工程建筑论文三峡工程二阶段降低混凝土单位用水量的试验研.docx
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工程建筑论文三峡工程二阶段降低混凝土单位用水量的试验研
工程建筑论文-三峡工程二阶段降低混凝土单位用水量的试验研究
摘要:
±0.5?
第二辅助减水成分,而三者联掺能够最大限度地降低混凝土单位用水量。
三峡工程应用表明,降低混凝土单位用水量取得了明显的技术、经济效益。
关键词:
三峡工程 混凝土 缓凝高效减水剂
1 前言
在影响混凝土单位用水量的因素中,骨料的影响是显著的,试验研究表明,在水胶比及坍落度相同条件下,花岗岩人工骨料混凝土较天然骨料混凝土的单位用水量高约40kg/m3左右,见表1,这主要是由于花岗岩人工骨料是粗粒结构,颗粒界面粗糙,集料粒形较差,因而导致混凝土单位用水量显著提高。
表1 人工、天然骨料混凝土单位用水量比较
人 工 骨 料
天 然 骨 料
级配
水胶比
用水量
(kg/m3)
砂率
(%)
坍落度
(cm)
和 易 性
级配
水胶比
用水量
(kg/m3)
砂率
(%)
坍落度
(cm)
和 易 性
棍度
抹平
离析
棍度
抹平
离析
二
179
40
上
好
轻
二
139
33
上
好
轻
179
39
上
好
轻
144
34
上
好
轻
三
156
35
上
好
轻
三
110
27
上
好
轻
152
33
上
好
轻
107
25
中
较好
较轻
四
146
32
上
好
轻
四
102
25
上
好
轻
143
30
上
好
轻
99
23
上
好
轻
试验依据:
SD105-82;试验控制:
w/(c+f)=0.55;中热水泥;掺和料采用重庆电厂Ⅱ级粉煤灰灰,需水量比97.7%,烧失量5.4%,等量替代30%;外加剂为:
缓凝高效减水剂ZB-1A(0.5%)+引气剂DH9,湿筛混凝土含气量4~5%。
三峡工程二阶段混凝土,采用花岗岩人工骨料,混凝土单位用水量偏高,胶凝材料用量相应增加,由于混凝土是热的不良导体,较多的胶凝材料水化放热,相应的混凝土内部温升较高,易导致温度裂缝,破坏混凝土整体性,并降低其技术性能,不利于大坝的快速施工,而且对裂缝的处理——混凝土灌浆,还将花费大量的人力物力,其经济性较差。
为此,大坝混凝土的浇筑,除在施工中采取一定技术措施外(如:
预冷原材料,铺设降温管道等),为降低混凝土单位用水量,相应减少胶凝材料用量,因而降低温升,从根本上减少温度裂缝,加快施工速度,提高混凝土技术、经济性能,进行了降低混凝土单位用水量的试验研究。
2 试 验
2.1 试验原材料
水泥:
葛洲坝中热525#硅酸盐水泥。
砂:
三峡下岸溪斑状花岗岩人工砂,细度模数2.57,石粉含量13.7%。
石:
三峡古树岭闪云斜长花岗岩人工碎石。
粉煤灰:
安徽淮南平圩电厂粉煤灰,国标I级粉煤灰,需水量比92%。
外加剂:
浙江ZB-1A缓凝高效减水剂;
河北DH9 引气剂。
2.2 试验
2.2.1 外加剂减水效果试验
±0.5%,试验结果见表2。
表2 外加剂减水率检验结果
混凝土序号
用水量
(kg/m3)
砂率
(%)
水泥用量
(kg/m3)
外加剂品种
及掺量
坍落度
(cm)
含气量
(%)
减水率
(%)
抗压强度比(%)
3d
7d
28d
C基准
215
39
330
/
/
100
100
100
CZB-1A
166
39
330
ZB-1A 0.7%
183
204
164
CDH9
194
36
330
DH9 万
88
89
86
试验结果表明,缓凝高效减水剂ZB-1A(0.7%)减水率为22.8%;引气剂DH9(引气量5.2%时)减水率9.8%。
缓凝高效减水剂具有较高的减水率,引气剂也有一定的减水效果。
2.2.2 粉煤灰减水效果试验
±±0.5%。
试验结果见表3。
表3 粉煤灰掺量与混凝土单位用水量的关系
粉煤灰掺量(%)
混凝土单位用水量(kg/m3)
二级配
减水率(%)
三级配
减水率(%)
四级配
减水率(%)
0
123
/
103
/
91
/
10
117
5
99
4
86
5
20
109
11
94
9
82
10
30
14
91
12
80
12
40
101
18
88
15
78
14
50
100
19
84
18
75
18
试验结果表明,常态混凝土中掺入10%~50%的国标I级粉煤灰,可减水4%~19%的单位用水量,如图1所示。
因此国标I级粉煤灰有一定的减水作用,被誉为矿物(固体)减水剂。
2.2.3 降低混凝土单位用水量的试验
±±±0.5%。
试验结果见表4。
表4 降低混凝土单位用水量试验结果
序号
用水量
(kg/m3)
缓凝高效减水剂
引气剂
粉煤灰
坍落度
(cm)
含气量
(%)
减水率
(%)
抗压强度(MPa)
7d
28d
L0
160
/
/
/
/
L1
126
ZB-1A 0.7%
/
/
L2
145
/
DH9 万
/
L3
143
/
/
平圩灰 30%
L4
118
ZB-1A 0.7%
DH9 万
/
L5
116
ZB-1A 0.7%
/
平圩灰 30%
L6
141
/
DH9 万
平圩灰 30%
L7
105
ZB-1A 0.7%
DH9 万
平圩灰 30%
由表4可知:
在混凝土中,缓凝高效减水剂ZB-1A减水率为21.3%,引气剂减水率为9.4%,国标I级平圩灰减水率为10.6%,减水率比较则为缓凝高效减水剂减水率>国标I级平圩灰减水率>引气剂减水率。
因此可以说,在混凝土中缓凝高效减水剂为主要减水成分,国标I级平圩灰为第一辅助减水成分,引气剂为第二辅助减水成分;缓凝高效减水剂ZB-1A与引气剂DH9联掺减水率为26.3%,缓凝高效减水剂ZB-1A与国标I级平圩灰联掺减水率为27.5%,引气剂DH9与国标I级平圩灰联掺减水率为11.9%,缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级平圩灰联掺减水率为34.4%。
减水率比较则为缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级平圩灰联掺减水率大于缓凝高效减水剂ZB-1A
与引气剂DH9联掺减水率、缓凝高效减水剂与国标I级平圩灰联掺减水率、引气剂与国标I级平圩灰联掺减水率,因此,比较而言,缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级平圩灰联掺能够最大程度的降低混凝土单位用水量,同基准混凝土用水量相比,三者联掺降低混凝土单位用水量55kg/m3。
2.3 试验结果机理分析
2.3.1 高效减水剂的减水作用机理
新拌混凝土中,高效减水剂高分子基团吸附于水泥颗粒表面,相同电性的亲水基统一指向水溶液,水泥颗粒在电性斥力作用下解絮,释放水泥颗粒凝絮体中包裹的游离水,同时,水泥颗粒间的相同电性斥力,减缓了棱角状水泥颗粒间啮合作用,利于水泥浆体流动,表现出减水作用。
高效减水剂是混凝土中主要减水成分。
2.3.2 国标I级粉煤灰减水作用机理
首先,由于粉煤灰的表观密度通常小于水泥,如平圩灰的表观密度为2220kg/m3,而葛洲坝中热525#硅酸盐水泥的表观密度为3200kg/m3,替代相同重量的水泥,粉煤灰的体积较相同重量的水泥的体积大,会增加混凝土中的浆体体积,提高浆体对骨料的润滑作用;其次,国标I级粉煤灰具有优良的颗粒形貌,以平圩I级灰为例,从图2中可以看到,国标I级粉煤灰基本上是由粒径细小的玻璃状球体组成,在混凝土中起滚珠轴承作用,减小水泥颗粒间的摩擦,提高了浆体的流动性;第三,国标I级粉煤灰极好的粒形和细小的粒径,如平圩灰粒径小于10μm的含量大于40%,使之能够发挥其解絮作用,释放因凝絮作用而被水泥颗粒包裹的游离水,辅助高效减水剂,使水泥颗粒解絮更完善,因此国标粉煤灰具有减水作用,被誉为矿物(固体)减水剂。
国标I级粉煤灰是混凝土中第一辅助减水成分。
引气剂减水作用机理
引气剂作用下,含气量3%~5%时,混凝土中引入微小气泡5000~8000亿个左右。
含气量的提高,增加了浆体体积,对骨料的润滑作用提高,同时,微小气泡有一定机械强度,带有相同电性的微小气泡相互排斥,因此,大量的微小气泡能够稳定、均匀地分布于混凝土中,起着气体滚珠轴承作用,减小水泥颗粒间的摩擦,进一步提高了浆体的流动性,表现出一定的减水作用。
引气剂是混凝土中第二辅助减水成分;
缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级粉煤灰联掺减水作用机理
三者在混凝土中各自发挥自身的减水作用,同时又相互作用、相互促进,如国标I级粉煤灰同缓凝高效减水剂共同作用,对水泥颗粒的解絮更加充分;带有相同电性互相排斥,并有一定机械强度的微小气泡粒径大多是20~200μm,而平圩灰粒径小于10μm的含量大于40%,不同粒径组成的“微珠”相互补充,在混凝土中充发挥滚珠轴承作用,因此缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级粉煤灰联掺最大限度地降低了混凝土的单位用水量。
3联掺法降低混凝土单位用水量在工程中应用举例
三峡工程二阶段混凝土配合比设计,采用联掺法对混凝土配比进行优化,取得了明显的技术、经济效益。
首先,克服了花岗岩骨料的限制,降低了混凝土的单位用水量,降低幅度在30%以上,有利于施工中的温控。
在北京水科院“国内外大坝混凝土配合比概况”中共收集了161个大坝混凝土配合比,查知花岗岩人工骨料的大坝混凝土,四级配混凝土最低单位用水量为100kg/m3,而三峡工程优化的混凝土室内试验,由于合理的运用了缓凝高效减水剂、优质引气剂和国标I级粉煤灰联掺的技术措施,降低了混凝土的单位用水量,其最低单位用水量为79kg/m3,达到国内外领先水平,参见表5。
表5 三峡工程二阶段混凝土配合比(部分)
工程部位
设计要求
水胶比
用水量
粉煤灰掺量(%)
砂率(%)
级配
外加剂品种及掺量
坍落度(cm)
含气量(%)
ZB-1A
(%)
DH9
(/万)
大坝内部
R90150D100S8
79
45
四
4~6
~
大坝基础
R90200D150S8
84
30
四
4~6
~
大坝水上、水下外部
R90200D250S10
84
30
四
4~6
~
大坝外部水位变化区
R90250D250S10
84
30
四
4~6
~
其次,取得了优异的技术性能,配制出了具有里程碑意义的高性能水工混凝土,不仅温升较低,而且具有高耐久性,及良好的施工和易性等技术性能;产生了巨大经济效益,二阶段工程仅原材料节省的直接费用就高达2亿元以上。
4结 论
(1)缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级粉煤灰在混凝土中具有不同程度的减水作用。
其中缓凝高效减水剂是主要减水成分,国标I级粉煤灰是第一辅助减水成分
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- 工程 建筑 论文 三峡工程 阶段 降低 混凝土 单位 用水量 试验