實(shí)踐情況

1
、C60自密實(shí)混凝土在A塔樓箱型柱結(jié)構(gòu)中施工應(yīng)用

    銀泰中心工程北塔樓(A區(qū))高249.9m,地上62層,地下四層,其中地下四層均采用C60自密實(shí)混凝土箱型鋼板柱結(jié)構(gòu),柱子高達(dá)
10~12m,內(nèi)設(shè)橫隔板,混凝土澆注施工難度大。為確保該部位混凝土澆注工作的順利完成,根據(jù)箱型柱結(jié)構(gòu)要求,混凝土只能由柱模及箱型鋼板上口注入,并經(jīng)由每層隔板上僅有的直徑200mm的圓孔自然流淌到底層。每層落差(即隔板間距)達(dá)4m,總高度達(dá)12m 以上,故無法振搗,采用自密實(shí)(免振搗)混凝土工藝進(jìn)行澆注。在我分公司院內(nèi)成功的進(jìn)行了一次試驗(yàn)柱模擬施工后,于2005年7月進(jìn)行了第一次實(shí)體澆注。施工澆注過程中,各環(huán)節(jié)嚴(yán)格遵照試驗(yàn)柱生產(chǎn)施工模擬的程序,對混凝土原材料檢測、混凝土施工配合比的簽發(fā)、生產(chǎn)攪拌、混凝土出廠檢測、運(yùn)輸?shù)却沧⑶盎炷列阅苤笜?biāo)現(xiàn)場檢測、澆注速度等各環(huán)節(jié)嚴(yán)格盯控,層層把關(guān),罐車自開盤耗時(shí)35分鐘運(yùn)送至自密實(shí)混凝土,到達(dá)施工現(xiàn)場,坍落度≥260mm,擴(kuò)展度≥600mm,,采用吊斗施工,澆注歷時(shí)2個(gè)多小時(shí),混凝土狀態(tài)始終保持無明顯變化,1小時(shí)內(nèi)坍落度無損失,2小時(shí)坍落度損失小于20mm。最終順利成功完成了C60自密實(shí)混凝土箱型鋼板柱的施工澆注。后期又澆注C60自密實(shí)混凝土箱型柱幾十根,質(zhì)量穩(wěn)定。

2
C60自密混凝土在A區(qū)北塔樓中筒墻施工應(yīng)用

    銀泰中心工程北塔樓中筒墻原設(shè)計(jì)為普通
C60混凝土,但墻體僅400厚,鋼筋異常密集,項(xiàng)目部初期擬采用小粒徑石子普通C60混凝土澆注,根據(jù)箱型柱施工成功經(jīng)驗(yàn)和良好效果,為確保C60混凝土強(qiáng)度和澆注質(zhì)量,最終決定采用C60自密實(shí)混凝土澆注,在20048月—10月間進(jìn)行了兩次澆注,每次澆注量在100m3以上,澆注過程順利,混凝土流動(dòng)性好,通過有限的輔助振搗,第一次實(shí)現(xiàn)了聚羧酸系減水劑配制的C60自密實(shí)混凝土的較大方量的連續(xù)澆注。拆模后,墻體外觀光亮平整,無明顯氣泡。留置試塊28天強(qiáng)度平均70M Pa以上。

3
、C50自密實(shí)混凝土在CB區(qū)東西塔樓大體積轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)中的施工應(yīng)用

     銀泰中心工程東西塔樓轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)尺寸為
2m×6m,結(jié)構(gòu)中鋼筋異常密集,以至于許多地方無法振搗,下“灰”困難,且由于結(jié)構(gòu)本身的原因,只能從結(jié)構(gòu)表面下“灰”,這樣混凝土只有靠將從6米高處,穿過密集的鋼筋自由下落流淌到結(jié)構(gòu)底下,而且結(jié)構(gòu)體積較大,一次混凝土澆注量大1500 m3。經(jīng)過精心組織,我分公司南北兩站三臺機(jī)組同時(shí)生產(chǎn),加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)控和協(xié)調(diào),20051月和4月分別澆注C50自密實(shí)混凝土, 兩次累計(jì)澆注近3000 m3。拆模后大尺寸的結(jié)構(gòu)外露部分,平整光潔,氣泡極少,自密實(shí)充填性良好,無任何蜂窩狗洞現(xiàn)象發(fā)生。工地成型試塊24組,攪拌站成型試塊18組,全部合格,其中 7天強(qiáng)度平均達(dá)到51MPa;28天平均強(qiáng)度達(dá)到65MPa ,達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的130%。

九、
幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

1
嚴(yán)格控制自密實(shí)混凝土專用外加劑上貨質(zhì)量,按照樣品試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo),對各項(xiàng)技術(shù)檢測指標(biāo)必須符合試驗(yàn)時(shí)所用原材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
2、 聚羧酸減水劑摻量較低,攪拌機(jī)計(jì)量必須準(zhǔn)確,誤差要小于生產(chǎn)普通混凝土?xí)r50%。
3、施工配合比使用時(shí)精確檢測砂、石的含水率,嚴(yán)格控制單方用水量。
4聚羧酸外加劑必須單獨(dú)存放、單獨(dú)計(jì)量,投料時(shí)先入水秤中,各環(huán)節(jié)中不得與萘系外加劑接觸,否則失效。
5、建議使用不銹鋼或塑料容器,避免使用鑄鐵或普通鐵罐否則會(huì)對罐體造成腐蝕,同時(shí)影響聚羧酸減水劑性能。
6、攪拌時(shí)間控制要準(zhǔn)確,不得小于120秒,不得超過200秒。因攪拌時(shí)間是生產(chǎn)普通混凝土的4倍以上,故生產(chǎn)效率。
7裝卸自密實(shí)混凝土前后的罐車必須對罐體內(nèi)進(jìn)行徹底清洗,并放凈余水。
 
十、結(jié)束語
    通過大量混凝土試配及各項(xiàng)材料試驗(yàn)及在銀泰中心箱型柱、中筒墻和大體積轉(zhuǎn)換梁等復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的混凝土澆注施工實(shí)踐證明,利用聚羧酸系高效減水劑,采用科學(xué)的混凝土配合比配制C50、C60高強(qiáng)度高性能自密實(shí)混凝土,采取嚴(yán)格、特殊的混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制措施和周密的施工部署,保持混凝土供應(yīng)和澆注的連續(xù)性,注重施工中從泵送(或吊送)、澆注、抹面到覆蓋養(yǎng)護(hù)等各項(xiàng)工序銜接配合。完全可有效解決北京地區(qū)大型商業(yè)樓宇復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的混凝土澆注施工難題。而且可確保拆模后混凝土外觀質(zhì)量光潔平滑,色澤均一,尺寸嚴(yán)整,達(dá)到清水混凝土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。但混凝土的其他耐久性能試驗(yàn)如收縮試驗(yàn)、徐變試驗(yàn)尚未全面細(xì)化的進(jìn)行。有待于在今后的科研和實(shí)踐中進(jìn)一步充實(shí)、完善。
                

 
(1) 坍落度倒置流空試驗(yàn)
(2) 擴(kuò)展度試驗(yàn)
(3) 坍落度試驗(yàn)
(4) U型儀試驗(yàn)
(5) 泵送施工
(6) 試驗(yàn)柱拆模
(7) C60自密實(shí)混凝土拆模后外觀
(8) 試驗(yàn)柱斷裂后隔板下混凝土表面存有微小氣泡
 
原作者: 常峰

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