礦物摻合料對(duì)高強(qiáng)混凝土配制的影響-
前言
近年來(lái),我國(guó)已建和在建的建筑中,已有許多100m以上高層建筑,而且采用了高強(qiáng)混凝土。高強(qiáng)混凝土多用于高層建筑底層柱,體積較大(斷面最小尺寸超過(guò)1m)。如果水泥用量較多,會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大溫升,引起溫度應(yīng)力,造成開(kāi)裂,影響混凝土的耐久性。因此近年來(lái)美、加、日、挪、法等國(guó)提出高性能混凝土的概念,即以耐久性為目標(biāo)設(shè)計(jì)混凝土。除使用低水灰比和實(shí)現(xiàn)高流動(dòng)性便于成型密實(shí)外,加入礦物摻合料是提高混凝土耐久性的重要措施。不同礦物摻合料有不同的特點(diǎn),在高強(qiáng)混凝土中有不同的作用。我們從1994年開(kāi)始,對(duì)摻用硅灰和沸石粉的高強(qiáng)混凝土的配制和性能進(jìn)行了對(duì)比性試驗(yàn)研究。1995年又結(jié)合航華科貿(mào)中心大廈C60泵送混凝土的施工,對(duì)摻用粉煤灰的C60泵送混凝土進(jìn)行了試配,并用于實(shí)際工程。
原材料
2.1 水泥 冀東水泥廠散裝盾石牌525號(hào)硅酸鹽水泥,主要技術(shù)性能見(jiàn)表1
2.2 礦物摻合料
粉煤灰:內(nèi)蒙赤峰元寶山電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰,其性能見(jiàn)表2。
沸石粉:河北省欒平斜發(fā)、絲光沸石粉,其性能見(jiàn)表3。
硅灰:河北丹江生產(chǎn),測(cè)定其SiO2含量89%,密度2.16kg/m3。
2.3 集料
砂:昌平產(chǎn)河砂,技術(shù)性能見(jiàn)表4。
石:三河市黃土莊鎂質(zhì)石灰?guī)r碎石5~25mm,技術(shù)性能見(jiàn)表5。
2.4 減水劑 中國(guó)建材院JK-2A,減水率23%,清華華迪合成材料公司NF-2-6,減水率25%。
3 試驗(yàn)及結(jié)果分析
3.1 由于磨細(xì)沸石粉需水量大,用于高強(qiáng)流態(tài)混凝土?xí)r,摻量不宜10%。因此本試驗(yàn)采用沸石粉的摻量基本一致(8~10%),混凝土坍落度相同時(shí),改變配合比,測(cè)定混凝土強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表6。
(1)由于沸石粉的需水量較大(需水比106%),沸石粉摻量增加時(shí),應(yīng)增加總用灰量或高效減水劑;
(2)當(dāng)水灰比相同、總用灰量相同時(shí),增加高效減水劑以保持坍落度不變,摻入9%的沸石粉后,強(qiáng)度基本不下降,或有所提高,而混凝土的和易性得到改善,目測(cè)離析、泌水現(xiàn)象大為減少;
(3)對(duì)C60以上的泵送混凝土,以沸石粉摻量≯9%,水灰比≯0.33為宜。
3.2 根據(jù)報(bào)道,摻硅灰的混凝土強(qiáng)度隨硅灰的摻量而提高,但摻量超過(guò)10%以后,需水量增加較大。從經(jīng)濟(jì)性考慮,以硅灰8~10%等量取代水泥進(jìn)行高強(qiáng)混凝土的試配結(jié)果見(jiàn)表7。
由表7可見(jiàn):
(1)在水灰比和總用灰量相同的情況下,摻入硅灰后,混凝土28d后強(qiáng)度可提高20%以上,硅灰摻入量以8~10%為宜。
(2)摻入硅灰的高強(qiáng)混凝土28d前強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大,但60d強(qiáng)度基本不增長(zhǎng)。
3.3 摻用粉煤灰的高強(qiáng)混凝土試配。優(yōu)質(zhì)粉煤灰需水比小,有利于改善混凝土和易性,因此可以加大其在混凝土中的摻量,以降低混凝土的內(nèi)部溫升;而且,粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)隨齡期的增長(zhǎng)而增加,有利于后期強(qiáng)度的發(fā)展。見(jiàn)圖1所示為粉煤灰和水泥體積比為1∶1時(shí),在不同水膠比下粉煤灰和水泥對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。以不同量的粉煤灰等量取代水泥配制高強(qiáng)混凝土的配比和強(qiáng)度見(jiàn)表8。
由表8可見(jiàn),加入粉煤灰直到30%,都可配制出28d強(qiáng)度為70MPa、坍落度170mm的高強(qiáng)混凝土。
4 航華大廈C60泵送混凝土生產(chǎn)應(yīng)用
4.1 C60泵送混凝土的生產(chǎn) 經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,最后采用摻粉煤灰的高強(qiáng)泵送混凝土用于航華大廈的施工。為了使目前人們能夠接受而且可靠,選擇粉煤灰摻入量為18%,水灰比為0.29,出機(jī)混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表9。
4.2 C60泵送混凝土拌合物性能(見(jiàn)表10)
4.3 硬化混凝土部分性能(見(jiàn)表11)
4.4 高強(qiáng)混凝土的冬季施工 高強(qiáng)混凝土水灰比低,水泥用量較大,早期強(qiáng)度發(fā)展快,體積較大的混凝土柱內(nèi)溫升較大。在負(fù)溫下,可以不摻用防凍劑。為了確定施工方案,對(duì)摻與不摻防凍劑的上述配合比混凝土進(jìn)行負(fù)溫養(yǎng)護(hù)和負(fù)溫-標(biāo)養(yǎng)聯(lián)合養(yǎng)護(hù)下的強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)。聯(lián)合養(yǎng)護(hù)的制度為:成型后在-10℃下養(yǎng)護(hù)3d后繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d,記作“-3+28”;依此類(lèi)推為“-7+28”“-10+28”,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12
由表12可見(jiàn),由于C60混凝土的強(qiáng)度發(fā)展快,即使置于負(fù)溫下養(yǎng)護(hù),強(qiáng)度照樣增長(zhǎng);早期處于低溫時(shí),只要恢復(fù)養(yǎng)護(hù),強(qiáng)度就會(huì)正常增長(zhǎng)。無(wú)論標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)還是聯(lián)合養(yǎng)護(hù),不加防凍劑的混凝土都比加防凍劑的混凝土強(qiáng)度高。在0℃下養(yǎng)護(hù)時(shí),不加防凍劑的混凝土和加防凍劑的混凝土強(qiáng)度無(wú)明顯差別,說(shuō)明本技術(shù)的C60混凝土具有良好的抵抗負(fù)溫影響的性能;即使在-10℃下養(yǎng)護(hù)10d,再進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后,強(qiáng)度仍然達(dá)到67MPa以上。有鑒于此,決定不使用防凍劑,按原配合比進(jìn)行-10℃以上的冬季施工。同時(shí)采取相應(yīng)的蓄熱措施,防止混凝土內(nèi)溫度下降過(guò)快?,F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)由在混凝土中預(yù)埋的溫度傳感器測(cè)出混凝土中的實(shí)際溫度表明,在氣溫為1.8~2.2℃下澆筑的混凝土,養(yǎng)護(hù)7d后柱中心溫度仍有11℃。此時(shí)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件溫度養(yǎng)護(hù)的混凝土試件強(qiáng)度為65.0MPa,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度為56.0MPa,混凝土已產(chǎn)生足夠抵抗凍結(jié)的強(qiáng)度。
5 結(jié)論
(1)在高強(qiáng)混凝土中摻入不同的礦物摻合料,除節(jié)省水泥、降低成本外,還可以有不同的作用:摻入天然沸石巖可解決加入高效減水劑后的高流動(dòng)性混凝土易離析、泌水的問(wèn)題;摻用硅灰可以在相同配合比下較大幅度地提高強(qiáng)度;粉煤灰則由于需水比低而可增大摻入量,以降低混凝土內(nèi)部溫升(該混凝土9月底實(shí)測(cè)溫度為52℃)、發(fā)送混凝土拌合物的和易性,由于滲透性大大降低,可提高混凝土的耐久性。
(2)摻用粉煤灰的C60泵送混凝土和易性好,生產(chǎn)時(shí)預(yù)留83組試塊,平均強(qiáng)度為74.35MPa,最低強(qiáng)度為61.4MPa,最高強(qiáng)度為88.2MPa,材料成本至少可降低20元/m3?!?/FONT>
(3)高強(qiáng)混凝土由于水灰比很低,早期強(qiáng)度較高,較大斷面的構(gòu)件中的內(nèi)部溫升足夠保持冬季施工的混凝土在受凍以前處于正溫下,因此高強(qiáng)混凝土用于冬季施工時(shí),在不低于-10℃氣溫環(huán)境,按照冬季施工要求的各項(xiàng)保溫、蓄熱措施的情況下,可不加防凍劑。
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