大掺量矿物掺合料在大体积基础底板中的应用.doc

大掺量矿物掺合料混凝土技术在北京财富中心 二期工程中的应用 刘明均 吴珍 北京双良混凝土搅拌站 【摘要】本文介绍了矿物掺合料超过胶凝材料50的混凝土技术在北京财富中心二期底板大体积混凝土工程中的应用情况。就原材料、配合比试验、施工配套技术、28天、60天、90天强度做了详细说明。通过研究、应用与分析，总结了近年来在大体积工程中逐渐被工程界接受的大掺量矿物掺合料混凝土的制备技术与施工技术要点。 【关键词】大掺量 矿物掺合料 大体积混凝土 制备技术 施工技术 The Application of High Volume Mineral Admixture Concrete Technology in the Second Phase project of Beijing Wealth Centre Liu Mingjun Wu Zhen Beijing Shuangliang Concrete Mixing Plant [Abstract] This paper introduces the application of concrete in which mineral admixture to total binding materials ratio is more than 50 in the large volume concrete bottom board of Beijing wealth centre second phase project. Raw materials, mix test, matching technology and strength at age of 28days and 60days are described in detail. Through study, application and analysis, the preparation technology and construction technique main point of high volume mineral admixture concrete which has been accepted in large volume concrete engineering by engineering field are summed up. [Key words] High volume; mineral admixture; large volume concrete; preparation technology ;construction technique. 我国当前基础设施建设中，大型混凝土结构越来越多。混凝土由于温度应力引发开裂已成为一个重要因素。在首都近几年的重要工程建设中大掺量矿物掺合料混凝土屡次应用，效果良好。围绕大掺量矿物掺合料混凝土的成套技术正在逐渐成熟和完善，低水泥熟料混凝土技术今后的应用领域绝不仅是大体积混凝土工程。在更多的混凝土结构与混凝土制品中应用是大势所趋，这是循环经济和低碳发展模式下的必然选择。正如覃维祖教授所讲［1］要想从整体来全面有效地解决问题，得大幅度改善混凝土结构的耐久性，使混凝土技术得到可持续发展，就需要开发与应用既能满足早期强度发展需要，又能显著降低水化温升、减小开裂风险;既能大幅度减少熟料水泥用量，又能大规模利用工业废料，既经济又环保的混凝土技术，而大量工程实践已经证明大掺量粉煤灰混凝土正是这样的混凝土材料。通过不断总结和宣传此项技术在工程中应用情况，对于促进绿色混凝土技术的广泛应用具有积极的推动和示范作用。北京财富中心二期工程底板厚度为3500mm,局部厚度为7600mm、5000mm和1500mm，车库底板厚度为1500mm、1200mm和900mm，底板混凝土总量为16290m3,其中主楼底板混凝土浇注体积13000m3，混凝土等级C40P10。依据混凝土强度检验评定标准（GB/T50107-2010）关于龄期的说明考虑到现代混凝土广泛使用矿物掺合料以及混凝土强度发展规律的变化，对于掺加矿物掺合料混凝土进行强度评定时，可根据设计规定采用大于28天龄期的混凝土强度。我们选择90天强度进行混凝土强度验收。 1 原材料 1.1水泥 试验采用冀东水泥有限公司生产的42.5普通硅酸盐水泥。其主要物理性能见表1。 表1 水泥的主要物理性能 标准稠度 用水量 初凝时间 终凝时间 细度80 安定性 雷式法 抗折强度MPa 抗压强度MPa 3d 28d 3d 28d 28 163min 215min 3.6 合格 6.3 9.2 28.8 51.4 注水化热247kJ/kg 1.2粉煤灰 试验使用的是Ⅰ级粉煤灰，主要物理性能见表2 表2 粉煤灰主要物理性能 细度45μm筛余量， 烧失量 需水量比（） 表观密度g/cm3 7.9 3.7 90 2.14 1.3矿粉 试验使用的是S95级矿粉，主要物理性能见表3 表3 矿粉主要物理性能 比表面积面m2/kg 烧失量 流动度比（） 28天活性指数（） 472 1.5 98 102 1.4砂和石 试验采用细度模数为2.6的天然Ⅱ区中砂；5～25mm连续级配的碎石。砂、石物理性能见表4，表5。 表4 天然砂物理性能 含泥量（） 表观密度（g/cm3） 堆积密度（g/cm3） 0.9 2600 1620 表5 天然石子物理性能 含水率 （ ） 表观密度 （g/cm3） 堆积密度 （g/cm3） 压碎指标 （） 针片状含量 （） 0.4 2610 1530 7.0 6.1 1.5 外加剂 选用泵送剂JF-9,减水率20.4，60分钟坍落度保留值185mm，28天抗压强度比为110。 2 混凝土配合比试验 在大掺量矿物掺合料混凝土技术基础上，我们掺加膨胀剂进行了混凝土配合比试验。配合比与坍落度、28天抗压强度试验数据见表6。 表6 混凝土配合比与试验数据 组号 C W W/B FA GGBS E S G 减水剂 坍落度mm 28d抗压强度MPa 1 222 177 0.37 100 131 25 751 994 12.0 210 54.6 2 202 177 0.42 81 11 25 776 1028 10.1 220 51.8 3 188 177 0.47 67 97 25 794 1052 8.7 220 48.0 4 170 172 0.43 130 70 30 786 1032 10.0 220 45.7 考虑到采用90天龄期评定强度，4号配合比60天标准养护强度52.0 MPa，同条件养护54 .0MPa。所以选择4号配合比进行模拟试验，实体尺寸为长4米、宽3.3米、厚3.5米。测温结果显示顶部混凝土温峰约为60-61℃，底部混凝土温峰47-48℃，中部温峰最高，约为67℃，测温点温差20℃以内，混凝土表面温度与气温温差也在20℃以内，如图1所示。 图一 模拟试验测温曲线图 通过文献和工程调研，我们认为由于粉煤灰在混凝土中掺加比例比较大，混凝土用水量和水胶比相对较低，没有必要使用膨胀剂补偿收缩技术，决定不掺加膨胀剂，补充试验配合比以及数据见表7。 表7 混凝土配合比与试验数据 组号 C W W/B FA GGBS E S G 减水剂 坍落度mm 抗压强度MPa 28d 90d 5 200 172 0.43 130 70 0 786 1032 10.0 230 48.2 53.6 杨静、覃维祖研究［2］认为粉煤灰掺量在30一50的范围时，随着掺量的增大，混凝土的强度有所下降，但水胶比的影响更明显。在保证流动性的前提下适当降低水胶比，掺粉煤灰高性能混凝土的强度随龄期的延长呈增长趋势。有表7数据可见混凝土和易性和强度均可以满足工程要求。2010年8月底采用上述配合比完成了主楼底板混凝土浇注，60天标准养护试件强度44.6 MPa，达到C40的110。90天标准养护试件强度51.2MPa，达到C40的128。评定满足C40要求。 现场测温布置了5个测温点，测温曲线图见图2，内部最高温峰71℃测温点温差基本在20℃以内。与模拟试验测温差别主要因为季节不同。 图2 现场混凝土测温图 3 施工配套技术 3.1工作性与振捣要求 以粉煤灰为主体的大掺量矿物掺合料混凝土有许多技术优势，但也有一些技术问题，例如坍落度太大时，粉煤灰颗粒易上浮发生泌浆现象而影响表面质量。技术对策是控制坍落度不要太大，要控制坍落度尽可能小。因为试验表明大［3］掺量粉煤灰混凝土同等坍落度时泵送效果明显优于较低掺量矿物掺合料泵送混凝土。因此规定在满足施工要求的情况下尽可能减少坍落度，到场坍落度不得大于200mm。与此同时要求振捣工严禁过度振捣，避免造成浆体过度上浮影响混凝土匀质性。 3.2 终凝前的技术措施 混凝土表面开始陆续出现后，现场施工人员把钢丝网立即拍进混凝土里面，拍进深度大约30mm深度后，立即对混凝土进行覆盖防止表面失水过快形成塑性收缩裂缝。在混凝土接近初凝时，现场施工人员立即对混凝土进行第一次收面工作，收面后立即混凝土进行覆盖。在终凝时间前工地施工人员用大型电圆抹子进行最后一次收面工作，收面后马上进行覆盖。 3.3 终凝后的养护 在大体积混凝土施工阶段，混凝土的浇注温度控制在25度以下。为防止外界气温下降时，增加了混凝土的降温幅度，会大大增加混凝土内外层间的温度梯度，最容易让混凝土产生裂缝。认为既然粉煤灰有抗裂性就可以放松养护的观念是错的;加强保湿养护,才能发挥粉煤灰混凝土抗裂性的优势［4］。所以要对混凝土进行覆盖养护工作，保证14天湿养护期，为防止冷水降低混凝土表面温度，加大内外温差，使用温水进行浇水养护，以控制裂缝。 3.4 现场质量控制重点 对于大掺量矿物掺合料混凝土，有两个必须予以保证的质量控制关键，这就是低水胶比和及时足够的养护。本工程强调严格杜绝浇注混凝土时的加水行为，此岗位专人24小时全程旁站监督；要求调配足够人力强化养护环节，确保养护要求的实现。 4 问题讨论 4.1 关于实验室配合比试验强度与工程混凝土留样强度的差异 北京财富中心二期工程浇注以后，混凝土留样试件90天强度51.2 MPa，与同配比实验室试验试件强度90天强度53.6MPa相差稍低，我们分析原因可能在于以下两个方面首先，是混凝土中单位体积用水量的控制问题，因为我国混凝土配合比设计是以干燥骨料为依据的，骨料含水率的波动容易引起混凝土用水量的波动。其次，混凝土规范中对混凝土标养强度试验有严格的试验规程和统一的养护条件要求，但施工单位这些条件相对不足。试件养护条件可能不完全符合标准要求。因此为充分保证工程质量，建议今后此类工程水胶比应该控制在0.40以下，可以考虑不掺加矿渣粉，单掺粉煤灰。 4.2 大掺量矿物掺合料混凝土技术的应用前景 在低水胶比条件下，水泥的水化条件相对改善，因为粉煤灰水化缓慢，使混凝土的“水灰比”增大，水泥的水化程度因而提高，这种作用机理随着掺合料的掺量增大愈加明显。水泥水化程度的改善，则有利于掺合料作用的发挥，与此同时，需要粉煤灰水化产物填充的空隙已经大大减小，所以其水化能力差的弱点在低水胶比条件下被掩盖，而降低温升等其他优点则依然起着有利于混凝土性能提高的作用［5］。廉慧珍 阎培渝等［6］也提出大量矿物细掺料,在混凝土水胶比很低且没有裂缝的情况下,可有效地起到保护钢筋的作用。英国的Dunstan发现［7］当混凝土的水胶比减小，粉煤灰对不同龄期混凝土强度的贡献随之增大。而且，粉煤灰对强度的贡献与水胶比的关系比水泥还敏感。中国是世界的硅酸盐水泥生产大国，水泥年产量已经超过18亿吨，同时中国也是粉煤灰、高炉矿渣等工业废料排放量最大的国家。因此我们必须关注能有效利用工业废料、减少硅酸盐水泥熟料生产的技术；关注降低单位混凝土水泥用量，利用工业废料有效改善混凝土结构耐久性，延长基础设施使用寿命的技术［5］，这是混凝土材料实现低碳排放的必然选择。大掺量矿物掺合料混凝土技术在大基础底板工程中的应用已经趋于成熟，但我们认为这不是唯一的应用领域，随着人们对绿色建筑材料的认识和重视程度的加深，随着建筑界认识到适当增加建设施工期对于混凝土结构耐久性的重要意义，这项技术在现浇混凝土更多的结构部位以及预制构件等领域的应用具有广阔的前景。 5 结论 5.1 大掺量矿物掺合料混凝土90天龄期可以满足C40混凝土的强度要求，水胶比应该控制在0.40以下，并选择单掺粉煤灰，这样可以进一步降低水化温峰。 5.2 大掺量矿物掺合料混凝土施工不要一味要求大坍落度，流动性以满足施工要求为好。 5.3 大掺量矿物掺合料混凝土浇筑时应注意避免过度振捣。I 5.4 大掺量矿物掺合料混凝土应注意及时地覆盖养护和大于14天的湿养护。夏季覆盖的目的重点在于保湿，冬季还要注意保温。 5.5 随着低碳建筑观念和建筑技术逐渐被接受，大掺量矿物掺合料混凝土技术在混凝土结构建筑中将有更加广阔的应用领域。 参考文献 ［1］覃维祖. 用整体论科学思想引导混凝土技术可持续发展对粉煤灰在混凝土中应用现状与前景的思考[J]. 粉煤灰, 2008,013-5 ［2］杨静 覃维祖. 粉煤灰对高性能混凝土的影响[J]. 建筑材料学报,1998,0510-14 ［3］P.K.Mehta. Concrete Technology at the Crossroad Problem and Opportunities. Concrete Technology,Past,Present and Future.ACI SP144-11994 ［4］刘旭晨 廉慧珍. 对掺用粉煤灰的混凝土抗裂性的试验研究 [J]. 商品混凝土 2005,0118-21 ［5］覃维祖.大力发展绿色高性能混凝土[J].建筑技术,2005,0112-16 ［6］廉慧珍 阎培渝. 21世纪的混凝土及其面临的几个问题[J].建筑技术,1999,01 14-16 ［7］Dunstan M R H.Fly ash as forth ingredients of concrete.Proceedings Second International Conference of Fly Ash.Silica Fume,Slag and Natural Pozzolans in Concrete.ACI SP91-7