贵州地区石灰岩质块片石自密实混凝土施工技术.docx
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贵州地区石灰岩质块片石自密实混凝土施工技术
贵州省交通运输厅科技项目验收意见通知书
贵州省公路工程集团有限公司:
你单位承担的贵州省交通运输厅科技项目“贵州地区石灰岩质块片石自密实混凝土施工技术”(项目编号:
2011-122-039),于2012年6月8日在贵阳通过了验收专家组的验收。
验收意见和验收专家组名单附后。
特此通知。
2012年6月8日
验收意见
2012年06月08日,贵州省交通厅主持召开了由贵州公路集团有限公司主持完成的项目“贵州地区石灰岩质块片石自密实混凝土施工技术”(项目编号:
2011-122-039)的成果验收会,验收委员会听取了汇报,审阅了相关资料,经讨论,形成如下意见:
1.所提交的验收材料齐全,符合科技项目验收要求。
2.项目组制定了合理的研究技术方案与路线,系统开展了贵州地区石灰岩质块片石自密实混凝土的理论研究、试验研究与工程应用研究,取得丰富的工程研究成果,其成果如下:
1首次将机制砂自密实混凝土技术应用在高速公路挡墙结构中;
2配置出粉煤灰参量大于50%、坍落度大于25cm、扩张度大于70cm、倒坍落度筒流出时间小于5s的C20超流态自密实混凝土;
3通过二维计算机模拟分析块片石的堆放过程及堆放程度,提出合理的块片石比例,大大突破了规范中对片块石参量的限制;
4提出了C20大掺量粉煤灰超流态机制砂自密实混凝土的配置技术、施工技术及应用技术指南。
3.该项目研究成果在贵州惠兴高速公路获得了成功,取得了显著地经济效益与社会效益,具有推广应用价值。
4.项目研究组织有序,资金使用合理,经验收达到合同要求。
验收专家组一致同意通过验收
验收专家组组长:
副组长:
2012年6月8日
4.超流态机制砂自密实混凝土的制备
4.1试验目标于研究思路
4.1.1试验目标
超流态机制砂自密实混凝土是一种粘度极低、流动性很好且粘聚性好的新型特种混凝土。
与常规混凝土相比,超流态机制砂自密实混凝土对于工作性能的要求更高。
在进行超流态机制砂自密实混凝土配合比设计时一般应首先设计体积配合比,使之满足自密实性能。
自密实性能于胶凝材料的细度、化学成分,砂石料的粒形、级配,外加剂的性能及其与水泥、粉煤灰等材料的适应性均有密切关系;因此需要通过专项试验逐步确定外加剂的种类和超流态机制砂自密实混凝土配合比设计参数。
在确定了超流态机制砂自密实混凝土的体积配合比候,一般通过改变粉煤灰的掺量来调整强度等级。
由于超流态机制砂自密实混凝土胶凝材料用量较高,并且具有优异的密实性,所以在进行配合比设计时并不需要做特殊考虑。
研究并配制出超流态C20、C30低强度等级超流态机制砂自密实混凝土是机制砂自密实混凝土的关键技术之一。
研究确定低强度等级超流态机制砂自密实混凝土的主要参数,如水胶比、砂率、粉煤灰的掺量和高效减水剂的种类与掺量等。
研究并选择超流态机制砂自密实混凝土原材料和配合比参数,使其流动性与粘聚力等矛盾得到统一,获得保证低强度等级超流态机制砂自密实混凝土。
从混凝土工作性指标、混凝土抗压强度为主要考核指标,结合贵州地区粉煤灰等矿物掺合料,提出低强度等级超流态机制砂自密实混凝土的配制技术。
4.1.1.1拌和物性能性能要求
⑴坍落度、坍落扩展度
初始坍落度270±20mm,坍落扩展度>650mm
⑵坍落度保持性
1h后坍落度不小于250mm,坍落扩展度不小于650mm,倒流扩展度不小于500mm;⑶混凝土常压泌水率
混凝土常压泌水率≤1.0%
⑷凝结时间
混凝土初凝时间应不大于10h,终凝时间不大于24h
⑸含气量
混凝土含气量应小于4.0%
⑹倒坍落度流出时间
不大于6s
4.1.1.2硬化混凝土性能
⑴抗压强度及其发展
混凝土卡呀强度3d≥10Mpa,7d≥15Mpa;28d≥25Mpa
⑵28d弹性模量
混凝土28d弹性模量应不小于2.8×104Mpa
4.1.2试验思路
⑴选择合适的材料,尤其是粗骨料和机制砂的质量要保证;
⑵选择合适的胶凝材料用量,采用大掺量矿物掺合料技术,同时采用专用聚羧酸外加剂,使得混凝土具有较好的流动性;
⑶采用特种外加剂使得混凝土在具有较好的流动性的同时,保持较好的粘聚性、不离析、不泌水;
⑷在满足拌合物工作性的条件下,尽量降低水胶比进而保证混凝土的强度、耐久性等。
4.1.3试验方案
⑴在初始配合比的基础上,根据原材料的性能参数进行调整,使得拌合物满足工作性的要求;从而得到基准配合比;
⑵研究配合比的参数变化对混凝土性能的影响,主要包括水胶比、胶率、粉煤灰的用量、胶凝材料的用量等;主要测试指标:
初始坍落度和扩展度,1h后的坍落度和扩展度,坍落度筒流出时间,抗压强度等;
⑶根据参数变化的结果对基准配合比进行优化,进一步研究基准配合比的性能;
⑷C30超流态机制砂自密实混凝土的配制
⑸低强度水泥配制C20超流态机制砂自密实混凝土;
4.2试验原材料
水泥;试验中主要材料海螺42.5的普通硅酸盐水泥;此外个别组还采用了明达P.O42.5水泥和海螺P.O32.5水泥。
砂为机制砂,石粉含量约为15%;石子为5~10mm连续级配。
减水剂主要采用马贝、陶正、巴斯夫等聚羧酸减水剂。
特种减水剂,为了调整混凝土的状态,还采用了缓凝剂,增稠剂及吸气剂等特种外加剂。
4.3试验结果
4.3.1基准配合比的调整
在前期大量实验的基础上,选择如下配合比为基础配合比
表4.1基准超流态机制砂自密实混凝土配合比(kg/m3)
原材料
水泥
粉煤灰
水
砂
石子
减水剂
特种外加剂
用量
190
285
176
879
720
2.85
同时考虑到原材料的性能参数(如砂石含水率、机制砂的石粉含量、外加剂固含量等)的变化,因此需要根据工地原材料的情况对基准配合比进行调整。
表4.2基准配合比调整
编号
水胶比
砂率
粉煤灰
掺量
胶材总量
外加剂总类及掺量
特种外加剂
1-1
0.347
55%
60%
475
马-180.8%
温0.05%
1-2
0.351
55%
60%
475
马-180.6%
温0.05%
1-3
0.351
55%
60%
475
马-160.67%
温0.03%
1-4
0.348
55%
60%
475
马-180.6%
温0.03%
1-5
0.332
55%
60%
475
淘0.68%
温0.03%
1-6
0.333
55%
60%
475
马-160.8%
温0.05%
引0.02%
1-7
0.355
55%
60%
475
马-160.5%
引0.02%
在基准配合比的基础上,调整外加剂的掺量和用水量来控制混凝土的工作性,各种混凝土的工作性和强度见下表4.3.
表4.3各组混凝土的工作性和强度
编号
水胶比
外加剂总类及掺量
特种外加剂
初始
立方体抗压强度/Mpa
T/K
倒Ts
倒K
7d
28d
60d
1-1
0.347
马-180.8%
温0.05%
27.5/75.5
5.12
71.5
21.34
29.2
34.6
1-2
0.351
马-180.6%
温0.05%
27/67.5
7.45
70
19.19
24.0
34.6
1-3
0.351
马-160.67%
温0.03%
27/81
5.7
71
21.47
27.2
35.6
1-4
0.348
马-180.6%
温0.03%
27.5/77
4.12
75
21.30
26.0
32.0
1-5
0.332
淘0.68%
温0.03%
28/78
3.85
--
25.30
31.8
41.8
1-6
0.333
马-160.8%
温0.05%
引0.02%
27/76
6.49
71
22.92
30.1
37.5
1-7
0.355
马-160.5%
引0.02%
27-77.5
3.88
74
8.11
26.0
29.8
从上表可以看出,1-7组混凝土的扩展度和坍落度较大,此外倒坍落度筒流出时间仅为3.88s,不离析不泌水;满足设定的目标,而且其各龄期的强度均满足要求,富余不严重。
因此,综合考虑将1-7组混凝土的配合比设定为基准配合比;
表4.4调整后的基准配合比
原材料
水泥
粉煤灰
水
砂
石子
减水剂
特种外加剂
每方
190
285
166
885
724
2.375
37L
7.03
10.55
6.15
32.74
26.79
87.88g
引0.36g
4.3.2配合比参数的变化对混凝土性能的影响
在基本配合比的基础上,主要研究水胶比(0.34、0.37、0.40)和砂率(50%、55%、60%)、粉煤灰用量(50%、60%、70%)及胶凝材料用量(450、475、500)等配合比参数对混凝土性能的影响;
此外对比三种外加剂的用量和对混凝土工作性和强度的影响。
主要测试指标包括:
初始坍落度和扩展度,倒坍落度筒流出的时间,7d、28d和60d的立方体抗压强度,和28d、60d的弹性模量。
4.3.2.1水胶比的变化(0.34、0.37、0.40)
表4.5水胶比的变化对混凝土工作性的影响
编号
水胶比
砂率
粉煤灰掺量
胶材总量
外加剂掺量
初始T/S
倒Ts
倒K
状态描述
2-1
0.325
55%
60%
475
0.55%
26/73
4.44s
70
轻微堆料,但倒T时不堆料
3-2
0.337
55%
60%
475
0.5%
26/72.5
3.69s
64
混凝土状态不错,较重
2-2
0.373
55%
60%
475
0.4%
27/72
1.53s
69
很轻,状态好,表面有少量浆体
三组混凝土用水量相比设定值,均有所减小,只要是考虑到混凝土的状态,尤其是保水性和粘聚性,2-2组混凝土开始留了一部分水,初始测定值稍低,后续加入剩余的水后,混凝土基本不离析,混凝土状态不错,很轻,导致倒坍落度筒流出时间仅为1.53s,有点水的的感觉,。
但是担心该组强度达不到要求。
此外减水剂作用量较低(0.4%),担心混凝土的倒坍性不好。
从三个水胶比的变化来看,随着水量的增加,必须降低外加剂的用量,否则容易离析和泌水,此外用水量增大导致混凝土变稀,倒坍落度流出时间减小。
表4.6水胶比对混凝土的抗压强度的影响
编号
水胶比
外加剂掺量
初始T/S
倒Ts
倒K
立方体抗压强度/Mpa
7d
28d
60d
2-1
0.325
0.55%
26/73
4.44s
70
17.74
30.3
——
3-2
0.337
55%
60%
475
15.84
15.84
23.5
37.6
2-2
0.373
0.4%
27/72
1.53s
10.60
10.60
21.2
——
从强度结果来看水胶比的变化对混凝土强度影响较为显著,3-2组混凝土对7d强度可以达到15Mpa的要求,但是28d强度没有达到设定的25Mpa。
在水胶比较低时,2-1的0.325时,28d强度较高位30.3Mpa,相比于设定目标,有所富余。
水胶比较高时,尽管混凝土的工作性很好,但强度过低,不能满足要求。
4.3.2.2砂率的变化(50%、55%、60%)
变化可以看出,砂率对超流态混凝土的工作影响很大,两组混凝土均是保持减水剂的掺量不变,控制混凝土的用水量。
砂率为50%是,剩余的水较多,需水量较小但是混凝土的流动性差,较粘,倒坍落度测试时间为5.86s,而且混凝土表面气泡较多,石子间浆体并不富裕。
砂率提高到60%时,混凝土明显变轻,混凝土状态不错,而且倒坍落度流出的时间仅为2.79s。
表4.7砂率的变化对混凝土工作性的影响
编号
水胶比
砂率
粉煤灰掺量
胶材总量
外加剂掺量
初始T/S
倒Ts
倒K
状态描述
2-3
0.325
50%
60%
475
0.5%
25.5/71
5.86s
62
很黏,表面气泡多,包裹性一般。
3-2
0.337
55%
60%
475
0.5%
26/72.5
3.69s
64
混凝土状态不错,较重
2-4
0.373
60%
60%
475
0.5%
27/72
2.79s
68
很轻,浆体稍多,状态不错
砂率的变化对混凝土的流动性及包裹性影响明显,砂率是影响C20超流态混凝土的重要参数。
表4.8水胶比对混凝土的抗压强度的影响
编号
水胶比
外加剂掺量
初始T/S
倒Ts
倒K
立方体抗压强度/Mpa
7d
28d
60d
2-1
0.325
55%
25.5/71
5.86s
62
15
28.6
——
3-2
0.337
55%
26/72.5
3.69s
64
15.84
23.5
37.6
2-2
0.373
60%
27/72
2.79s
68
9.35
21.3
——
砂率对混凝土早期强度影响较低,砂率较高时,如砂率为60%是,混凝土的7d强度尚未达到10Mpa但对28dq强度影响不是特别大,考虑到2-3组混凝土水胶比较低,因此其28d强度远远高于另外两组。
为了保证混凝土的强度和工作性,在砂率较大时,尽量降低用水量,保证混凝土不离析不泌水,同时各个龄期的强度满足要求。
4.3.2.3粉煤灰掺量变化
表4.9粉煤灰掺量的变化对混凝土工作性的影响
编号
水胶比
砂率
粉煤灰掺量
胶材总量
外加剂掺量
初始T/S
倒Ts
倒K
状态描述
2-5
0.346
55%
50%
475
0.5%
26/67
4.37s
66
流动性不是特别少,轻微板结
3-2
0.337
55%
60%
475
0.5%
26/72.5
3.69s
64
混凝土状态不错,较重
2-6
0.334
55%
70%
475
0.5%
26.5/72
3.85s
68
很稀,表面有少量浆体浮出
2-5混凝土流动性不是特别好,而且表面也有少量浆体,再加水的话可能会泌水;测试过程中先放出部分料测试坍落度等,后来发现搅拌机中的剩余料非常硬,石子下沉,看来粉煤灰的掺量对这种混凝土的影响较大。
2-6组粉煤灰掺量为70%时,混凝土的工作性加好,很稀,而且还少用了338g水。
粉煤灰的掺量变化度对混凝土工作性影响明显。
表4.10粉煤灰比对混凝土的抗压强度的影响
编号
水胶比
粉煤灰掺量
外加剂掺量
初始T/S
倒Ts
倒K
立方体抗压强度/Mpa
7d
28d
60d
2-5
0.346
50%
0.5%
26/67
4.37s
62
16.27
24.9
——
3-2
0.337
60%
0.5%
26/72.5
3.69s
64
15.84
23.5
37.6
2-6
0.334
70%
0.5%
26.5/72
3.85s
68
9.83
21.7
25.8
粉煤灰掺量对混凝土早期强度影响较大,但是对28d强度影响较小。
这点和砂率的变化较为相似。
4.3.2.4胶凝材料总量的变化
表4.11胶凝材料总量的变化对混凝土工作性的影响
编号
水胶比
砂率
粉煤灰掺量
胶材总量
外加剂掺量
初始T/S
倒Ts
倒K
状态描述
2-7
0.345
55%
60%
450
0.55%
26/69.5s
4.91s
57
较粘
3-2
0.337
55%
60%
475
0.5%
26/72.5
3.69s
64
混凝土状态不错,较重
2-8
0.347
55%
60%
500
0.5%
25/68S
14.63s
62.5
坍测试由堆料,轻微泌水;
3-1
0.323
55%
60%
500
0.4%
26.5/71s
3.54
65
轻微泌水,感觉坍损稍大,轻
2-7组胶凝材料总量降低为450时,明显混凝土变得比较干,,水和外加剂全部加完后,混凝土的流动性不佳,又增加了0.05%的减水剂,流动性稍微改善
.而2-8组混凝土的状态不好,坍落度测试过程中堆料现象严重,,而且轻微泌水,在倒坍落度测试实验中有由于浆体上浮,石子堆积在出口处,导致倒坍落度留出时间大大增加,为14.63s。
3-1是重复的2-8组,不仅将外加剂量调整为0.4%,而且用水量也大幅度减少,混凝土状态不错,感觉较轻,流动性很好。
从胶凝材料总量的变化对混凝土的工作性影响可以看出,胶凝材料的总量的增大有利于混凝土的流动性,不仅可以降低用水量和外加剂的用量,还可以保证混凝土后期的强度。
从混泥土的强度结果来看,所选择的几种外加剂均能配制出超流态机制砂致密实混泥土。
外加剂的种类变化对强度有一定的影响,陶正和巴斯夫外加剂混泥土强度较高,陶正外加剂在配制过程中有些泌水,而巴斯夫外界在成型过程中状态最好,用水量最大,但是其强度,尤其是后期强度为各组最好。
4.3.2.6小结
通过上述一列试验可以得出:
(1)水胶比对混泥土的粘度影响较大,增大用水量(相应的降低减水剂的用量)可以很好的实现类似水一样的混泥土,但是水胶比未0.373时,是否强度能够达到要求需要进一步观测强度结果。
此外,在减水剂掺量低于0.5%时,可以考虑掺入减水剂1%的缓凝剂以增强保坍性;
(2)砂率对C20超流态混泥土性能影响非常大,砂率较低时(50%)混泥土的保水性差,整体需水量小,容易泌水,但混泥土较为粘稠;砂率较大时混泥土的流动性很大,而且很稀,综合两组砂率变化和基准组,可以考虑优化砂率值为57%或58%;
(3)粉煤灰的掺量对混泥土的流动性也有一定的影响,掺量较低时保水性差,易于泌水,扩展度小。
掺量在60%及以上时,粉煤灰对混泥土的减水效果明显。
从工作性角度考虑,粉煤灰掺量在60%~70%之间都可以。
(4)胶凝材料总量的变化,两组做出来的效果都不是很好,胶材总量在450Kg/m3时,混泥土很干,流动性差,需要增大减水剂的掺量;总量在500Kg/m3时,混泥土控制的不是特别好。
(5)三种外加剂的减水能力依次为淘正、马贝、巴斯夫。
但是,减水能力稍低而且固含量低的外加剂易于调节,不易离析和泌水。
因此,结果,仅仅从工作性角度考虑的话,2-2、2-4及2-6三组混泥土的状态都较好,综合考虑的话,可以采用水胶比0.37,砂率57%,粉煤灰掺量65%,胶凝材料总量475,减水剂(马贝-16)0.4%;引气剂万分之二;
从强度结果来看,水胶比在0.4以内可以保证混泥土各龄期的强度达到设定目标;如果对早期强度要求较高的话,可以降低砂率、粉煤灰的掺量同时增加胶凝材料的用量;三种外加剂的性能对比来看,巴斯夫聚酸减水剂综合性能最优。
表4.12粉煤灰比对混凝土的抗压强度的影响
编号
水胶比
胶材总量
外加剂掺量
初始T/S
倒Ts
倒K
立方体抗压强度/Mpa
7d
28d
60d
2-7
0.354
450
0.55%
26/69.5
4.91s
57
16.27
25.40
35.1
3-2
0.337
475
0.5%
26/72.5
3.69s
64
15.84
23.50
37.6
2-8
0.347
500
0.5%
25/68
14.63s
62.5
18.18
25.27
41.6
3-1
0.323
500
0.4%
26.5/75
3.54
65
19.11
22.52
41.1
从强度结果来看,胶凝材料总量变化仅仅对早期强度影响较大,但是对28d强度影响不是很明显。
4.3.2.5不同种类外加剂性能对比
三种外加剂的固含量:
马贝SX-C1628;淘正37%;巴斯夫15%;马贝的掺量为0.5%;淘正掺量为0.38%;巴斯夫为0.93%。
保证三种外加剂的固含量相同,通过调整用水量使得混凝土达到较好的工作性。
表4.13外加剂种类和掺量的变化对混凝土工作性的影响
编号
水胶比
砂率
粉煤灰掺量
胶材总量
外加剂掺量
初始T/S
倒Ts
倒K
状态描述
2-2
0.337
55%
60%
475
马贝-16,0.5%
27/72.5
3.69s
64
混凝土状态不错,较重
3-1
0.333
55%
60%
475
淘正,0.38%
25/72
5.86
66
轻微泌浆体,成型时离析严重。
2-2
0.345
55%
60%
475
巴斯夫0.93%
27/70
3.32s
67
状态很好,很轻
通过三种外加剂的对比可以看出,在三种外加剂固含量相同的情况下,采用淘正外加剂的4-1组用水量最低,而且该组还有些泌水,还可以进一步降低用水量;马贝-16减水剂的效果次之,巴斯夫外加剂的用水量最大,但是该混凝土的状态很好,混凝土很轻,工作性好。
三种外加剂的减水能力依次为淘正、马贝、巴斯夫。
但是,减水能力稍低而且固含量低的外加剂易于调节,不易离析和泌水。
表4-14外加剂的种类对混凝土的抗压强度的影响
编号
水胶比
外加剂掺量
初始T/K
倒Ts
倒K
立方体抗压强度/Mpa
7d
28d
60d
3-2
0.337
马贝-16,0.5%
26/72.5
3.69s
64
15.84
23.5
37.6
4-1
0.333
淘正,0.38%
25/72
5.86s
66
20.65
28.6
37.4
4-2
0.345
巴斯夫0.93%
27/70
3.32s
67
19.15
30.00
37.2
4.3.3超流态机制砂自密实度混凝土配合比优化及力学性能
表4.15优化后的的配合比工作性对比
编号
水胶比
砂率
粉煤灰掺量
胶材总量
外加剂掺量
初始T/S
倒Ts
倒K
状态描述
3-2
0.338
55%
60%
475
0.5%
26/72.5
3.69s
64
混凝土状态不错,较重
3-3
0.337
57%
65%
475
0.4%
27/71
3.22s
65
混凝土状态不错,,感觉坍损稍大
3-2组重复基准组混凝土
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