高强混凝土作为一种新的建筑材料,以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性,在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高层建筑中采用高强混凝土可以大幅度缩小底层钢筋混凝土柱子的截面尺寸,扩大柱同间距,增大建筑使用面积。上下柱子采用不同强度等级混凝土,有利于统一柱子尺寸和模板规格,方便施工,并可利用高强混凝土的早强特点加快施工进度。高强混凝土还因徐变小、弹性模量高,可以减少柱子的压缩量和增加结构刚度,这对超高层建筑来说也是非常重要的。
1工程实例
1.1 南阳市中心医院病新建病房楼工程概况
南阳市中心人民医院病房楼工程结构形式为框剪结构,地下室墙柱及顶板砼强度等级为C60,该高强砼的试配及施工是我项目部遇到的新课题。高强砼为采用水泥、砂、石、高效减水剂等外加剂和粉煤灰、超细矿渣、硅灰等矿物掺合料,以常规工艺配置的C50～C80级混凝土。为攻克这一难题,项目部技术人员与公司实验室在开工伊始就着手高强砼的试配工作。
1.2 原材料的选择
根据规范要求,胶凝材料水泥宜选择不低于42.5的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,且应选择旋窑生产的水泥,以保证水泥质量的稳定;粉煤灰要用一级灰,且应选用需水量比小且烧失量低的;粗骨料碎石最大粒径不宜大于25mm,宜采用二级级配;细骨料砂应选用干净的中砂,其细度模数不宜小于2.6,含泥量不应大于1.5%。对砼强度影响最大的外加剂缓凝减水剂的选择应为减水率高(减水率应大于20%)且应与所选用的水泥相容性好。
鉴于以上要求,项目部材料人员联系多家供应商,提供了平顶山星峰水泥厂及鹤壁同力水泥厂生产的PO52.5的普通硅酸盐水泥,鸭河电厂生产的一级粉煤灰,蒲山劳改厂的5～20碎石,白河中砂,提供了四家缓凝减水剂的样品,并与两种水泥进行试配,测定外加剂的实际减水率,经测定平顶山神翔化工厂的白象牌缓凝减水剂及徐州双拥牌缓凝减水剂,遂选择了质优价廉的徐州双拥牌缓凝减水剂。
根据施工配合比严格控制原材料的质量验收、称量工作及砼的搅拌时间。原材料的进场质量验收决定着拌成砼强度能否达到设计要求;有了合格的原材料,材料的过磅称量对砼的强度至关重要,砼各种原材料的运输、储存、保管和发放,均应有严格的管理制度,防止误装、互混和变质。
1.3 高强砼的试配
根据规范要求,配置C50和C60高强砼所用的水泥量不宜大于450kg/m3,水泥与掺和料的胶结材料总量不宜大于550kg/m3。粉煤灰掺量不宜大于胶结材料总量的30%。配置高强砼所用的水胶比(水与胶结料的重量比)宜采用0.25～0.42。强度等级愈高,水胶比应愈低。砂率宜为28%～34%,当采用泵送时,可为34%～44%。高效缓凝减水剂掺量宜为胶结材料的0.4%～1.5%,能提高拌合物的工作性和减少砼坍落度在运输、浇筑过程中的损失。试配结果:试配砼强度等级均高于1.15倍的设计砼强度等级。
经实际应用,高强砼的水泥及胶凝材料掺量较高时,砼构件强度检测时测定的碳化值低,甚至为零。
1.4 确定施工配合比
根据现场砂、石材料的含水率,砂子内的含石率,调整设计配合比,开出施工配合比。现场砂石含水率的测试方法为:在砂及碎石堆上的不同部位随机取5kg砂,进行烘烤,测定含水率;在砂堆上的不同部位抽取10～15处的砂,将采集的砂过筛,测定砂的含石率,根据实际测定的数据,计算并调整设计配合比,施工中应根据进场的材料情况多次测定调整配合比。
1.5 混凝土的拌制
拌制高强混凝土不得使用自落式搅拌机。配置高强混凝土必须准确控制用水量。砂、石中的含水量应及时测定,并按测定值调整用水量和砂、石用量。高强砼的配料和拌合应采用自动计量装置。当需要手工操作时,应严格控制拌和物出机时的均匀性和稳定性。混凝土原材料均按重量计量,计量的允许偏差为:水泥和掺和料±1%,粗细骨料±2%,水和化学外加剂±1%。高效减水剂采用水剂或粉剂,宜采用后掺法。当采用水剂时,应在混凝土用水量中扣出溶液用水量;当采用粉剂时应适当延长搅拌时间(不少于30s)。高效减水剂的选择和使用,应有专业人员指导。严禁在拌和物出机后加水,必要时可适当添加高效减水剂。
因掺加了减水率较高的缓凝减水剂,在拌合砼时的掺水量就要严格控制,根据配合比的用水量每增加一公斤水,砼的强度就要降低1～2;搅拌砼时应严格控制通的搅拌时间,应保证砼干料在滚桶内干拌均匀后再加水搅拌,总搅拌时间不能少于120s,以保证减水剂充分发挥作用,保证砼的塌落度和砼和易性,保证砼的可泵性。
拌制高强混凝土可参照图1所示的投料顺序。
1.6 混凝土的施工
长距离运输拌合物应使用混凝土搅拌车,短距离运输可利用现场的一般运送设备。装料前,应清除运输车内积水。混凝土自由倾落的高度不应大于3m。当拌合物水胶比偏低且外加掺和料后有较好粘聚性时,在不出现分层离析的条件下允许增加自由倾落高度,但不应大于6m。
浇筑高强混凝土必须采用振捣器捣实。一般情况下宜采用高频振捣器,且垂直点振,不得平拉。当混凝土拌合物的坍落度低于120mm时,应加密振点。
不同强度等级混凝土现浇构件相连接时,两种混凝土的接缝应设置在低强度等级的构件中,并离开高强度等级构件一段距离。如图2所示。
当接缝两侧的混凝土强度等级不同且分先后施工时,可沿预定的接缝位置设置孔径5mm×5mm的固定筛网,先浇筑高强度等级混凝土,后浇筑低强度等级混凝土。
当接缝两侧的混凝土强度等级不同且同时浇筑时,可沿预定的接缝位置设置隔板,且随着两侧混凝土浇入逐渐提升隔板并同时将混凝土振捣密实,也可沿预定的接缝位置设置胶囊,充气后在其两侧同时浇入混凝土,待混凝土浇完后排气取出胶囊,同时将混凝土振捣密实。
泵送的高强混凝土宜采用集中预拌混凝土,也可在现场设搅拌站供应,不得采用手工搅拌。高强混凝土泵送施工时,应根据施工进度,加强组织计划和现场联络调度,确保连续均匀供料。
混凝土泵或泵车的选型,应根据单位时间内的最大排料量和最大泵送距离确定,泵送高强混凝土时,输送管路的起始水平管段长度不应小于15m。除出口处采用软管外,输送管路的其他部分均不宜采用软管,也不宜采用锥形管。输送管路应采用支架、吊具等加以固定,不应与模板或钢筋直接接触。在高温或低温环境下,输送管路应分别用湿帘或保温材料覆盖。
搅拌运输车到达泵送现场后,应高速旋转20s～30s后再将混凝土拌合物喂入受料斗。在泵送过程中,受料斗内的混凝土拌合物不应排空,而应保持淹没叶片。
混凝土开始泵送时应保持慢速运转,以观察泵压(不宜大于20MPa)几个部分情况,待确认工作正常后在以常速泵送。
当向下泵送混凝土时,管路与垂线的夹角不宜小于12°,以防混凝土因自由下落形成空段而引起阻塞。
现场搅拌的混凝土应在出机后60min内泵送完毕。集中预拌的混凝土应在其1/2初凝时间内入泵,并在初凝前浇筑完毕。
混凝土应保持连续泵送,必要时可降低泵送速度以维持连续性。如停泵超过15min,应每隔4min～5min开泵一次,正转和反转两个冲程,同时开动料斗搅拌器,防止斗中混凝土离析。如停泵超过45min,已将管中混凝土清除,并清洗泵机。
泵送高强混凝土的坍落度宜为120mm～200mm。泵送高强混凝土的工作性可按照规定采用扩展度及粘性指标评定。
在冬期拌制泵送高强混凝土时,应制定相应的施工措施,以保证混凝土拌合物入模温度高于10℃。
高强混凝土浇筑完毕后,必须立即覆盖养护或立即喷洒或涂刷养护剂,以保持混凝土表面湿润。养护提起不少于7d。
为保证混凝土质量,防止混凝土开裂,高强混凝土的入模温度应根据环境状况和构件所受的内外约束成都加以限制。养护期间混凝土的内部最高温度不宜高于75℃,并应采取措施使混凝土内部与表面的温度差小于25℃。
在高强混凝土配制与施工前,设计生产和施工各方必须共同制定书面文件,规定质量控制和质量保证实施细则,并明确专人监督施行。
在高强混凝土施工前,施工单位必须对混凝土的原材料及所配制混凝土的性能提出报告(含试验数据),待监理单位认可后方可施工。
测定高强混凝土抗压强度的试件,应尽可能采用边长150mm的标准立方体。当采用边长100mm的立方体试件时,其抗压强度应乘以规范规定的折算系数,以调整为边长150mm标准试件的抗压强度。对于大尺寸的高强混凝土结构构件,应检测施工过程中混凝土内的温度变化,并采取措施防止混凝土开裂及水化热造成的其他有害影响。
对于重要的工程,应同时抽取多组标准立方体试件,分别进行标准养护、密封下的同温养护(养护温度随结构构件内部实测温度变化)和密封下的标准温度(20±3℃)养护,以对实际结构中的混凝土强度作出正确评估,确保工程质量。
2结语
现代高强混凝土的出现是建筑工业上的一个重要进展。在可预见的将来,它是最有潜力能被大量用于各类重要结构尤其是基础设施工程的新一代结构材料。
应用高强混凝土可带来很大的技术经济效益。在设计高强混凝土结构时必须注意加强构件的延性,要改变过去习惯追求低配筋率的倾向。高强混凝土的施工必须有严格的质量控制和保证制度,材料的试配和高效减水剂的使用应该在有经验的专业人员指导下进行。
参考文献
[1] 汪澜．水泥混凝土:组成、性能、应用[M]．北京:中国建材工业出版社,2005.
[2] 李继业．新型混凝土技术与施工工艺[M]．北京:中国建材工业出版社,2002.
[3] 宋功业,邵界立．混凝土工程施工技术与质量控制[M]．北京:中国建材工业出版社,2003.