具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
整体一次连续浇筑超大体积混凝土的配制方法,由胶凝材料、砂石、水和外加剂混合制成,在本发明中,外加剂的主要成分是聚羧酸醚类化合物和聚乙二醇的复合体,且外加剂的掺量是水泥质量的0.5%-4%。本发明的外加剂的性能指标结果见表1。
表1本发明的外加剂的性能指标
实施例1:每m3的混凝土中:水泥含量225kg,砂石含量1835kg,水含量165kg,外加剂含量4.8kg,混合后经搅拌设备搅拌而成。外加剂的掺量是水泥质量的2.13%。该混凝土的强度在C40以上。
实施例2:每m3的混凝土中:水泥含量180kg,砂石含量1860kg,水含量160kg,外加剂含量2.3kg,混合后经搅拌设备搅拌而成。外加剂的掺量是水泥质量的1.28%。该混凝土的强度在C30以上。
本发明的外加剂具有以下几个特点:
1.能大幅度减少单位用水量,同时混凝土具有大流动度。
在配合比设计时常以坍落度和扩展度作为衡量混凝土流动性的二个性能指标,坍落度用来表征混凝土的和易性和施工性,而扩展度则表达了混凝土在无障碍物情况下的可塑性和流动性,因此在超大体积混凝土配制中坍落度和扩展度作为流动度的表征是不可缺少的。为了能大幅度减少单位用水量又能使混凝土具有高流动性,外加剂的减水率应在18%以上。
2.能显著改善混凝土的可塑性,减少混凝土泌水和沉降量。
混凝土的可塑性包括有流动性、粘聚性和保水性。通过外加剂的作用混凝土拌合物既能产生流动又能在混凝土施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力,不致产生分层和离析现象,而保水性是指混凝土在运输、施工中具有一定的保水能力,避免产生水分的分泌,形成混凝土内部透水的孔隙,影响混凝土的密实性。外加剂的功能应该能使混凝土产生良好的可塑性,即混凝土的流动性、粘聚性和保水性缺一不可。关于混凝土的沉降实际上是混凝土中的骨料、外掺料、水泥粒子的比重差引起的。混凝土的沉降可区分为施工中所发生的即时沉降和浇灌后的压实沉降两种,即时沉降是由包含空气的间隙水的压缩引起的,作为基准,263KN/m2(相当于对混凝土施加10m的液压作用)的话,1%的空气量在间隙水中溶化。因此,空气含量多的混凝土其即时沉降也大。对于压实沉降,混凝土中的间隙水由于自重而排出所发生的沉降,控制好混凝土的含气量可以降低混凝土的沉降量。所以采用高性能外加剂配制的混凝土在一定时间内应能控制混凝土含气量的经时损失或经时增加,进而能减少混凝土泌水和沉降量。
3.能减少坍落度经时损失,提高混凝土的匀质性。
由于城市发展和环保的需要,一般混凝土搅拌站大多设置在城市环线以外,预拌混凝土从出厂到浇筑要经过运输和施工现场等候的过程,因此在1~2小时内坍落度经时损失必须控制在2.5cm范围内。此外在不同的气候条件下混凝土的坍落度有不同程度的损失,当损失较小时对混凝土施工不会造成影响,但当坍落度损失较大时,混凝土的流动性将受到影响,不但不利于混凝土的泵送,而且影响到混凝土的匀质性。因此有效控制混凝土的坍落度损失,对于超大体积混凝土施工来说是很重要的,所以能有效控制混凝土坍落度损失的高性能外加剂是顺利完成超大体积混凝土一次性连续浇筑的关键组成材料。
4.能缩短凝结延迟时间,提高施工效率
在国内采取整体一次性连续浇筑的超大体积混凝土工程,一般都配备大量的混凝土泵拌车。这是为了在短时间内完成既定施工目标,保证混凝土施工的连续性而采取的施工组织措施。如在上海环球金融中心主楼基础超大体积混凝土施工中,就组织了近350辆搅拌车,19台泵车,,仅以42小时就完成了28900m3混凝土的浇筑。在中央电视台新址主楼基础超大体积混凝土施工中,共组织了20台泵拌车仅以54小时就完成了39000m3混凝土的浇筑。由此可见在超大体积混凝土工程中既要准确设定混凝土的初终凝时间又要缩短初终凝的延迟时间,以便后续作业可以及时开展。为此作为高性能外加剂的性能指标之一,不仅初终凝时间必须控制在适当范围,而且其凝结延迟的时间要尽可能短,有利于提高施工效率。
5.能增强混凝土的抗渗透能力,改善混凝土的耐久性
作为超高层建筑的基础工程,超大体积混凝土必须提高其抗渗透的能力。在此渗透性的含义有三个方面。第一是对水的抗渗透能力。众所周知超高层建筑的主楼基础都属深基坑,如中央电视台新址基础底板结构最深处达13.4m,大部分厚度在10.8m以上。又如台北101大楼基础底板厚度在3.0~4.7m,地下水的渗透是不容忽视的。第二是对水中氯离子的抗渗透能力。在沿海地区由于氯离子的侵蚀导致钢筋锈蚀,同时产生的膨胀使混凝土保护层开裂,最终导致整个结构的破坏。第三是对来自地下水腐蚀的抗渗透能力。由于环境污染的原因,地下水的有害物质较为复杂,一般分为结晶类腐蚀和分解类腐蚀,而且建筑物所处的腐蚀环境受到气候、土层特性、干湿交替、冰冻情况的影响,其腐蚀等级也不同,因此提高混凝土的抗渗透能力是高耐久性混凝土的前提。高性能外加剂的减水率使得混凝土在低水胶条件下能达到大流动度,由于单位用水量的减少促使了混凝土进一步密实,从而增强了抗渗透能力。
6.能减小混凝土收缩变形,防止有害裂缝产生
近年来混凝土结构物的耐久性问题受到到了应有的重视,但超大体积基础地板及其他结构部位的裂缝问题一直困扰着工程技术人员。特别是随着水泥细度的增大,超细掺合料的应用,都将增加混凝土的自收缩。对超大体积混凝土来说,因水化热导致混凝土内部缺水以及内外温差等因素产生的裂缝常常采用外部控制的方法,如采取粉煤灰和矿粉的双掺技术及应用膨胀剂等,但都存在一定的局限性。我国目前使用的大部分外加剂均增大混凝土的收缩,混凝土外加剂(GB 8076-1997)规定收缩率比不大于135%,因此外加剂本身如何降低收缩率比,进一步起到减缩的作用,是高性能外加剂的发展方向。从目前减缩剂应用情况分析,单独使用减缩剂时,在减小收缩的同时混凝土强度受到较大影响,一般降低10%左右,同时减缩剂本身的价格以及关键技术也制约了工程的推广应用。与此同时部分厂家新近推出的外加剂产品已将减缩成分复合在高性能外加剂中,通过改变化学结构,使高性能外加剂在保持原有功能的同时具有减缩效应,因此通过外加剂自身的作用减小超大体积混凝土的收缩变形,加之外掺矿渣微粉和粉煤灰,为防止超大体积混凝土因温度应力而产生的裂缝问题开辟了新的技术途径。
7.能改善碳化、冻融及气候作用对混凝土劣化的影响
混凝土的碳化是指空气中的CO2与混凝土的碱性物质发生作用,引起混凝土碱度下降使钢筋保护层溶解,导致钢筋腐蚀。而冻融及气候因素都将对混凝土的动态弹性模量造成损失。除了与混凝土所处环境、气候特点有很大关系以外,也与混凝土材料的组成、配合比有关。为了提高混凝土抗碳化、抗冻融的能力,高性能外加剂应该根据超大体积混凝土所处的严重冰冻、冰冻及微冰冻不同环境情况以及不同的设计强度,规定适当的空气含量值与变动范围。大量研究表明,混凝土的碳化与混凝土的渗透性密切相关,因此从外加剂角度来讲,应充分利用分子结构的静电斥力和空间位阻作用,对水泥产生较强的分散作用,使得混凝土内部的水化反应充分,从而提高混凝土的密实度,增强混凝土抵抗氯离子侵蚀的能力。
8.能抵御机械磨损和化学侵害,促使混凝土内部结构致密
混凝土组成材料经搅拌、运输、泵送至施工部位,其间经历了搅拌机、运输车、泵送管道的机械磨损以及大气、土壤中酸性物质的侵害。高性能外加剂配制的混凝土在抵抗机械磨损和化学物质侵入方面也应该较普通外加剂更具优势。为了改善混凝土的流动性,提高混凝土的耐久性,在配制上使用了力学强度更高的粗骨料以及能充填水泥粒子之间的混合材,使混凝土在提高流动性的同时其内部结构更加致密,进一步降低混凝土材料的磨损,提高应对外部环境对其的化学侵害,因此高性能外加剂在结构设计上应该是一种新的聚合物结构,能使混凝土具有很好的坍落度保持性,极强的分散性以及较高的早期强度,使得在早期混凝土就具有抵抗化学侵害的能力和减少材料传递、搅拌等过程中各种机械造成的损耗。
另外,在本发明中,为了降低超大体积混凝土的水化热,采用低热水泥作为胶凝材料无疑是最适合的了。近年来的研究表明,低热水泥的特点不但是低水化热,而且在后期强度、对外加剂的吸附及抵御有害化学物质的侵蚀等方面也明显具有优势,并与水泥矿物熟料的组分比例相关。下表是硅酸盐水泥主要矿物熟料的含量范围。
水泥熟料含量范围
名称 |
% |
硅酸三钙(C3S) |
36~60 |
硅酸二钙(C2S) |
15~37 |
铝酸三钙(C3A) |
7~15 |
铁铝酸四钙(C4AF) |
10~18 |
改变其含量范围就能使水泥性质发生相应变化。根据国家低热硅酸盐水泥标准,其中主要熟料C2S>40%,C3A<6%。低热水泥的特点主要有以下几方面:
(1)能有效抑制温度裂缝
由于采用低热水泥,混凝土绝热温升和发热速度随之降低,从而提高了混凝土的抗裂能力。以常用的42.5强度等级的低热硅酸盐水泥及中热硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥7d水化热进行比较低热硅酸盐水泥比其他两种水泥要分别降低30j/g和35j/g以上,可见低热水泥由于早期水化热低能有效抑制温度裂缝的产生。
(2)后期强度增长较快
低热水泥含有较多的C2S,有利于混凝土后期强度的增长,而超大体积混凝土一般强度设计龄期较长,正好体现了低热水泥的优势。
(3)适合配制大流动、高强度混凝土
低热水泥的熟料组成使得其间隙质相相对较少,对外加剂的吸附也少,有利于外加剂作用的持久性。
(4)良好的化学抵抗性
当地下水中含有钠、钾等硫酸盐时,它们与水泥石中Ca(OH)2反应生成二水石膏结晶体CaSO4·2H2O,再与C3A发生化学反应生成水化硫铝酸钙,容易使混凝土体积膨胀,在混凝土内部产生内应力。因此控制熟料C3A的含量有利于提高混凝土抵抗硫酸盐侵蚀的能力。
(5)减小自收缩
水泥水化初期发生的体积变化主要与C3A的含量有关,以普通硅酸盐水泥为例,在W/C=0.5条件下,C3A的1d、3d、7d的水化率分别为20%、50%和75%,增长率位于其它熟料之首,因此降低C3A含量有助于减小混凝土的自收缩。
(6)延迟中性化进程
与其他掺矿粉或粉煤灰的混合型低水化热水泥不同,低热水泥能使混凝土中的碱度长期保持一定的浓度,因此可以显著延迟中性化的进程。
低热水泥的上述特点对配制超大体积混凝土显然是十分有利的。在我国低热水泥是国家标准中新增的水泥品种,在工程中的应用也不多,但由于低热水泥早期水化热低,后期强度增长率高,因此在超大体积混凝土工程施工中可以增加升层浇筑的厚度,加快施工进度。在我国低热水泥的生产厂家仍属少数,不同地区水泥生产中的矿物熟料成分也存在较大波动,因此在客观条件受限制的情况下,可以根据不同水泥厂家提供的熟料成分有目的地选择具有低热水泥特征的水泥,以取得较好的配制效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。