特殊混凝土及施工注意事项Word格式.docx
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(2)粗骨料
粗骨料应选用质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿石等碎石或碎卵石。
骨料母体岩石的立方体抗压强度应比所配制的混凝土强度高20%以上。
仅当有可靠依据时,方可采用卵石配制。
粗骨料颗粒中,针片状颗粒含量不宜大于5%,不得混入风化颗粒,含泥量不应大于1%。
配制C80及其以上等级混凝土时,含泥量不应大于0.5%。
当泥为非粘土质石粉时,允许含量可适当放宽。
粗骨料最大粒径不宜大于25mm。
配制C80及其以上等级的混凝土时,粗骨料最大粒径不宜大于20mm。
粗骨料宜采用二级级配。
3.矿物掺合料
配制高强混凝土的矿物掺合料可选用粉煤灰、磨细矿渣、磨细天然沸石岩和硅粉等。
(1)粉煤灰
用作高强混凝土掺合料的粉煤灰一般应选用Ⅰ级灰。
对强度等级较低的高强混凝土,通过试验也可选用Ⅱ级灰。
粉煤灰的性能宜符合要求,应尽可能选用需水量比小且烧失量低的粉煤灰。
根据GBJ146-90标准的规定,用于混凝土中的粉煤灰质量的指标划分为三个等级,如表1-2所示。
粉煤灰质量指标的分级(%)表1-2
粉煤灰等级
质量指标
细度
(45μm方孔筛筛余)
烧失量
需水量比
三氧化硫含量
Ⅰ
≤12
≤5
≤95
≤3
Ⅱ
≤20
≤8
≤105
Ⅲ
≤45
≤15
≤115
(2)磨细矿渣
用作高强混凝土掺合料的磨细矿渣应符合下列质量要求:
比表面积:
宜大于4000cm2/g;
需水量比:
宜不大于105%;
烧失量:
宜不大于5%。
(3)磨细天然沸石岩
用作高强混凝土掺合料的天然沸石岩,应选用斜发沸石或丝光沸石,不宜选用方沸石、十字沸石及菱沸石。
磨细天然沸石粉应符合下列质量要求:
铵离子净交换量不小于110meq/100g(斜发沸石)或120meq/g(丝光沸石);
细度0.08mm方孔筛余不大于10%;
抗压强度不大于90%。
(4)硅粉
用作高强混凝土掺合料的硅粉应符合下列质量要求:
二氧化硅含量不小于85%;
比表面积(BET-N2吸收法)不小于180000cm2/g;
密度约2200kg/m3;
平均粒径0.1~0.2μm。
4.外加剂
配制高强混凝土的外加剂,其质量应符合《混凝土外加剂》GB/T8076-97及《混凝土泵送剂》JC473-92的规定。
外加剂应经质量检测并试配后选定。
5.拌合用水
拌制高强混凝土的水,其质量应符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89的规定。
三、高强混凝土配合比
1.配合比设计步骤
(1)确定水灰比(W/C)
在常用水泥品种范围内,以及骨料品质相同的情况下,决定混凝土强度的是胶空比(J/K)和密实度。
以胶空比讨论混凝土中水泥浆体的强度,可以直接地说明内部结构的形成状态。
但是在配合比的设计实践中,应用水灰比(W/C)较为方便实用。
然而,在大多数情况下配制高强混凝土还要求利用干硬性混凝土工艺。
干硬性混凝土的特点是水灰比小,砂率小,即用水量少,粗骨料用量大。
(1)水泥水化后体积
根据试验结构分析,干水泥水化后体积约为其原来体积的2.06倍。
设mc0为水泥浆中水泥质量(g),Vc为水泥比体积,即每克水泥实体体积。
若系普通硅酸盐水泥(比密度3.15),则
Vc=
=0.318cm3
又,mw0为加水体积(cm3);
α为水泥水化程度系数,普通硅酸盐水泥的α见表1-3。
普通硅酸盐水泥水化程度系数α参考值表1-3
龄期(d)
3
7
14
28
180
365
α
0.50
0.60
0.72
0.80
0.93
1.00
水泥水化后其产物的实体积:
J=2.06mc0·
Vc·
水泥浆所占的空间:
K=mc0·
α+mw0
所以,胶空比:
若为普通硅酸盐水泥,则胶空比与水灰比之关系式为:
因此
至此,只要求出胶空比时,即可确定用已知材料配制高强混凝土的水灰比。
(2)混凝土强度fcu,28与胶空比有如下关系:
fcu,28与胶空比有如下关系:
式中,n——因水泥性质而异,介于2.6~3.0;
β——常数,对于常用水泥β为常数。
我国采用普通42.5级水泥配制不同水灰比的碎石混凝土,其28d抗压强度fcu,28与混凝土中胶砂空间比的经验公式为:
由上式可知,若能振捣密实,使混凝土中水泥的胶空比达到1.0,则用42.5级普通水泥有配制C100的高强混凝土的可能性。
(3)混凝土强度与水灰比的关系式
原材料的性质及工艺方法不同,其关系式也各异。
同济大学提出的关系式为:
①对于用卵石配制的高强混凝土:
②对于用碎石配制的高强混凝土:
(4)高强混凝土水灰比参考值
下表1-4为不掺减水剂的混凝土强度等级与水灰比参考值。
混凝土强度等级与水灰比参考值表1-4
水泥品种
强度等级
(MPa)
水灰比
(W/C)
混凝土强度等级
备注
高级水泥
900(硬练)
0.36
C70
—
62.5
0.33
C60
0.41
C50
普通硅酸盐水泥
52.5
0.40
42.5
0.30
干硬性
0.35
(二)选择水泥用量(W)
根据已知条件,查下表1-5选择用水量。
高强混凝土用水量参考值表1-5
粗骨料
混凝土混混合物在下列工作度(s)时的用水量(kg/m3)
种类
最大粒径
30~50
60~80
90~120
150~200
250~300
400~600
卵石
D=40mm
160
150
140
130
122
120
D=20mm
170
155
145
135
碎石
138
128
必须注意,与配制普通混凝土一样,在同一水灰比下,其强度亦有高低。
一般是用水量少(135~140kg/m3)时,强度高;
反之,当用水量较大(如160~170kg/m3)时,强度低。
(三)用水量(C)
根据选定的用水量及水灰比,用水灰比公式即可求出水泥用量。
(四)石子用量(G)
在混凝土中,石子用量可按下式计算:
式中,
——石子的视密度和表观密度;
——石子空隙率(%);
b——砂浆剩余系数:
b=1.05~1.20,一般取下限。
(五)用砂量(S)
在混凝土中,砂的用量可按下式计算:
式中,mc0、mw0、mg0——1m3混凝土中水泥、水和石子用量(kg);
、
——1m3混凝土中水泥和砂的视密度。
四、高强混凝土的施工
1.混凝土拌制
在高强混凝土拌制过程中要注意以下几点:
拌制高强混凝土不得使用自落式搅拌机;
混凝土原材料均按重量计量,计量的允许偏差为:
水泥和掺合料±
1%,粗、细骨料±
%,水和化学外加剂±
1%;
配制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。
高强混凝土的配料和拌合应采用自动计量装置。
当需要手工操作时,应严格控制拌合物出机时的均匀性和稳定性;
高效减水剂可采用粉剂或水剂,并宜采用后掺法。
当采用水剂时,应在混凝土用水量中扣除溶液用水量;
当采用粉剂时,应适当延长搅拌时间(不少于30s);
2混凝土运输与浇筑
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,应清除运输车内的积水;
混凝土自由倾落高度不应大于3m。
当拌合物水胶比偏低且外加掺合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振捣密实。
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的构件中,并离开高度等级构件一段距离。
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5×
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,可沿测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。
3.混凝土的养护
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。
养护日期不少于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、外约束程度加以限制。
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最大温度差小于25℃。
五、工程实例
冶金建筑研究院材料研究室曾为18m桁架结构配制C100混凝土。
1.原材料
(1)胶凝材料
硅酸盐熟料水泥,按熟料水泥:
半水石膏=94:
6的比例混合,在振动磨中磨细,比表面积为500~600cm2/g。
(2)细集料
中砂,Mk=3.14;
dp=0.42mm
(3)粗集料
碎卵石,Dmax≦10mm,
=1400kg/m3,Pg=48%。
(4)外加剂
纸浆废液塑化剂,工业氯化钙。
(5)自来水
2.工艺
按一般干硬性混凝土工艺;
经普通蒸汽养护:
升温3h,90℃恒温30h,降温2h。
3.试验结果
试验结果如表1-6所示。
高强混凝土试验结果表1-6
序号
水泥用量(kg/m3)
W/C
CaCl2掺量(%)
塑化剂(%)
砂率(%)
维勃稠度(s)
配合比
抗压强度(MPa)
1
700
0.28
0.3
40
1:
0.62:
1.60
92.0
2
750
0.26
46
0.53:
1.50
100.7
800
0.24
24
81
0.45:
1.41
101.5
4
1.5
26
15
102.8
5
25
17
0.52:
1.57
101.0
6
75
0.22
105
0.51:
1.62
100.2
由上表可见:
(1)水泥用量在700~800kg/m3间变化,对混凝土强度影响不大,而水泥用量过多会使混凝土干硬度增加,且收缩率增大,因此在配制高强混凝土时的水泥用量应控制在700kg/m3以下
(2)当不具强烈振动条件时,水灰比在0.22~0.26内变化,对混凝土强度影响不大,而水灰比过小,对施工增加困难,因此应大于0.26。
(3)砂率较普通混凝土为低。
一、大体积混凝土概述
大体积混凝土,即为体积较大又就地浇筑、成型、养护的混凝土。
常为蛮石、毛石(重量为45kg以上的大块荒石)、或石子粒径较大而水泥用量又较少的混凝土。
大体积混凝土的最主要特点,是以大区段为单位施工的厚大体积混凝土,由此所带来的问题是水泥的水化热引起的温度上升高,冷却时发生裂缝。
为了防止裂缝的发生,必须采取切合实际的措施。
如果使用水化热小的水泥和粉煤灰的同时,使用单位水泥量少的配合比,控制一次灌注高度和浇注速度,以及人工冷却控制温度等。
二、大体积混凝土的原材料选择及配合比设计
1.原材料选择
(1)水泥成分
可选用52.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,如果强度等级不超过C60,也可采用42.5的水泥配制大体积混凝土,最好采用普通硅酸盐水泥,施工时再掺入粉煤灰或高炉矿渣等活性混合材料。
如果混凝土的强度等级小于C50,采用矿渣硅酸盐水泥或粉煤灰硅酸盐水泥也是可行的。
水泥的矿物成分和细度都可以提高混凝土的强度,一般来说,矿物成分中铝酸三钙的含量应当尽可能低,水泥中的游离氧化钙、氧化镁和三氧化硫等物质的含量应尽可能少。
改善水泥的矿物组成是提高混凝土强度的有效途径。
高细度的水泥会带来较高的强度,但也必然带来较大的收缩。
(2)水泥的用量和高效减水剂
配制高强混凝土的水泥用量较多,是大体积混凝土出现裂缝的主要原因之一。
例如,对于C70混凝土,其立方体强度近80MPa,水泥用量约在500~550kg/m3,控制大体积混凝土的难度就更大了。
此时应采用外加活性矿物混合材料来减少水泥用量。
降低水灰比是提高强度的重要措施,但必须掺入高效减水剂,如果将大体积混凝土的水灰比降低到0.3,且坍落度仍能满足泵送要求,即坍落度值至少也得100~120mm,则必须掺入高效减水剂。
(3)骨料和粉煤灰
骨料的强度对高强混凝土十分重要,如果不能精选,上述其它措施都起不到应有的效果。
对于大体积混凝土来说,粗骨料宜采用连续级配,其最大粒径不能超过40mm。
细骨料应选用含泥量低的中砂,其细度模数以在2.7~3.1为佳。
如果只能采用细砂,可以通过提高高效减水剂掺量的方法来调整。
粉煤灰可改善混凝土的工作度,减少混凝土的用水量,减少泌水和离析现象,并可代替部分水泥,减少水化热。
它能减少混凝土中的孔隙,提高密实度和强度。
掺入一定量的粉煤灰可提高混凝土的后期强度,所以对抗裂很有好处。
2.大体积混凝土的配合比设计
大体积混凝土配合比设计应符合下列要求:
(1)应选用水化热低、凝结时间长的水泥,优先选用中低热水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥。
(2)粗骨料宜选用连续级配,细骨料宜选用中砂。
(3)大体积混凝土宜掺用缓凝剂、减水剂和减少水泥水化热的掺合料。
(4)在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下,应提高掺合料及骨料的含量,以降低单位混凝土的水泥用量。
可根据普通混凝土的配合比设计方法,掺减水剂混凝土配合比设计方法或掺粉煤灰混凝土配合比设计方法来进行大体积混凝土的配合比设计。
在得到初步配合比后,要进行试拌调整,并在配合比确定后进行水化热测定或验算。
大体积混凝土的参考配合比示于下表2-1。
大体积混凝土参考配合比表2-1
编号
配合比(kg/m3)
Fcu,28(MPa)
C
混合材料
S
G
0.58
225
552
1589
21.3
224
582
1523
33.6
0.59
178
36
559
1562
28.1
0.56
219
337
1614
29.6
0.47
111
53
499
1672
18.7
0.54
56
461
1651
17.9
474
1662
24.6
8
0.53
432
1720
20.7
9
0.49
117
50
528
1670
-
10
0.42
221
376
1691
33.5
11
276
712
1346
22.5
三、大体积混凝土温度裂缝的控制措施
由于大体积混凝土容易产生温度裂缝,所以要控制混凝土内部的温升。
规范要求混凝土内外温差小于25℃,为了降低大体积混凝土内外温差,通常从设计、原材料、配合比和施工工艺四个方面采取措施。
1.设计措施
(1)地基处理
大体积混凝土一般都是厚实、体重的整浇式结构物,地基对基础的影响十分明显。
在设计时应防止地基产生不均匀沉降,并应改善对地基的约束影响。
当地基为软土层时,为了防止产生不均匀沉降,通常用砂垫层或其它方法加固。
砂垫层不仅可以提高地基的承载力,而且在施工时还可以设置盲沟排水,这对减少地下水或地表水的影响都有明显作用。
砂垫层在施工前应通过试验,使其做到具有最佳含水量和最大密实度。
(2)合理分缝分块
合理分缝分块,不仅可以减轻约束作用,缩小约束范围,而且也可利用浇注块的层面进行散热,降低混凝土内部的温度。
另外,对于建筑工程来说,尚可满足帮扎钢筋、预埋螺栓等工序的操作需要。
从现有施工技术水平出发,合理的分缝分块能使结构起到调节温度变化的作用,确保混凝土有自由伸缩的余地,以达到释放温度应力的目的。
建筑工程常采用的办法有:
1)伸缩缝伸缩缝是为了防止结构因温度变化而设置的一种构造缝。
我国现行的《钢筋混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)规定:
现浇钢筋混凝土连续式结构处于室内或土中条件下的伸缩缝间距为55m,露天条件下为35m;
无筋混凝土的相应间距则为20m和10m。
合理设置伸缩缝,对于大体积混凝土防止温度裂缝是非常有效的。
2)施工缝施工缝是为了方便施工和在施工期间进行必要的技术间歇而设置的。
施工缝的设置既要使施工方便,又要考虑设置在结构受力的最小部位。
因为混凝土的剪切强度大大低于抗压强度,所以施工缝多设置在结构受剪力最小的部位。
随着混凝土施工机械化程度越来越高,采用整体浇注混凝土也越来越受到人们的重视,这种方法对加强混凝土结构的整体性和加速施工进度是有利的。
但是,对大的尺寸即使不产生裂缝,也会给施工带来不便。
另外,较大的平面尺寸会引起结构尺寸的较大变形,从而影响预埋件与上部结构联结的准确性。
这是设计中必须考虑的问题。
3)后浇缝在现浇整体式钢筋混凝土结构中,只在施工期间保留的临时性温度收缩变形缝,称为后浇缝,亦称为后浇带。
根据具体条件,保留一定时间后再进行填充密封,后浇成连续整体的无伸缩缝结构。
由于这种缝只在施工期间存在,所以它是一种特殊的施工缝。
另外,设置后浇缝的目的是取消结构中永久性的伸缩缝,所以它又是一种设计上的伸缩缝。
后浇缝的间距首先应考虑能有效削减温度收缩应力,其次考虑与施工缝结合。
在正常施工条件下,后浇缝间距为20~30m。
后浇缝的理论宽度只需1m已足够保证温度收缩变形,但是考虑施工方便,并避免应力集中,使后浇缝在施工后能承受第二部分温差及收缩作用下的内应力,一般宽度应在70~100cm左右,实践中较多采用100cm。
后浇缝可做成企口式,并应在后浇前凿毛清理干净。
后浇缝保留时间越长越好,但必须在施工期间不致影响设备安装,一般不应少于40d,最好为60d。
在此期间,早期温差以及30%的收缩都已经完成。
(3)合理布置钢筋
钢筋与混凝土共同作用的基础式两者之间的粘结力。
由于钢筋的弹性模量约为混凝土弹性模量的7~15倍,所以当混凝土的内应力达到抗拉强度而开始出现裂缝时,钢筋的应力很小。
因此,想利用钢筋来防止混凝土裂缝的出现是不能达到目的的。
但是,合理布置钢筋可以起到减轻混凝土的收缩程度,限制裂缝开展的作用。
2.原材料
(1)水泥
大体积混凝土所采用的水泥品种及水泥用量对混凝土内外温差的大小有很大的影响。
由于不同品种的水泥水化时产生的水化热不同,所以大体积混凝土应选用水化热低、凝结时间长的水泥,可优先选用中低热水泥、粉煤灰水泥或火山灰水泥。
而且尽可能选择低标号水泥。
在满足混凝土和易性、力学性能和耐久性的条件下,尽量使水泥用量降低至最小限度。
有资料表明,1m3混凝土中的水泥用量每减少10kg,混凝土内部温度可降低1℃。
减少水泥用量可以减少总的水化放热量,从而可以降低混凝土内部的最高温度,这是设计大体积混凝土配合比应首要考虑的问题。
降低混凝土中水泥用量的措施主要有:
掺入掺和料,如粉煤灰等,有时可加入块石,若有可能,采用56d或90d强度作为设计强度。
(2)外加剂
大体积混凝土宜采用缓凝剂、减水剂或缓凝型减水剂。
如果在大体积混凝土中掺入水泥重量的0.2%~0.3%的木钙、糖蜜类具有缓凝作用的减水剂,可延缓混凝土拌合物的凝结时间,从而方便施工,避免出现冷缝。
(3)掺和料
在大体积混凝土中可掺入减少水化热的掺和料。
掺和料的掺入,可以相应减少水泥用量。
常用的掺和料主要有粉煤灰、矿渣、火山灰、沸石粉等。
以部分粉煤灰取代水泥,不仅可以改善混凝土的和易性、有利于施工操作,而且对降低混凝土水化热有良好的作用,同时还有明显的经济价值。
有资料表面,用粉煤灰取代20%的水泥,可使7d内的水化热降低11%,取代30%的水泥时水化热下降25%。
在大体积混凝土中使用粉煤灰应符合有关国家标准。
粉煤灰的取代量有日趋增大的趋势,从以前的15%左右到30%,有的增加至50%。
粉煤灰掺量对混凝土性能的影响必须通过试验来确定。
3.配合比
大体积混凝土配合比中要控制水泥用量,可采用各种措施来降低水泥用量。
有资料表面,水泥在一定时间内的总水化热随着水灰比的增大而增加,所以可采用掺减水剂的办法来降低水灰比。
同时,可稍微提高混凝土中的粗骨料用量,既可降低水化热又可抑制混凝土的变形。
4.施工工艺
(1)原材料的预冷却
大体积混凝土的浇注温度越高,水泥的水化越快。
一般浇注温度每提高10℃,混凝土内部温度约增加3~5℃。
为了降低混凝土的浇注温度,可对混凝土的原材料进行预冷却。
预冷却混凝土最简易办法是采用
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