CN110451884A - 一种自密实顶升混凝土及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自密实顶升混凝土及其应用，包括如下重量份数的组分：水泥300‑380份；砂料900‑985份；石料650‑800份；粉煤灰125‑175份；矿粉15‑45份；外加剂13‑20份；混凝土膨胀剂20‑40份；水130‑230份。制备的自密实顶升混凝土用于对40‑60米的管结构的一次性顶升填充。本发明提供的自密实顶升混凝土，具有密实度高、耐久性强和节约工程时间的优点。

Description

一种自密实顶升混凝土及其应用

技术领域

本发明涉及建筑行业工程施工的技术领域，尤其是涉及一种自密实顶升混凝土及其应用。

背景技术

随着经济的快速发展，房屋建筑由过去的低层、数层发展到今天以多层、高层建筑为主导潮流。混凝土质量包括强度和外观质量，混凝土强度能保证建筑结构的安全使用，外观质量能够满足建筑物的使用性和美学要求，可见混凝土在钢结构-混凝土结构中的地位十分重要。顶升混凝土技术用于现代建筑行业中地上钢结构建筑的工程施工，顶升是钢结构-混凝土结构中的一种浇筑方法，一般在结构方面要求较高、动载荷较大的地方采用钢结构-混凝土结构。自密实顶升混凝土是指具有较高的流动性、良好的粘聚性、均匀性和稳定性，浇筑时依靠其自重作用，无需振捣而达到密实的混凝土。随着我国混凝土建设工程的现代化高速发展，自密实顶升混凝土在我国已引起广泛重视，其推广应用量迅速增长。

顶升混凝土技术的常规方法是，用高压混凝土泵将标号在C50以上的细骨混凝土由结构的底部压入钢结构的型腔内。在现实中的一些案例中，往往利用顶升自密实顶升混凝土的传统技术得到的混凝土的质量并不能满足实际案例对混凝土的要求。

上述技术方案主要存在以下缺陷：利用顶升混凝土技术的常规方法得到的钢结构的型腔内的混凝土不够密实，不能达到一些高层建筑对混凝土质量的要求，给建成后高层建筑留有一定的安全隐患；常规级别的混凝土由于其配方成分的问题，浇筑的钢结构-混凝土结构的耐久性较差；常规顶升混凝土工艺中每次浇筑的高度较低，一般只有4米的高度，在高层建筑的施工过程中需要经过布置钢结构-浇筑-布置钢结构-浇筑的循环过程，故使整个工程的工期拖延，对于一些工期比较紧张的工程，会严重影响交工时间，给施工人员和委托方带来一系列不好的影响。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种自密实顶升混凝土，具有密实度高、耐久性强的优点。

为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：

一种自密实顶升混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的组分：

水泥300-380份；

砂料900-985份；

石料650-800份；

粉煤灰125-175份；

矿粉15-45份；

外加剂13-20份；

混凝土膨胀剂20-40份；

水160-210份；

混凝土膨胀剂选用I型混凝土膨胀剂和微硅粉中的一种或两种，外加剂选用标准型聚羧酸减水剂或缓凝型聚羧酸减水剂。

通过采用上述技术方案，以砂料、石料作为骨料，以水泥作为胶凝材料，外加剂可改善整个体系的流动性和抗渗透性，还可减小组分之间的间隙，有助于增加混凝土的强度和密实程度。配置混凝土时掺入适量混凝土膨胀剂，可提高混凝土的自密实性及防止混凝土硬化后产生收缩裂缝，提高混凝土抗裂能力，同时提高混凝土粘聚性，改善混凝土外观质量。混凝土膨胀剂能够填充水泥颗粒间的缝隙，与水泥中的碱性材料反应生成凝胶体。在水泥混凝土浇注料中掺入适量的混凝土膨胀剂，可显著提高混凝土的抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能；同时具有保水、防止离析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用，因此可以提高顶升混凝土的泵送距离，有效减少工程时间，加快施工进度；制备的混凝土后期的耐久性提高，可以显著延长混凝土的使用寿命。通过混凝土膨胀剂、外加剂、胶结材料和粗细骨料的搭配和精心的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。经研究(密实性检测、耐久性能测试)发现，在上述配方成分间的相互作用下，制备的自密实顶升混凝土密实度高、耐久性强。

进一步优选为：包括如下重量份数的组分：

水泥320-360份；

砂料920-965份；

石料700-760份；

粉煤灰140-160份；

矿粉25-35份；

外加剂14-18份；

混凝土膨胀剂25-35份；

水170-190份。

通过采用上述技术方案，经研究(密实性检测、耐久性能测试)发现，在上述配方比例范围内的各组分，制备的自密实顶升混凝土的密实性能更高、耐久性能更强。

进一步优选为：混凝土膨胀剂选用微硅粉，微硅粉中SiO₂≥93％，平均粒径在0.1-0.3μm，细度小于1μm的颗粒的重量占80％以上。

通过采用上述技术方案，微硅粉能够填充水泥颗粒间的孔隙，上述微硅粉的粒径利于填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与水泥中的碱性材料反应生成凝胶体。在水泥混凝土浇注料中掺入适量的微硅粉，可显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能；具有保水、防止离析、泌水、大幅降低混凝土泵送阻力的作用，因此可以提高顶升混凝土的泵送距离，有效减少工程时间，加快施工进度；可以显著延长混凝土的使用寿命，特别是在氯盐污染侵蚀、硫酸盐侵蚀、高湿度等恶劣环境下，可使混凝土的耐久性提高一倍甚至数倍。

进一步优选为：外加剂选用缓凝型聚羧酸减水剂，减水率≥14％，泌水率比≥100％，含气量≤4.5％。

通过采用上述技术方案，缓凝型聚羧酸减水剂与水泥的相容性好，使混凝土的坍落度保持性能好，能防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝；缓凝型聚羧酸减水剂的掺量低、减水率高、收缩小，低掺量下发挥较高的塑化效果，流动性保持性好，赋予了混凝土出色的施工和易性；同时可以大幅度提高混凝土的早期、后期强度；其中氯离子含量低、碱含量低，有利于混凝土的耐久性。

进一步优选为：砂料选用Ⅱ区中砂，石料的尺寸为5-16mm连续级配的碎石。

通过采用上述技术方案，在上述尺寸范围的石料以及上述标准的砂料，不仅可以有效提高混凝土整体的机械强度，还可以达到快速分散且均匀分散的效果。

进一步优选为：矿粉为S95级矿粉。

通过采用上述技术方案，矿粉分为三个级别：S105、S95、S75，由于S105级矿粉粉磨难度大，工艺不容易产生，目前混凝土里面使用的矿粉比较成熟的是S95和S75矿粉，S95矿粉活性指数28天≥95％，S75矿粉活性指数28天≥75％，等级越高的矿粉制备出的混凝土的密实性能越好，故此处选用活性指数28天≥95％的S95矿粉。

进一步优选为：粉煤灰为一级F类粉煤灰，需水量比≤95.0％，细度≤12.0％，烧失量≤5.0％。

通过采用上述技术方案，粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。在混凝土中掺加粉煤灰，节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水量；改善了混凝土拌和物的和易性；增强混凝土的可泵性；减少了混凝土的徐变；减少水化热、热能膨胀性；提高混凝土抗渗能力；增加混凝土的修饰性。

进一步优选为：水泥为PC42.5普通硅酸盐水泥。

通过采用上述技术方案，普通硅酸盐水泥水化反应速度快，早期和后期强度都高；普通硅酸盐水泥水化反应速度快，硅酸三钙和硅酸二钙的含量高，因此，水化热较大，抗冻性好；普通硅酸盐水泥硬化时干缩小，不易产生干缩裂缝，同时耐磨性较好；普通硅酸盐水泥在水化后，水泥石中含有较多的氢氧化钙，碳化时水泥的碱度下降少，对钢筋的保护作用强。

本发明的第二个目的是，提供了上述自密实顶升混凝土的用途，用于高度大于40米的管结构的一次性顶升填充。

通过上述技术方案，普通钢结构混凝土工艺为每层(每层为四米)钢管柱布置完毕后，利用普通混凝土进行填充，填充完毕后再布置上一层的钢结构，布置完成后填充普通混凝土，如此循环，直至完成工程要求的层数，而本发明提供的自密实顶升混凝土技术，可以一次性填充多层钢结构，因此可以一次性布置多层钢管结构，再将自密实顶升混凝土一次性填充，顶升高度可以达到40-60米。与普通钢结构混凝土工艺相比，本发明提供的自密实顶升混凝土技术可以大大减少建筑中工艺的重复，能大大节省工程时间。

因此，本发明提供一种自密实顶升混凝土技术具有以下优点：

(1)通过混凝土膨胀剂、外加剂、胶凝材料和粗细骨料的搭配和精心的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。经研究(密实性检测、耐久性能测试)发现，在上述配方成分间的相互作用下，制备的自密实顶升混凝土密实度高、耐久性强。

(2)在自密实顶升混凝土的浇筑工艺中，该自密实顶升混凝土的上顶高度可以达到40-60米，比普通混凝土建筑工艺的上顶高度提高了10-12.5倍，可以缩短三分之一的工期，大大节约了工程时间，

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明做进一步的描述。

本发明制备的混凝土的原料中，混凝土膨胀剂选用微硅粉，厂家为河南巩义宏超建材有限公司，SiO₂≥93％，细度小于1μm的微硅粉占80％以上，平均粒径在0.1-0.3μm；外加剂选用缓凝型聚羧酸减水剂，厂家为山东华伟银凯建材科技股份有限公司，减水率≥14％，泌水率比≥100％，含气量≤4.5％；矿粉为S95级矿粉，厂家为河北辉浩环保科技有限公司，活性指数28天≥95％；粉煤灰为一级风选粉煤灰，厂家为河北辉浩环保科技有限公司，需水量比≤95.0％，细度≤12.0％，烧失量≤5.0％；水泥为PC42.5普通硅酸盐水泥，厂家为广州市凯螺建材贸易有限公司；砂料选用Ⅱ区中砂，细度模数为1.8-2.2；石子为5-16mm的连续级配的石子。

实施例

实施例1

按照表1中各原料的添加量，将相应重量份数的水泥、矿粉和粉煤灰混合，加入机械搅拌机中混合搅拌2分钟，得到混合料A；将砂料、石料、微硅粉、缓凝型聚羧酸减水剂和水加入另一个搅拌机中混合搅拌2分钟，得到混合料B；将混合料A从搅拌机中导出并导入另一个搅拌机中与混合料B混合，以30r/min的速度混合搅拌2分钟，得到自密实顶升混凝土。配制混凝土试验方案，模拟现场施工难度情况，要求混凝土从入泵到出泵无损失，出泵混凝土以涌状流出；配制混凝土前考虑现场施工过程中出现压车现象，要求出机混凝土四小时无损失。

实施例2-5

实施例2-5的自密实顶升混凝土的制备方法与实施例1完全相同，区别在于各原料组分的添加量不同，具体添加量见表1。

实施例6

实施例6的自密实顶升混凝土的制备方法及配方组分与实施例1完全相同，区别在于外加剂由缓凝型聚羧酸减水剂换成了标准型聚羧酸减水剂，厂家为山东华伟银凯建材科技股份有限公司，减水率≥14％，泌水率比≥90％，含气量≤3.0％，具体配方见表1。

实施例7

实施例7的自密实顶升混凝土的制备方法及配方组分与实施例1完全相同，区别在于混凝土膨胀剂由微硅粉换成了I型混凝土膨胀剂，厂家为山东烟台宏祥建材，氧化镁含量≤5.0％，碱含量≤0.75％，细度≤0.5％，具体配方见表1。

表1实施例1-7中制备自密实顶升混凝土的各原料组分的添加量

对比例

对比例1

申请公告号为CN201910013772的发明专利申请中，实施例5制备的混凝土，配方见表2。

对比例2

申请公告号为CN201610736714的发明专利申请中，按照编号5的配方制备的混凝土，配方见表2。

对比例3

对比例3与实施例1的配方相同，不同之处在于没有添加微硅粉。

表2对比例1-2中制备自密实顶升混凝土的各原料组分及添加量

性能测试

按照JGJ/T283-2012自密实顶升混凝土应用技术规程中的标准及检测方法，对实施例1-7和对比例1-3的自密实顶升混凝土进行性能检测，具体检测结果见表3所示。

表3实施例1-7、对比例1-3的自密实顶升混凝土的性能检测结构

根据表2的检测结果，可知：

1)根据实施例1、6、7的检测结果可知，外加剂和混凝土膨胀剂分别选用缓凝型聚羧酸减水剂和硅灰粉时，制备的自密实顶升混凝土的检测结果优于选用标准型聚羧酸减水剂和I型混凝土膨胀剂的检测结果；

2)通过实施例和对比例的自密实顶升混凝土的检测结果的对比，可以发现本发明具有明显的效果。实施例1与对比例1和对比例2进行对比，对比例1和对比例2中均没有添加微硅粉，对比实验结果可知，微硅粉作为混凝土膨胀剂可有效提高自密实混凝土的扩展度和抗压强度；实施例1与对比例3进行对比，对比实验结果可知，添加了微硅粉后的实施例1的扩展度和抗压强度得到显著提高。

应用案例北京市丰台区丽泽商务区F05办公楼项目，本项目设计总高度220米，地上部分为钢结构，该项目正常工期为30个月，建设方要求26个月具备竣工入住条件，工期紧张；该项目的楼顶设置有直升机停机坪，对混凝土质量要求高。为了缩短工期且保质保量完成钢管柱内的混凝土浇筑，定于使用自密实顶升混凝土顶升技术完成钢管柱内混凝土浇筑。

顶升工艺的目的是为了使钢管柱内混凝土更加密实，自密实顶升混凝土的设计等级强度为C60。在施工过程中，分多次布置不同高度的钢管结构，每次布置钢管结构时，可一次性布置高度为40-60米的地上钢管结构；按照实施例3的配方得到自密实顶升混凝土；利用自密实顶升混凝土对布置的钢结构一次性填充；填充高度达到40米时，自密实顶升混凝土未开始凝固，当填充高度达到60米之后，自密实顶升混凝土开始出现趋于凝固的趋势。

正常钢结构混凝土工艺为建筑物每层钢管柱布置完成后，对其内部进行填充，再进行上一层钢结构的布置和混凝土填充，每层楼层的高度为4米，若是项目建筑的楼层为10层，则需要如此往复循环10次。本发明提供的自密实顶升混凝土技术，则可以对相同高度的钢管结构进行一次性填充，比普通混凝土建筑工艺的上顶高度提高了10倍。上述项目最终工期竣工时间为24个月，比正常工期减少了6个月，比建筑方要求的工期提前了2个月，大大节约了工程时间。

此外，本发明提供的自密实顶升混凝土技术还可以应用于酒店、公寓(非住宅)、办公、冷站、设备用房、车库等建筑项目，不仅自密实顶升混凝土密实度高、耐久性强，而且可以大大节约工程时间，为建筑工程带来极大的便利。

本具体实施方式的实施例均为本发明的优选实施方式，并非依此限制本发明的保护范围，凡依属于本发明思路下的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自密实顶升混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的组分：

水泥300-380份；砂料900-985份；石料650-800份；粉煤灰125-175份；矿粉15-45份；外加剂13-20份；混凝土膨胀剂20-40份；水160-210份；混凝土膨胀剂选用I型混凝土膨胀剂和微硅粉中的一种或两种，外加剂选用标准型聚羧酸减水剂或缓凝型聚羧酸减水剂。

2.根据权利要求1所述的一种自密实顶升混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的组分：

水泥320-360份；砂料920-965份；石料700-760份；粉煤灰140-160份；矿粉25-35份；外加剂14-18份；混凝土膨胀剂25-35份；水170-190份。

3.根据权利要求1所述的一种自密实顶升混凝土，其特征在于：混凝土膨胀剂选用微硅粉，微硅粉中SiO₂≥93%，平均粒径在0.1-0.3μm，细度小于1μm的颗粒的重量占80%以上。

4.根据权利要求1所述的一种自密实顶升混凝土，其特征在于：外加剂选用缓凝型聚羧酸减水剂，减水率≥14%，泌水率比≥100%，含气量≤4.5%。

5.根据权利要求1所述的一种自密实顶升混凝土，其特征在于：砂料选用Ⅱ区中砂，石料的尺寸为5-16mm连续级配的碎石。

6.根据权利要求1所述的一种自密实顶升混凝土，其特征在于：矿粉为S95级矿粉。

7.根据权利要求1所述的一种自密实顶升混凝土，其特征在于：粉煤灰为一级F类粉煤灰，需水量比≤95.0%，细度≤12.0%，烧失量≤5.0%。

8.根据权利要求1所述的一种自密实顶升混凝土，其特征在于：水泥为PC42.5普通硅酸盐水泥。

9.权利要求1-9中任意一项所述的一种自密实顶升混凝土的用途，其特征在于：用于高度大于40米的管结构的一次性顶升填充。