高性能砼中心成果报告.docx

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高性能砼中心成果报告

第一篇

用于超长结构的补偿收缩混凝土

超长结构补偿收缩混凝土

作者：

卞志刚、刘玉荣、冯涛

1概述

补偿收缩混凝土是解决混凝土结构的收缩开裂问题的有效方法，具有良好的抗渗、抗侵蚀性；采用补偿收缩特种混凝土施工工艺，可以很好地实现超长结构的连续性浇注，即超长结构无缝施工，尤其适用于地下水埋深浅，且或具有高腐蚀性的地下水或土壤水的环境，即越恶劣的环境，越能体现该特种混凝土的实用性、耐久性。

1.1补偿收缩混凝土结构设计原理

（1）基本原理和适用范围

补偿收缩混凝土是在水化硬化过程中生成结晶钙矾石，使混凝土产生适度体积膨胀，在钢筋或邻位约束下，在混凝土中产生0.2～0.7MPa的预压应力，从而补偿混凝土硬化过程中产生的收缩拉应力，达到减免结构有害裂缝的效果。

补偿收缩混凝土硬化过程中生成的膨胀结晶具有填充、堵塞毛细孔缝的作用，使大孔变小孔，总空隙率降低，改善混凝土的孔结构，因此，补偿收缩混凝土的抗渗性能远高于同强度等级的普通混凝土，如C30混凝土，抗渗等级均在S20以上。

大量的研究及实践表明，补偿收缩混凝土是具有优良的抗裂防渗混凝土。

综上，补偿收缩混凝土尤其适合温度变化较小、潮湿的地下、水工、隧道、海工等工程，以及后浇带和回填槽工程，也适用于具有良好保温措施的房屋、厂房楼板和屋面结构工程。

1.2超长结构无缝施工

本工程基础尺寸为251.1m×141.5m，属超长结构。

采用补偿收缩混凝土，可以很好地实现超长混凝土结构连续施工。

在超长结构施工中，通常的办法是设置后浇带，但是设置后浇带的弊端很多。

按照规范规定，后浇带至少需42d以后，才能用膨胀混凝土回填，从而影响施工进度；

其次施工工艺繁杂，后浇带贯穿于整个地下、地上结构，所到之处遇梁断梁，遇板断板，给施工带来很多不便，模板支撑，处理工艺繁琐；

另外在后浇带留置期间，将不可避免落入各种垃圾杂物和施工用水，钢筋会出现锈蚀，在后浇带填充混凝土之前，需将两侧混凝土凿毛、清理，由于此处钢筋密布，凿毛、清理异常艰难，极其麻烦，处理不好往往会成为渗漏和结构安全的隐患。

针对上述问题，我们采用较为成熟的补偿收缩混凝土超长结构连续施工技术，取消防止混凝土收缩而留置的后浇带，实现连续浇筑，从而实现缩短工期和节省成本。

2工程实例及配合比设计

2.1工程简介：

1000万吨炼油100万吨乙烯工程中的化工第一循环水场的泵房及水池工程位于克拉玛依市独山子地区大发展工地，第一循环水池泵房整体为超长钢筋混凝土无缝设计施工，筏板基础，长98m、宽17m边墙宽15m、沿长度方向间隔20.65m设有3个加强带，每个宽2m、距离边墙26.3m，地板厚0.6m，整个结构最大厚度为1.1m；混凝土总方量2300立方左右。

根据工程钢筋混凝土超长结构无缝设计施工特点和要求，此工程有两大特点：

1、混凝土材料为补偿收缩混凝土在钢筋混凝土超长结构无缝设计的应用范围，整体设计的特点是利用膨胀混凝土对混凝土结构变形的补偿工效特点来实现整体结构施工中可不设缝，来达到结构自防水功能和简化施工工艺提高施工速度，突出膨胀混凝土补偿收缩功效，进行材料优化组合实现抗裂自防水。

2、从第一循环水池泵房基础结构尺寸认定此种设计的大体积泵送混凝土在新疆地区为首次应用，大体积泵送混凝土水化热产生的相应问题也是关键，如：

混凝土最高温度不易超过70℃，否则混凝土中钙矾石发生分解导致混凝土结构损坏、整体混凝土温度梯度易控制在20℃以内，以防止发生温度应力造成有害裂缝。

其成败关键除要考虑施工工艺及现场管理措施外，其混凝土材料配合比设计和对应技术方案措施（包括养护制度的确立）是关键。

因此，受天山筑业业主委托，根据设计特点、材料技术要求及客观环境因素影响对混凝土试验和施工浇筑方案进行确立。

2.2设计原则：

该工程混凝土技术要求为：

底板混凝土技术要求为：

C30P8并加8%的抗裂防水剂，加强带混凝土设计要求为：

C35P8并加12%的抗裂防水剂，混凝土浇注方式为：

泵送且连续浇注。

从结构设计可以确认此结构混凝土为大体积补偿收缩膨胀混凝土，需要解决两个关键问题：

其一、为减少混凝土早期塑性收缩裂缝、自身体积收缩和大体积水化热造成的温度剃度过大造成的裂缝，从混凝土材料配合比上希望通过高性能混凝土的设计思路出发，在低水胶比的条件下掺加适量矿物掺和料（粉煤灰），有效降低水化热和延迟水化热峰值、使混凝土具有良好的工作性能和施工可操作性、尽可能的降低初凝时间前自身沉降缺陷，完善混凝土体积稳定性。

其二，以上必须立足于保证混凝土限制膨胀率满足要求的同时，因地制宜兼顾单方成本的基础上

（2.21）原材料的选择分析过程：

1水泥选择：

立足现有条件、考虑解决商品混凝土生产线储料仓中已有屯河沙湾五宫水泥P.O32.5R较难替换的客观原因，故没有从水泥和矿物成分的水化热高低角度做过多比选，更多贯穿因地制宜、提高可操作性的路线尽量避免额外增加客观难度和成本，结合混凝土设计技术指标，初确定为屯河沙湾五宫水泥P.O32.5R。

2掺合料选择：

在水泥已经确定的基础上考虑到降低水化热和改善混凝土和易性、耐久性、抗裂性等综合要素，原则上应选择大掺量优质粉煤灰，选择当地热电厂产Ⅱ级粉煤灰作为此工程混凝土掺合料，具体掺量通过混凝土整体性能试验和限制膨胀率的检测确定。

3混凝土膨胀剂选择：

从结构耐久性角度考虑膨胀剂选用了信誉好、高品质的混凝土膨胀剂，其属于高性能、低掺量、低碱含量的硫铝酸盐类混凝土膨胀剂、配制的补偿收缩混凝土从机理上可实现同步反应以弥补因混凝土结构物因早期自收缩、干缩、冷缩而产生的变形危害，其对低水胶比的高性能混凝土尤其明显。

该产品由中国建材院研究开发，其全资企业北京中岩特种工程材料公司生产，品质稳定，经试验确定性能良好，在实验和后期的应用中得到了证实。

4混凝土化学外加剂选择：

为实现较低水胶比就要求选择具有适应性好、减水率优的高效减水剂和满足施工时间需要、延迟放热峰出现时间的缓凝剂，原则上以不能影响混凝土性能为基本原则，同时兼顾成本因素。

通过外加剂适应性检测试验所得性能参数综合比较确定为萘系高效减水剂的最佳掺量为0.9%和缓凝剂掺量0.8%。

5砂：

奎屯河粗砂、细度模数3.2

6粗骨料：

奎屯河粗石头

5-20mm石子表9

泥块量

含泥量

超径量

逊径量

0.0

0.1

/

/

20-40mm石子表10

泥块量

含泥量

超径量

逊径量

0.0

0.2

/

/

7拌和合水：

自来水。

从降低混凝土入仓温度来讲，最好使用冰化水提前预冷骨料等原材料、实现降低整体混凝土升温.

（2.2.2）宏观试验结果分析：

根据工程特性，我们针对不同的结构部位采取不同的膨胀剂掺量，因地板将来浇注完成后将采取蓄水养护，保温保湿条件到位，根据产品推荐掺量初步定为6%；侧墙养护条件较弱，保证长期的保温保湿条件较难，掺量提高到8%；加强带为达到填充性膨胀混凝土限制膨胀率指标提高到10%，胶凝材料：

430Kg、水胶比定为0.36、粉煤灰掺量为15%、高效减水剂掺量0.9%、缓凝剂掺量0.8%宏观试验结果如下：

独山子1000万吨乙烯工程第一循环水池泵房超长结构混凝土配合比实验结果表（11）

序号

工程部位

膨胀剂掺量

拌合物和易性

限制膨胀率（*10-4）

抗压强度（Mpa）

坍落度（mm）

粘聚性

保水性

扩展度（mm）

3d

14d

14d

28d

1#

地板

6%

180

好

好

398

1.16

1.27

42.4

48.0

2#

侧墙

8%

175

好

好

360

2.35

2.67

38.3

43.9

3#

加强带

10%

195

好

好

373

2.57

4.30

43.4

49.2

备注：

1、经测试1#、2#、3#配比实验室内25℃时初凝时间约为4小时、终凝时间约为6小时。

从宏观试验结果可分析得出：

1#、2#配合比14d强度满足C30设计指标要求、3#配合比14d强度也满足C35强度等级，抗渗性能经测试远超过P8指标、随着膨胀剂掺量的增加同养护龄期混凝土限制膨胀率值也相应增加，其中限制膨胀率除1#未达到标准要求的1.5*10-4外，2#达到1.5*10-4、3#达到2.5*10-4均满足，但考虑到试验条件和现场条件的差异、测试误差的存在、分析了6%、8%、10%掺量之间的限制膨胀率差距，可以推定：

因实际地板蓄水养护等同于试验中静水养护、在环境气温高于试验温度条件下，地板的限制膨胀率与规定1.5*10-4相差无几，从强度发展来看，在早期混凝土抗拉强度增长速率较快，可抵消部分收缩拉应力使整体混凝土拉应力控制在极限抗拉强度以内，加强带的填充性膨胀混凝土又起到部分补偿作用，但也表现出水化速度较快，通过理论和试验得知膨胀剂的等量取代反而有促进早期强度发展的作用，加快水化反应、考虑到地板为大体积混凝土总方量2000多方、故而可不再增加膨胀剂的掺量、也不可减少水泥用量，防止因为水泥熟料中参与反应的有效成分不足而导致膨胀剂反应生成的膨胀相不足或同步膨胀补偿反应不足而造成结构补偿不够，为了预防水化热峰值过大在底板处采取了布置冷却水管的措施。

8%、10%限制膨胀率等性能指标均满足要求，考虑到侧墙养护条件较弱，保温保湿条件与底板相比较弱，水胶比低、发生自干缩的几率要比底板和加强带大的多，因此不考虑减少强度和限制膨胀率的富裕，也因为时间的关系未能利用粉煤灰、膨胀剂和水泥掺量比列进行优化调节，但值得细化和探讨。

可以看到拌合物坍落度略微偏大，坍落度过大对混凝土自收缩和沉降裂缝的预防都有不利作用，但考虑到浇注时间为8月31日，气候较为炎热、坍落度损失过大，故给予了30mm的富裕量，到达浇注现场的坍落度控制在155-175mm之间即可，根据以上分析看1#、2#、3#配合比可以确定并通过生产调试使用。

（2.3）生产前准备

1、为使原材料来源一致、品质稳定，提前进行材料的检验、估算存储、并保证砂石骨料的含水变化一致。

2、对生产设备、车辆设备按规定进行产前维护、维修保养等、制定好相关细则和合理的调度，并留有储备和应急措施，保障生产所需的水、电、油料等材料的供给。

3、清楚明确确定人员分工、进行必要的技术交底和相互协作的逻辑关系，及信息的回馈网络确保生产的顺畅有效性。

（2.4）工程质量;此工程按所选方案进行了合理准备，经过2昼夜的连续浇筑顺利完成浇筑任务，经过长达2年的运行观测无影响使用缺陷，达到预期效果并赢得业主好评。

第二篇

高强抗磨混凝土

乌市建筑建材科学研究院高性能混凝土研究应用中心

高强抗磨混凝土

作者：

卞志刚、刘玉荣、冯涛

1概述

高强抗磨高性能混凝土是解决在水流、气流、机械等物理力作用下，能经受其长期冲击磨蚀作用，有效延长结构使用期或在结构使用寿命期内保持自身功效的结构特种混凝土，减弱工程经济损失。

2工程实例及配合比设计

2.1工程简介：

青年渠位于乌鲁木齐南山，从乌鲁木齐河青年渠首引水，引水流量25m3/s，该渠道位处山区，沿线纵坡为1/50左右，同时渠首处灌区引水比超过90%，冲砂流量不足，水渠渠底每年不同程度地被磨损、砸坏。

在2006年5月，对该渠道0+223—6+600段进行了改造，经过1年多时间的运行，目前仍旧出现不同程度的损坏，为保证灌区农业灌溉用水及城镇居民生活用水安全，需要对该渠进行修补改造。

2.1.1本次修补试验段（0+000—0+223）设计概述

根据现场调研及专家咨询意见，本次修补试验段（0+000—0+223）原渠道底部混凝土仍保留，直接在原渠道底部混凝土基础上凿毛处理，钻孔布设φ16钢筋，纵、横间距为50cm，上挂φ6钢筋网和钢丝网，其中钢筋网纵、横间距为150mm，钢丝网纵、横间距为50mm，然后浇注高性能抗磨混凝土（C60F300W6），渠底厚度为15cm，至渠顶渐变为10cm。

另外钢筋网和钢丝网的布设方式为：

钢筋网布设在下部，钢丝网布设在上部，保护层厚度为30mm，结构之间具体尺寸见设计图纸。

其混凝土材料配合比设计和对应技术方案措施（包括养护制度的确立）是关键。

因此，受业主委托，根据设计特点、材料技术要求及客观环境因素影响对混凝土试验和施工浇筑方案进行确立。

2.1.2技术难点

1此修补工程因所用混凝土性能指标要求高、现场施工环境差、距离乌鲁木齐市中心约60公里，考虑到混凝土材料属于高强高性能混凝土，为保证材料的稳定、生产的连续、质量可靠，经专家研讨决定由商品混凝土站来生产提供。

2为保证混凝土到达现场的质量满足性能指标要求和施工工艺要求需要解决以下几个关键问题：

（1）为不影响灌区春季农业供水，预计3月底4月初要进行混凝土浇筑施工，施工地点在山区，风大、午间日烈、环境温度白天平均为15℃左右，夜间为-10℃左右，昼夜温差大、工期紧迫、均不利于混凝土的施工和养护及强度等性能的发展。

（2）在不利的施工环境条件下如何保证所浇筑的混凝土的长距离运输、现场的浇筑施工、成型混凝土的养护保障及环境温差、风吹和强烈日照等作用下避免温度裂缝、干缩等早期裂缝的出现成为混凝土配合比设计和施工技术核心问题。

（3）考虑到经济成本，所用混凝土尽可能的使用常规材料以实现满足性能并节约工程造价。

3配制技术设计

3.1原材料选择：

原材料技术要求：

水泥：

青松水泥，P.O42.5R

矿渣粉：

屯河水泥厂生产，比表面积大于350m2/kg；

砂：

乌拉泊方季砂石厂生产，细度模数≤3.2；含泥量≤1.0%；含石率≤15%；

石：

5-20mm，乌拉泊砂石厂生产不允许有超径；针片装含量≤7%；含泥量小于≤0.5%；

外加剂：

高效减水剂、缓凝剂、膨胀剂

3.2配合比设计及试验：

3.2.1外加剂适应性实验：

为实现较低水胶比，就要求选择和水泥及矿物外加剂具有良好适应性、减水率优的高效减水剂同时复配能满足施工作业时间需要，以不能影响混凝土性能为基本原则，同时兼顾成本。

通过对外加剂适应性检测试验所得性能参数进行综合比较，确定为高效减水剂的最佳掺量为0.9%--1.0%，如下：

3.3.2配合比实验

青年渠高性能混凝土试验结果

序号

试验编号

高性能砼类别

水胶比

混凝土拌合物技术性质

各龄期抗压强度（Mpa）

膨胀率（*10-4）

抗渗等级

抗冻等级

膨胀剂

坍落度（cm）

扩散度（cm）

粘聚性

保水性

容重（kg/m3）

3d

7d

14d

28d

3d

7d

14d

1

08-3-15-02

加矿渣微粉

0.3

170

300

好

好

2465

35.5

50.0

　56.3

61.7

0.89

1.11

1.22

W6

F250

40（8%）

2

08-3-16-1

0.3

215

470

好

好

2465

25.8

43.5

　52.2

58.6

1.17

1.57

1.47

W6

F250

40（8%）

6

08-3-15-1

0.25

215

435

好

好

2467

42.7

56.8

62.1　

75.2

1.46

1.48

1.64

W6

F300

40（8%）

7

08-3-20-2

0.25

190

340

好

好

2467

40.9

54.0

61.0　

74.8

1.06

0.90

1.12

W6

F300

30（6%）

从以上各配比混凝土性能检测结果筛选出6#配比所拌和的混凝土工作性良、强度和限制膨胀率均满足设计和规范要求，故选定6#配合比为施工用理论配合比。

4高强高性能混凝土工程应用效果

08年04月09日采用上述选定理论配合比在乌鲁木齐现代混凝土公司进行了调试生产，并对原材料进行了取样检测，原材料性能指标基本满足要求，混凝土拌和物各项性能指标达到预定要求，同时制定了混凝土施工技术要求针对混凝土的生产、运输、调度、施工准备、浇筑、抹压成型、养护等作了明确细致的要求，在商品混凝土站按业主要求进行了规范取样和检测，结果表明所取样品性能检测达到设计要求。