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混凝土外加劑在基礎(chǔ)大體積混凝土中的應(yīng)用
[摘 要] 本文首先概述了基礎(chǔ)大體積混凝土的概念,并結(jié)合武漢市基礎(chǔ)大體積混凝土使用外加劑的情況,用工程實(shí)例詳細(xì)分析了外加劑在基礎(chǔ)大體積混凝土施工中的摻量和作用。
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>[關(guān)鍵詞] 混凝土外加劑;基礎(chǔ)大體積混凝土;應(yīng)用;分析
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1 基礎(chǔ)大體積混凝土的概念
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>高層建筑的發(fā)展首先涉及的是基礎(chǔ)工程問題,而基礎(chǔ)工程大多數(shù)屬于大體積混凝土工程,例如,高層建筑的箱形基礎(chǔ)、筏式基礎(chǔ)、樁基厚大的承臺等,都屬于體積較大的混凝土工程。這些大體積混凝土工程具有結(jié)構(gòu)厚,體形大、鋼筋密,混凝土數(shù)量多(有的混凝土量已超過
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>大體積混凝土基礎(chǔ)的特點(diǎn)是混凝土澆筑面和澆筑量大,當(dāng)混凝土澆筑完畢,由于水泥水化熱的影響,使混凝土內(nèi)部最高溫度3~5d達(dá)到峰值,此時若混凝土內(nèi)部最高溫度與外界氣溫之差超過
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>在升溫階段,由于混凝土內(nèi)部的溫度比較高,混凝土體積大,因此聚集在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水化熱不易散發(fā),使混凝土內(nèi)部溫度顯著升高,而混凝土表面則散熱較快,這樣形成較大的內(nèi)外溫差,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,如果此時產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強(qiáng)度,就會在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。在降溫階段,由于混凝土逐漸散熱,而產(chǎn)生收縮,此時的收縮受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束,會產(chǎn)生較大收縮應(yīng)力(拉應(yīng)力),如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過此時的混凝土極限抗拉強(qiáng)度就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。因此,大體積混凝土施工中就要采取一些技術(shù)措施,避免由于混凝土內(nèi)外溫差過大(超過
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>實(shí)驗(yàn)表明混凝土內(nèi)部的最高溫度,大多發(fā)生在混凝土澆筑后的最初3~5d,此時混凝土的極限抗拉強(qiáng)度和彈性模量都很低,對水化熱所引起的溫度應(yīng)力約束不大。如果采用低水化熱水泥,添加混凝土外加劑、摻入粉煤灰等方法,降低混凝土的水化熱及減少水泥用量,延緩水化熱出現(xiàn)峰值的時間和提高混凝土的早期強(qiáng)度可大大減少或避免這兩種裂縫的發(fā)生。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>大體積混凝土降低混凝土內(nèi)部的最高溫度和減小其內(nèi)外溫差,除要編制可行的施工方案和周密的技術(shù)措施以外,還必須考慮外加劑在基礎(chǔ)大體積混凝土工程中的作用。
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2 基礎(chǔ)大體積混凝土中使用的外加劑
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>有關(guān)混凝土外加劑確切的定義,目前仍有些爭議。1987年我國制定和頒布了第一部混凝土外加劑的國家標(biāo)準(zhǔn),其中將混凝土外加劑定義為“混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中加入,用以改善混凝土性能的物質(zhì)。摻量不大于水泥重量的5 %(特殊情況除外)。”因此,在混凝土中加入混凝土外加劑可改善混凝土性能,提高混凝土強(qiáng)度,減少水泥用量等。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>基礎(chǔ)大體積混凝土外加劑一般多采用微膨脹劑和高效緩凝減水劑,武漢地區(qū)基礎(chǔ)大體積混凝土中常用外加劑有:MC25型高效緩凝減水劑、木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑、CAS微膨脹劑、UEA微膨脹劑等等。
normal style="TEXT-INDENT: 15.75pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 1.5" align=left>a)MC25型高效緩凝減水劑是武建集團(tuán)一公司科研所研制,先后在武漢天河機(jī)場,五星城酒店、泰合廣場、東方商都等10多項(xiàng)大型工程中使用,均獲得較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。MC25型高效緩凝減水劑主要特點(diǎn)如下:
normal style="TEXT-INDENT: 10.5pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 1.0" align=left>1) 強(qiáng)度不變的情況下,可節(jié)約水泥12%~15%,混凝土造價降低(2~8元/m3;2) 水泥用量不變,減水率可達(dá)18%~20%,混凝土3d、7d強(qiáng)度提高50%~70%,28d強(qiáng)度提高20%~30%;3) 可配制C60~C80混凝土,混凝土可在3d內(nèi)達(dá)C45;4) 可配制抗?jié)B等級S30以上混凝土。;5) 強(qiáng)度不變,減少水泥用量12%,仍可配制坍落度20~
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>b) 木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑,木質(zhì)素磺酸鹽為陰離子型表面活性劑,基本結(jié)構(gòu)是苯基丙烷衍生物,由生產(chǎn)紙漿的廢液中提出各類木質(zhì)衍生物,有木質(zhì)素磺酸鈣、鈉、鎂等,是研究成功最早、目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的減水劑。其摻量為水泥重量的0.2%~0.3%,以木鈣減水劑為例,具有如下特點(diǎn):
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>1) 屬陰離子表面活性劑,在混凝土中對水泥顆料起擴(kuò)散作用,能使水泥充分水化;2) 改善混凝土的和易性,減水率為10%~15%,并可明顯提高混凝土流動度;3) 提高混凝土的密實(shí)性,改善混凝土的抗?jié)B能力(由S6級提高到S12~S30級);4) 28d抗壓強(qiáng)度可提高10%~15%,在混凝土工作性和強(qiáng)度相近條件下,可節(jié)約水泥5%~10%;5) 當(dāng)水泥用量不變,強(qiáng)度相近條件下,塑性混凝土的坍落度可增加
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>c) CAS微膨脹劑,由一冶建科所研制,武漢一冶特種建筑材料廠生產(chǎn)的。其主要特點(diǎn)如下:
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>1) 改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu),使總孔隙率減少,毛細(xì)孔徑減少,從而提高了混凝土的抗?jié)B性;2) 改善了混凝土的應(yīng)力狀態(tài),膨脹能轉(zhuǎn)變?yōu)樽詰?yīng)力,使混凝土處于受壓狀態(tài),從而提高了混凝土的抗裂性能;3) CAS取代一部分水泥,可提高混凝土的強(qiáng)度,在保持混凝土強(qiáng)度不變的情況下,節(jié)省水泥,從而大幅度降低混凝土的絕對升溫,減小了溫度裂紋的危害;4) CAS分快凝型和緩凝型兩種,適應(yīng)施工多變要求。緩凝型能降低水泥水化熱的峰值,并推遲峰值到來時間,符合大體積混凝土施工技術(shù)要求。外觀為深灰色粉狀固體。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>d)UEA型混凝土膨脹劑,由中國建材研究院研制,多家生產(chǎn)。其主要特點(diǎn)如下: 1)UEA以10%~12%內(nèi)摻(取代水泥率)水泥中,可拌制成補(bǔ)償收縮混凝土,其限制膨脹率為0.02%~0.04%,在鋼筋和鄰值約束下,可在混凝土中建立0.2~0.7MP的預(yù)壓應(yīng)力,這一預(yù)壓應(yīng)力大致可抵消混凝土硬化過程中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力,使結(jié)構(gòu)不裂或控制在無害裂縫范圍內(nèi);2) 摻UEA的強(qiáng)度,彈性模量和抗凍標(biāo)號與普通混凝土基本相同,但抗?jié)B標(biāo)號比普通混凝土提高1~2倍;3) 摻入UEA的水泥,可降低水泥水化熱。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>e) FDN2440混凝土緩凝減水劑為華聯(lián)外加劑工業(yè)開發(fā)公司湛江外加劑廠生產(chǎn)的一種新型混凝土外加劑。其主要特點(diǎn)如下:
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>1) FDN2440摻量范圍為0.2%~0.5%, 常用摻量為0.4%;2) 在同配合比、同坍落度條件下,F(xiàn)DN2440的減水率隨摻量的增加而增大。摻量為水泥用量的0.4%時,減水率可達(dá)14%左右;3) 常溫情況下,摻用FDN2440的混凝土,其初凝時間約比不摻的延長0.5~2h,適于炎熱氣候下使用;4) 在同配合比、同坍落度條件下,摻加FDN2440,可使1d、3d混凝土強(qiáng)度均提高30%~50% ,28d混凝土強(qiáng)度能提高20%以上,在同強(qiáng)度條件下可節(jié)約水泥用量10%~15%;5) 延緩溫峰:摻用FDN2440,可使混凝土的內(nèi)部溫升有所降低而延緩溫峰的出現(xiàn)。大體積混凝土中摻用FDN2440,可降低溫凝土的溫度應(yīng)力,提高其抗裂性能。
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3 在基礎(chǔ)大體積混凝土中摻入外加劑的效果分析
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>一般在混凝土中加入外加劑后,可取得以下效果:
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>a) 延緩混凝土的凝結(jié)時間和降低水化熱。若混凝土中摻入緩凝減水劑后,混凝土的凝結(jié)時間可顯著延緩,使混凝土的初凝和終凝時間相應(yīng)延緩5~8h,其齡期1~3d的水化熱減少,熱峰值出現(xiàn)時間推遲,放熱峰值的溫度降低,從而有效地控制了混凝土的內(nèi)外溫差,減少了混凝土開裂的可能性。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>b) 減少了水泥用量。在混凝土中摻入高效緩凝減水劑后,可降低混凝土單方水泥用量。由于水泥用量的減少,從而降低了由于水泥水化引起的大量水化熱,使混凝土內(nèi)部熱峰值降低,不僅減小了溫度應(yīng)力,而且減小了由于混凝土內(nèi)外溫差過大引起混凝土開裂的可能性。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>c) 減少用水量。在混凝土中摻入高效減水劑后,可大大降低混凝土的水灰比,提高混凝土的坍落度和施工時的和易性。由于用水量的減少,減小了由于混凝土中水份的蒸發(fā)引起的混凝土干燥收縮開裂的可能性,同時也增強(qiáng)了混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>d) 限制混凝土的膨脹率。采用微膨脹劑可使混凝土體積在水化過程中產(chǎn)生適度膨脹,建立自應(yīng)力,以補(bǔ)償混凝土的收縮和冷縮,達(dá)到抗裂目的。如中國建材院經(jīng)過試驗(yàn)認(rèn)為UEA的微膨脹作用主要發(fā)生在14d以前,用于補(bǔ)償混凝土的干縮,但在14d~90d仍有小量膨脹,用于補(bǔ)償?shù)幕炷晾淇s。UEA混凝土的膨脹性能見表1。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left> 由于摻入UEA混凝土外加劑混凝土在養(yǎng)護(hù)期間可產(chǎn)生適度膨脹,在混凝土中建立預(yù)壓應(yīng)力,當(dāng)混凝土開始收縮時,其預(yù)壓應(yīng)力足以抵抗收縮拉應(yīng)力的作用,從而防止了裂縫的出現(xiàn)。另一方面在混凝土中加入UEA混凝土外加劑后,還可降低水化熱,在一定程度上可補(bǔ)償混凝土的溫差收縮。一般大體積混凝土施工中均將UEA混凝土外加劑與高效緩凝減水劑復(fù)合使用,可收到較好的效果。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>武漢某大廈基礎(chǔ)大體積混凝土施工中,為更好的檢驗(yàn)摻入不同的外加劑對混凝土性能的綜合影響,作了大量的試驗(yàn),外加劑采用UEA微膨脹劑,JM2Ⅱ高效減水劑,TMS微膨脹劑,MC25高效減水劑和CAS微膨脹劑,得出的試驗(yàn)結(jié)果如表2和表3所示:
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left> 從表中試驗(yàn)結(jié)果可以看出,在混凝土中摻用復(fù)合外加劑后,混凝土的抗壓強(qiáng)度和坍落度均比沒有摻入外加劑的基準(zhǔn)混凝土有顯著的提高,從表2 可以看出當(dāng)采用52.5級普通硅酸鹽水泥,在混凝土配合比相同的情況下,摻入不同的混凝土外加劑其混凝土的抗壓強(qiáng)度和坍落度均有較大增長,特別是摻入UEA微膨脹劑和JM2Ⅱ高效減水劑后,其3d的混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到38.9MPa,坍落度達(dá)到
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>在從表3可以看出,當(dāng)采用62.5級普通硅酸鹽水泥,不摻外加劑時,基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度3d、7d、28d分別為38.1MPa、42.8MPa、47.2MPa ,但摻入MC25高效減水劑后和UEA 微膨脹劑(或CAS微膨脹劑) 混凝土的抗壓強(qiáng)度和坍落度均有較大的提高。特別是摻入MC25( 1.5 %) 和CAS(16 %) ,混凝土的抗壓強(qiáng)度3d、7d、28d分別達(dá)到48.3MPa、57.8MPa、69.3MPa,其抗壓強(qiáng)度的增長較基準(zhǔn)混凝土和摻用其他品種外加劑的混凝土均要高,所以在混凝土中摻入這兩種外加劑效果明顯,可作為施工時配制混凝土的參考。
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; tab-stops: 186.75pt" align=left>4 基礎(chǔ)大體積混凝土應(yīng)用外加劑實(shí)例
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>武漢市某工程結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu),采用<1000反循環(huán)鉆孔灌注樁,箱形基礎(chǔ),地上28層,地下一層,抗震設(shè)防烈度7 度,抗震等級為二級,基礎(chǔ)承臺板厚度分別為
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>4.1 混凝土配合比和外加劑使用情況
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>該工程地下室底板混凝土設(shè)計標(biāo)號C40,采用華新52.5級礦渣硅酸鹽水泥、中砂(巴河產(chǎn)), M =2.7,5~40連續(xù)級配,外加劑采用UEA微膨脹劑和FDN/SP高效緩凝減水劑,混凝土坍落度控制在14~18cm,混凝土初凝時間不小于4h,采用商品混凝土施工,抗?jié)B等級S8,UEA微膨脹劑由河南駐馬店中原科技實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn),高效減水劑由鐵道部大橋局谷橋集團(tuán)生產(chǎn),其具體配合比情況見表4。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>4.2 保溫測溫情況
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>底板混凝土澆筑時按6~7月考慮,武漢平均氣溫為
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>地下室底板核心區(qū)部分共設(shè)測溫點(diǎn)7處,每處分別3個測溫孔,按上、中、下埋設(shè),上為混凝土表面溫度,中為混凝土的溫度,下為距底板
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left> 從表5中可以看出,溫度變化總體情況較好,除第3天和第4天少數(shù)點(diǎn)溫差超過
normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>5 小結(jié)
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>在大體積混凝土施工中摻入混凝土外加劑,可大大改善混凝土工作性能,提高混凝土強(qiáng)度,增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性,減少收縮、徐變和提高混凝土抗?jié)B性,同時由于水泥用量的減少和混凝土微膨脹劑及高效緩凝減水劑的雙摻應(yīng)用,可推遲或延緩水泥水化熱的作用,增強(qiáng)混凝土的抗裂性能,防止大體積混凝土出現(xiàn)升溫階段的表面裂縫和降溫階段的收縮裂縫。
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成都公司:成都市成華區(qū)建設(shè)南路160號1層9號
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