高強混凝土的概念并沒有一個確切的定義,在不同時期高強混凝土的含義是不同的,呈增加的趨勢。從我國目前平均的設計和施工技術實際出發(fā),將強度在30Mpa以下的混凝土稱為低強混凝土,強度在30-45Mpa之間的混凝土稱為中強混凝土,強度在50Mpa以上的混凝土稱為高強混凝土,也有將強度在62-83Mpa的混凝土稱為高強混凝土,強度在83-103Mpa的混凝土稱為超高強混凝土,最高可達130Mpa.根據(jù)《普通混凝土配合比設計規(guī)程》定義:強度等級為C60及其以上的混凝土,稱為高強混凝土。其中規(guī)定:“配制高強混凝土時應摻用高效減水劑或緩凝高效減水劑”,“配制高強混凝土時應摻用活性較好的礦物摻合料,且宜復合使用礦物摻合料”,“配制高強混凝土所用砂率,所采用的外加劑和礦物摻合料的品種、摻量應通過試驗確定”,“高強混凝土的水泥用量不應大于550kg/m?;水泥和礦物摻合料的總量不應大于600kg/m?”(其他注意事項參見本規(guī)程)。
根據(jù)國內(nèi)外大量試驗表明:如果混凝土中摻加水泥過多,對混凝土強度增長的作用并不顯著,還使其產(chǎn)生大量的水化熱和較大的溫度應力,使混凝土產(chǎn)生較大的收縮,導致開裂。配制高強混凝土的水泥用量因適宜,不能將增加水泥用量作為提高混凝土強度的唯一途徑,可通過摻加硅粉、粉煤灰、礦粉等礦物料來實現(xiàn)。
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總體而言,配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B結構混凝土、抗硫酸鹽和抗軟水侵蝕混凝土、蒸養(yǎng)混凝土、輕集料混凝土、地下工程混凝土、水下工程混凝土、壓漿混凝土及碾壓混凝土等宜摻用粉煤灰。各等級粉煤灰的適用范圍如下:
I級粉煤灰適用于鋼筋混凝土和跨度小于6m的預應力混凝土。
Ⅱ級粉煤灰適用于鋼筋混凝土和無筋混凝土。
Ⅲ級粉煤灰主要用于無筋混凝土。對設計強度等級為C30及以上的無筋粉煤灰混凝土,宜采用I、Ⅱ級粉煤灰。
用于預應力混凝土、鋼筋混凝土及對設計強度等級為C30及以上的無筋混凝土的粉煤灰,如經(jīng)試驗論證,可采用比上述規(guī)定低一級的級粉煤灰。
根據(jù)各類工程和各種施工條件的不同,粉煤灰可與各類外加劑同時使用。外加劑的適應性和合理性須由試驗確定。
粉煤灰用于下列混凝土時,應注意:
A、粉煤灰用于要求高抗凍性的混凝土時,必須摻用引氣劑。
B、粉煤灰混凝土在低溫條件下施工時,宜摻入對粉煤灰混凝土無害的早強劑或防凍劑,并采取適當?shù)谋卮胧绺采w麻袋。
C、用于早期脫模、提前負荷的粉煤灰混凝土,宜摻用高效減水劑、早強劑等外加劑。
D、摻有粉煤灰的鋼筋混凝土,對含有氯鹽外加劑的限制,應符合現(xiàn)行國家標準《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》的有關規(guī)定。
粉煤灰內(nèi)摻等量取代水泥最大摻量見表3,內(nèi)摻超量系數(shù)見表4.
單摻粉煤灰(Ⅱ級)時,內(nèi)摻時采用超量取代法,摻量經(jīng)驗值不超過80kg/m3,高標號混凝土要單摻粉煤灰時,以I級為主,采用超量取代法或等量取代法,但均要通過試驗調(diào)整確定。
粉煤灰混凝土配合比設計中因粉煤灰比水泥密度小又超量取代,計算時應采用體積法調(diào)整1m3混凝土的砂石用量,試配或取樣時裝模實測換算出單方重量,應在2350~2450kg/m3范圍(輕、重骨料混凝土除外)。
?。ㄋ模⒖蓳降V粉的情形
我國礦粉的生產(chǎn)和應用起始于1996年,從起初的大體積混凝土、大流動度混凝土以及海工工程、水利工程,發(fā)展到目前應用于高性能混凝土乃至于普通混凝土。各種混凝土結構幾乎都使用礦粉。
有適用的粉煤灰時,優(yōu)先摻粉煤灰。在缺少適用的粉煤灰時,可單摻礦粉或與粉煤灰、硅粉復摻。摻粉煤灰、礦粉會降低早期強度,摻粉煤灰28d強度增長慢,可按60d、90d齡期計,摻礦粉28d可達到或超過要求的強度。粉煤灰在降低水化熱方面效果比礦粉好,且粉煤灰更經(jīng)濟,超量取代還可增加膠凝材料總量,改善混凝土的工作性。[Page]
單摻礦粉配合比計算可采用重量法或體積法。
單摻礦粉時的摻量范圍:
礦粉用于商品混凝土時,應注意:
?。?)控制礦粉的細度
?。?)保證養(yǎng)護到位
(3)調(diào)整凝結時間
?。?)調(diào)整用水量
?。ㄎ澹┓勖夯遗c礦粉復摻的情形
(1)礦粉與I級粉煤灰復合摻加:
兩種材料的火山灰效應、形態(tài)效應和微集料效應相互疊加,形成“工作性能互補效應”和“強度互補效應”,使混凝土具有良好的抗?jié)B性和可泵性。
1)混凝土“工作性能互補效應”
對新拌混凝土,發(fā)揮粉煤灰的“形態(tài)效應”.粉煤灰中富含的球狀玻璃體對漿體起到“潤滑作用”,增加拌合物的流動性,減小泵送阻力,改善由于礦粉的摻入所導致的混凝土拌合物粘聚性,使新拌混凝土得到最佳的流動性和粘聚性。
2)粉煤灰等量取代水泥時,28d強度基本都比不摻混凝土強度低,而礦粉在合適的摻量下會使混凝土的28d強度稍有提高,因此,二者有較好的“強度互補效應”.二者復合使用還可兼顧混凝土早期強度與后期強度,早期發(fā)揮礦粉的火山灰效應,改善漿體和集料的界面結構,彌補由于粉煤灰的火山灰效應滯后于水泥熟料水化,而使得火山灰反應生成物和水泥水化生成的膠凝數(shù)量不足,導致與未反應的粉煤灰之間界面粘結不牢引起的早期強度損失;后期發(fā)揮I級粉煤灰的火山灰效應所帶來的孔徑細化作用以及未反應的粉煤灰顆粒的“內(nèi)核作用”,使混凝土后期強度持續(xù)得到提高。
礦粉與I級粉煤灰復合使用應是最佳組合。粉煤灰可摻20%以內(nèi),礦粉可摻加40%以內(nèi),它們之間的比例可以根據(jù)不同強度等級,不同技術要求進行調(diào)整。由于細度達到400㎡/kg以上的礦粉會增加預拌混凝土粘度,因此它有利于低強度等級混凝土而不利于高強度等級混凝土的配制。配制高強度等級混凝土時需要礦粉與可以降低預拌混凝土粘度的優(yōu)質(zhì)I級粉煤灰復合使用。[Page]
?。?)礦粉與Ⅱ級粉煤灰復合摻加:
礦粉與Ⅱ級粉煤灰復合使用時,粉煤灰的取代量宜在15%以內(nèi),礦粉摻加量宜在30%以內(nèi)。由于Ⅱ級粉煤灰比I級粉煤灰供應量充足,因此在商品混凝土攪拌站使用較多。但Ⅱ級粉煤灰的質(zhì)量穩(wěn)定性較差,給配制混凝土帶來很多不便。礦粉的質(zhì)量穩(wěn)定性遠大于Ⅱ級粉煤灰,給配制混凝土帶來很好的條件,只要通過試驗找出合適的比例及摻量,就可以配制出和易性好而成本又無明顯增加混凝土。在條件允許的情況下,應多摻礦粉少摻Ⅱ級粉煤灰,以降低Ⅱ級粉煤灰質(zhì)量波動給混凝土帶來的不利影響,復摻時總?cè)〈坎灰顺^50%.試驗資料表明,當?shù)V粉與Ⅱ級粉煤灰復合總?cè)〈?0%,二者比例為1:2時,水泥基料最致密,表現(xiàn)為強度最高。另外,由于Ⅱ級粉煤灰和礦粉同樣具有增加混凝土粘度的趨勢,因此不宜配制高強混凝土。
?。┓勖夯一虻V粉與硅粉復摻的情形
C60一C100摻硅粉高強混凝土的配制。由于超細礦渣粉和硅粉的復合使用,其強度來源從內(nèi)部組成看,第一部分由水泥水化形成的C-S-H凝膠產(chǎn)生,第二部分是超細礦渣粉產(chǎn)生的微粉填充疊加效應,使硬化砂漿結構更加致密,提高了混凝土強度,第三部分是由于硅粉填充到水泥水化后的孔隙和礦粉沒有填充到的部位,產(chǎn)生硅微粉微集料填充效應,使混凝土的強度大大提高。其強度計算公式即現(xiàn)代混凝土強度理論計算公式(城建XS公式)如下:fcu.p=f=δf×u×m,式中,δf-混凝土中硬化砂漿理論強度,u-膠凝材料強度貢獻率,m-混凝土中硬化砂漿的密實度。這里給出一個配比例子:水泥用量450㎏,礦粉用量100㎏,硅粉用量50㎏。
四、此外,列舉下列情況進行研究分析:
1、按施工部位不同
1)、道路路面:要求耐磨時要少摻粉煤灰和礦粉,尤其是早期養(yǎng)護不足時。按抗折強度配制時一般抗壓強度較高,多用膠凝材料,有適量摻加粉煤灰或礦粉的先例。
2)、柱子:高溫天氣保濕養(yǎng)護不好時少摻礦粉。
3)、大體積承臺、底板:為減少水化熱溫度和預防溫差裂縫,要多摻粉煤灰和礦粉,可單摻或雙摻。粉煤灰降低水化熱的效力大于礦粉,雙摻時介于二者之間。單摻礦粉時必須達到足夠的用量(>40%)才能有效降低水化熱和混凝土溫升。
4)、抗?jié)B、抗裂砼(補償收縮砼)屋面、底板、剪力墻:抗裂砼(補償收縮砼)摻加膨脹劑的量一定要保證設定的膨脹率和干縮率,僅保證抗?jié)B是不夠的,還要有14天以上的保溫保濕養(yǎng)護。有膨脹劑摻加的情況下,粉煤灰取代/摻量不超過20%為宜。行業(yè)標準《補償收縮混凝土應用技術規(guī)程》(JGJ/T178-2009)已頒布,將于2009、12、1實施。
5)、水下灌注樁:要求大流動度和粘聚性,配制強度要高些,多一些膠凝材料,至少高一個等級,要早強的話,少摻或不摻礦粉,骨料為5-20mm.
6)、混凝土枕板:抗震性、密實度、耐久性等要求高,使用聚羧酸系減水劑效果好。
7)、橋梁、墩柱:要求較高的強度保證系數(shù),耐久性,尤其海水環(huán)境,要充分發(fā)揮摻合料的作用,大體積構件還要減少水泥用量。
8)、鋼管高強混凝土:超高層建筑使用鋼管高強混凝土(或型鋼高強混凝土),要求高性能,如大流動性自密實微膨脹,可單摻或復摻粉煤灰、礦粉、硅灰、膨脹劑等材料。
9)、細石混凝土(找平層、轉(zhuǎn)換層):使用細石骨料比常用的5-31.5mm骨料抗壓強度會降低,甚至降一兩個等級,要增加膠凝材料用量,可適量摻加粉煤灰和(或)礦粉。
10)、樓面:多為泵送,要求流動性好,可在標準、規(guī)范允許范圍內(nèi)適量摻加粉煤灰、礦粉。避免高溫、風大時施工,至初凝時進行第二、三次壓實抹面,并立即進行塑料薄膜或濕麻袋覆蓋保濕,防止開裂。據(jù)專家研究測試,風速大于4.5m/s時,混凝土早期極易開裂。
2、按氣候、地理不同
1)、夏秋季:氣溫較高時,水化反應較快,粉煤灰、礦粉可多摻,緩凝組分可增加。
2)、冬春季:氣溫較低時,水化反應較慢,粉煤灰-、礦粉可少摻,早強組分可增加。
3)、北方:北方冬季寒冷,常使用防凍劑和采取防凍保溫措施。
4)、南方:南方冬季冰凍期短或者沒有5攝氏度以下的天氣,但也應有一定的防凍措施。
3、按施工方式不同
1)、直卸
直卸混凝土澆筑時坍落度可小些,只要能從攪拌車順利放出,除滿足路途坍落度損失之外,減水劑可適當少摻。此外,直卸混凝土可采用較小的砂率和具有較大粒徑的粗骨料。
2)、泵送(汽車泵、拖泵)
泵送混凝土坍落度要大些,一般認為160±20mm較好,試配時要求的坍落度(出站坍落度)要考慮路途坍落度損失。泵送混凝土應摻用泵送劑或減水劑,并宜摻用粉煤灰或其他活性礦物摻合料。水泥和礦物摻合料的總量不宜小于300kg/m³.所用碎石的最大粒徑不大于輸送管徑的1/3)卵石的最大粒徑不大于輸送管徑的1/2.5,并隨泵送高度增加,石子最大粒徑要相應減小,砂率可稍大,35%一45%(詳見《普通混凝土配合比設計規(guī)程》)。
汽車泵進料斗格柵間距比很多拖泵的要寬,汽車泵75mm、拖泵50mm,所以汽車泵進料快,5-10分鐘泵完一車料,而拖泵進料斗上易起堆,31.5mm石子不容易下去,需人工扒動,較適合20mm以下的骨料;若加大澆筑時坍落度,漿比石子流得快,易產(chǎn)生離析,后面石子多。建議拖泵進料斗格柵間距改成與汽車泵的一致。
3)、(塔吊)吊斗
吊斗澆筑一車預拌混凝土往往耗時1小時左右,慢的工地達到3-4小時,不僅因為一次只能吊約0.5-1立方,還因為采用吊斗澆筑的工程部位大多為柱子、薄壁墻、邊角復雜結構、墊層等,費時費力,要求預拌混凝土坍落度經(jīng)時損失小,流動性好,此時緩凝減水劑要適當多摻,出站坍落度稍大。
4)、皮帶機、溜槽、串筒
坍落度、流動性介于直卸與泵送混凝土之間。
五、結語
現(xiàn)代混凝土技術的迅速發(fā)展使得摻合料、外加劑廣泛應用,以滿足現(xiàn)代施工技術和建筑要求,達到技術先進、經(jīng)濟合理、節(jié)能環(huán)保、高強性、防腐耐久等目的,促進了商品混凝土的發(fā)展。
由于各地原材料品質(zhì)不同,套用混凝土配合比有很大危害,一定要經(jīng)試驗調(diào)整驗證才能使用,并根據(jù)原材料變化情況試驗調(diào)整?;炷恋呐浜媳仍O計不同于結構設計,不是單純的理論計算,屬于試驗型而非經(jīng)驗型學科的范疇。因為混凝土配合比牽涉到各個方面,既要滿足施工和易性要求,又要保證混凝土硬化后的強度和耐久性。通過經(jīng)驗表格和經(jīng)驗公式算出初步計算配合比后,還需要進行試配調(diào)整,以滿足施工和易性要求,并應進行強度試驗。在滿足上述性能的前提下,盡可能節(jié)約水泥,降低成本,節(jié)能環(huán)保。
商品混凝土企業(yè)高層要重視技術質(zhì)量工作,配備充足試驗人員、質(zhì)檢人員和服務人員,提高質(zhì)量和服務,持續(xù)改進,客戶滿意。
施工企業(yè)要組織人員參加相關技術培訓,防止商品混凝土因施工或(和)養(yǎng)護原因出現(xiàn)缺陷。如無特殊要求,需方不要指定商品混凝土原材料的廠家、品種,供需雙方要加強溝通,做好技術交底,友好合作,共贏發(fā)展。
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