粉煤灰和矿粉在大体积混凝土中的应用

1、·59·1 引言我国在GB50496-2009中对大体积混凝土有相关要求“混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m 的大体量混凝土,或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土”。今年来,在高层结构、大规模的基础设施建设中常常采用大体积混凝土施工,大体积混凝土早期温度开裂屡见不鲜,已经成为困扰混凝土工程施工界的焦点问题,温度裂缝降低混凝土结构的承载能力,将会引起一系列的安全隐患。同时裂缝的出现为水和其他有害侵蚀性介质向混凝土内部扩散提供了通道,侵蚀性介质的侵入加剧了混凝土结构中钢筋的锈蚀,劣化了工程的耐久性1。温度差是引起大体积混凝土产生裂缝的

2、主要原因之一。每克水泥水化过程中释放的热量为500J 左右,而混凝土导热性能较差,大体积混凝土因热量积聚绝热升温可达到70或更高。当内外温差产生的约束力超过混凝土抗拉强度时,将导致裂缝的出现。为了保证大体积混凝土结构具有可靠的服务性能和耐久性能,必须在施工过程中将大体积混凝土早期温度开裂的潜在危险性降至最低2。针对以上大体积混凝土的特点,合理的配合比设计是温控措施中非常重要的环节,充分发挥粉煤灰和矿粉双掺技术的作用,提出大体积混凝土配合比设计思路,并结合其在大体积混凝土基础筏板中的应用进行阐述。2 工程概况粉煤灰和矿粉在大体积混凝土中的应用刘桂强,胡帅(临沂天元混凝土有限公司,山东 临沂276

3、000摘要大体积混凝土易出现温度裂缝,利用粉煤灰和矿粉双掺技术的配合比设计控制裂缝的出现。临沂市商业银行营业服务大楼工程基础筏板采用60d 强度粉煤灰、矿粉双掺的配合比。结果表明,双掺配比中筏板内部水化热温度低,无裂缝出现,并且降低成本。关键词 大体积混凝土;温度裂缝;双掺技术;粉煤灰;矿粉Application y ash and slag on large volume concreteLiu Guiqiang ,Hu Shuai(Linyi Tianyuan Concrete CO.LTD,Shandong Linyi 276000Abstract: Large volume concr

4、ete temperature cracks occur, by using y ash and slag mix proportion design of double crack control technology. Linyi city commercial bank business service building engineering foundation intensity by 60 days raft of y ash, slag double mixing ratio. Results show that the double mixing ratio of the r

5、aft internal hydration heat low temperature, no cracks, and reduce the cost.Keywords: large volume;temperature crack;double mixing technology; y ash;slag临沂市商业银行营业服务大楼工程,位于临沂市南坊新区沂蒙路与三和街交汇处。工程建设单位为临沂市商业银行;工程设计单位为山东省临沂市建筑设计研究院;工程监理单位为临沂市建设工程监理公司;施工单位为山东天元第六建筑有限公司。本工程总建筑面积为92490m 2,基础采用C40P8的抗渗混凝土,筏板长4

6、1.2m,深度最深处达到4.6m,平均深度3.5m。3 原材料选择与控制3.1 粗集料选用石灰岩碎石,粒径531.5mm,压碎值指标8.9%,密度2700kg/m 3,针片状颗粒含量7.59%,含泥量0.2%,级配良好。3.2 细集料选用沂河中砂,密度2660kg/m 3,堆积密度1590kg/m 3,细度模数2.8,含泥量0.4%。3.3 水泥水泥在水化过程中产生大量热量,聚集在结构内部不容易散发,使混凝土内部温度升高,因此在施工中选择水化热较低的水泥以及尽量减小单位水泥用量,本工程结合实际情况及地方材料采用临沂产P·O42.5沂州水泥。技术指标见表1。 3.4 粉煤灰选用邹县产优

7、质级粉煤灰,密度2.41kg/m 3,需水量比94%,45m 方孔筛筛余5.9%,烧失量2.32%,三氧化硫含量1.5%,安定性合格。·60·3.5 矿粉掺加矿粉可以降低混凝土早期水化热,改善混凝土的微观结构,提高抗渗性。本工程选用山东鲁碧建材有限公司生产的S95矿粉,其性能如下:7d 活性指数72%,28d 活性指数98%;流动度比101%。3.6 外加剂选用山东省建设科学研究院科技开发中心研发的NC-P5缓凝型防水剂,减水率18%,净浆安定性合格。性能指标见表2。表2 外加剂质量性能指标泌水率比(%抗压强度比(%收缩率比(%渗透高度比(%吸水量比(%3d 7d 28d

8、361091181149918424 配合比的设计原则在配合比设计过程中遵循以下原则:(1根据普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2011、混凝土泵送施工技术规程(JGJ/T10-2010、粒化高炉矿渣在混凝土中的应用技术规范(DG/TJ08-501-2008进行配合比设计和试配。(2 采取有效措施降低混凝土的水胶比,最大不宜超过0.5,是大体积混凝土获得良好品质的前提。(3在胶凝材料总量不变的情况下,尽可能多的使用混合材料取代水泥,以降低水化热峰值。(4充分利用外加剂改性功能和活性材料的品质效应改善混凝土的内部结构,提高混凝土的工作性,力学性能和耐久性4。5 配合比试验、确定5.1 正交试

9、验设计方案及试验结果试验中以粉煤灰的掺量、矿粉的掺量、砂率为四水平因素,单位用水量、水胶比为二水平因素。要考虑到粉煤灰、矿粉掺量间的交互作用。采用L 16(44×23正交表。方案安排如表3所示。混凝土正交试验配合比见表4。表3 正交试验因素和水平因素水平A 粉煤灰掺量(%B 矿粉掺量(%C 砂率(%D 单位用水量(kg/m 3E 水胶比(%110103517040215154018045320204542525505.2 试验结果极差分析极差分析是对正交试验的一种直观分析方法。对新拌混表1 水泥的技术指标细度标准稠度凝结时间(min安定性3d 强度(MPa28d 强度 (MPa氧化镁

10、烧失量初凝终凝2.535.4170230沸煮法抗折抗压抗折抗压 3.492.97合格5.726.77.552.3凝土坍落度、硬化混凝土60d 抗压强度、混凝土最高温升值的极差分析结果分别见表5、表6和表7、表8。表4 混凝土正交试验配合比 kg/m 3序号水泥粉煤灰矿粉砂碎石水外加剂13394343635117917012.822833857744111717011.33315459080097718013.542604010091491418012.05337684580097718013.56280606091491418012.072766485635117917012.88245577

11、6744111717011.39315904580097718013.510260806091491418012.0112558585726108817012.8122077695651121017011.31327610643725108717012.8142269557651121017011.3152471139088988918013.516200100100823100518012.0通过极差分析可以知道,各因素对新拌混凝土坍落度的影响大小依次为: E >D >C >B >(A×B >A。由于误差项的极差R值为3.76大于A 项和A×

12、B 项,故可不考虑此两项的影响。所以最优组合为E2D2C3B4。可以看出水胶比为影响新拌混凝土坍落度的最显著因素,其次为单位用水量、砂率和矿粉的掺量,粉煤灰的掺量对坍落度的影响较小。各因素对硬化混凝土60d 强度的影响大小依次为:E >B >C >D >A >(A×B。最优组合为E1B3C3D1A2。可以看出水胶比为影响60d 抗压强度的最显著因素,其次为矿粉的掺量、砂率、单位用水量和粉煤灰的掺量。各因素对混凝土最高温升值的影响大小依次为:E >B >A >C >D >(A×B。最优组合为E2B4A4C1D1.可以

13、看出水胶比为影响混凝土最高温升值的显著因素,其次为矿粉的掺量,粉煤灰的掺量、砂率和单位用水量。在混凝土的施工过程中,混凝土的坍落度能够满足施工技术要求即可,不应过大。因此,综合考虑这五个因素对混凝土的坍落度、60d 强度和混凝土的最高温升值的影响,用综合平衡法选出最优组合为A4B4C3D1E2,即粉煤灰的掺量为20%,矿粉的掺量为20%,砂率为0.45,水胶比为0.45时,混凝土的的综合性能最优。5.2 配合比的确定在绝热箱内温度变化稳定时,主要是测量绝热箱体内混·61·凝土试件的温升和周围空气的温升。Q 空气=c 空气m 空气(T-T 0表5 混凝土正交试验结果序号坍落度

14、(mm 混凝土最高温升值(60d 抗压强度(MPa 116564.348.9218057.147.0318558.352.3419551.648.4518063.251.6619557.647.9716556.850.6818048.447.3918058.650.91019552.147.21116050.849.31218542.447.61316056.748.21418545.246.71517549.949.21620041.346.3注:上表中混凝土最高温升值是通过测量混凝土试块的水化热值,经过计算得到的。表6 新拌混凝土坍落度的极差分析因素A B A×B C D E 误

15、差K1725685720700138013701435K2720755720680150515151450K3720685730760K4720760715745K1181.25171.25180175172.5171.25179.375K2180188.75180170188.125189.375181.25K3180171.25182.5190K4180190178.75186.25R 1.2518.75 3.752015.62518.125 1.875R1.12516.8753.3751831.37336.3933.76表7 硬化混凝土60d 抗压强度的极差分析因素A B A×

16、B C D E 误差K1196.6199.6192.4193.8393.8401.0388.6K2197.4188.8195.4191.8385.6378.4390.8K3195201.4197.2201.1K4190.4189.6194.4192.7K149.1549.948.148.4549.22550.12548.575K249.3547.248.8547.9548.247.348.85K348.7550.3549.350.275K447.647.448.648.175R 1.75 3.15 1.2 2.325 1.025 2.8250.275R1.5752.8351.082.0932.

17、0585.6720.552表8 混凝土最高温升值的极差分析因素A B A×B C D E 误差K1231.3242.8214208.7421.7458.6425.5K2226212.0212.6213432.6395.7428.8K3203.9215.8210.5221.4K4193.1183.7217.2211.2K157.82560.753.552.17552.712557.32553.1875K256.55353.1553.2554.07549.462553.6K350.97553.952.62555.35K448.27545.92554.37552.8R 9.5514.775

18、 1.675 3.175 1.36257.86250.4125R8.59513.2981.5082.8582.73615.7870.828Q 试件=c 试件m 试件(T-T 0Q=Q 空气+Q 试件T=Q/c 试件m 试件其中混凝土的比热查阅相关资料获得,试验可能存在一定的误差。依据正交试验得出的最优组合确定混凝土的配合比,再次试验后根据其工作性能对配合比进行微调,得出配合比如表9所示。表9 施工配合比 kg/m 3水泥粉煤灰矿粉砂碎石水外加剂2347272786108617011.35.3 配合比的工作性能这一配合比在实验时的工作性能如表10所示。表10 混凝土的工作性能强度等级坍落度(mm

19、 扩展度(mm 初始30min 60min 初始30min 60min C40P8180170155560530495经过反复验证,最终确定此配合比为临沂市商业银行营业服务大楼基础底板的混凝土配合比。6 实际温度测试结果在混凝土的浇筑完成以后,及时对混凝土进行保水保温处理,防止混凝土表面降温加快。6.1 养护材料及测温设备见表11、表12。表11 保温降温养护材料序号材料名称单位数量备注1塑料布m 212000保温养护使用2草苫子m27000保温养护使用3遮阳网m 22000遮阳降温6.2 测温点布置竖直方向:在混凝土的底部、中部和表面分别设置测温点;·62·水平方向:分别

20、在边缘1m(测区1和中间部位(测区2布置,一个测区测温点设置如下图(剖面图所示5,6 。图1 测温点示意图6.3 测温工具采用JDC-2型便携式建筑电子测温仪精确测量,在混凝土中预埋不同深度的测温线,要求测温线在混凝土中用定位钢筋固定在不同高度位置(测温线用扎丝绑扎固定,定位钢筋绑扎固定,测温线的测温片(传感器在混凝土中不得与钢筋接触(测温片位置钢筋用胶布包裹,将引出线收成一束,并编号(上1#、4#,中2#、5#,下3#、6#,带测温探头的一端外露混凝土不小于200mm,在混凝土浇注施工时采用胶布包裹保护。6.4 温度测量在混凝土浇筑完成5h 后开始进行连续测量,每4h 测量1次,持续5d,将

21、测量结果绘制曲线,如图2所示。203040506070T 12 3图2 测区1中各测点的温度变化曲线在混凝土浇筑时,测得混凝土的入模温度为21.3。从图2中可以看出混凝土的最高温度出现在第2d,测温点1为65.85,最高温升为44.55。混凝土的最大降温速率出现在第3d,为4.8/d,经过及时养护后,在45d 中混凝土的降温速率变为2.8左右。混凝土的最大温差为10.8。在混凝土浇筑时测得混凝土的入模温度为20.6。从图3中可以发现:混凝土的最高温度出现在第2d,测温点2为70,最高温升值为49.5;混凝土的最大降温速率出现在第4d,为2.4/d,经过及时养护后,在45d 里混凝土的降温速率小于2.0/d ;混凝土内外部最大温差为22.5。6.5 温度控制(1浇筑后主要控制混凝土本身内外温度差在25以内;(2加强养护过程中的测温工作,如发现温差过大,及时调整保温措施、减小混凝土的内外温差,并加强表面覆盖层的检查,确保严密保温,混凝土表面温度骤降不得超过10。(3为防止混凝土内外温差过大,产生温度裂缝,应及时对混凝土进行温度监测控制,及时根据测温情况采取有效的保温养护措施。7 实践结