大体积泵送重混凝土的试验研究与工程应用

1、0引言重混凝土多用于底板、 回填或其它需配重部位, 其主要特 点是:容重大, 混凝土坍落度损失快, 尤其是泵送困难。重混凝 土是近年来新兴的一种建筑用特种混凝土, 目前尚无国家标准 和行业规范。随着混凝土施工技术的不断完善和提高, 有关大 体积泵送普通混凝土的工程实例很多, 相关报道也不少, 但是 对于以重晶石砂、 烧结球为集料而配制的大体积泵送重混凝土 很少有研究及应用的报道。普通混凝土容重一般为 23502450kg/m3, 而本文所涉及的 华能大厦工程, 局部抗压板混凝土为容重大于 3000kg/m3的重 混凝土。以下就该工程重混凝土的试验研究及实际应用做如 下阐述。华能大厦是华能集团的

2、总部大楼, 工程地点位于北京市宣武区复兴门内大街、 西单路口处, 与中国银行大楼隔长安街相望。总建筑面积 12万平方米, 地下 4层, 地上 8层, 混凝土用 量约 10万立方米。该工程西面由于地基以下有地下水, 地基 土层较软, 结构容易产生不均匀沉降, 设计要求基础抗压板混 凝土容重必须大于 3000kg/m3, 强度等级 C40, 抗渗等级 S10, 抗 压板厚度 1.8m, 一次连续浇筑混凝土 2100m 3, 采用泵送施工工 艺, 输送距离 120m。而要实现重混凝土泵送并达到强度要求, 必须全面透彻的对混凝土的工作性及多项力学性能和耐久性 进行试验研究, 以保证混凝土的高性能得以实

3、现。1重混凝土原材料选用1.1水泥选用琉璃河水泥厂生产的金隅长城牌 P.O42.5水泥, 主要 技术指标见表 1。大体积泵送重混凝土的试验研究与工程应用潘文杰,王玉泉,孙晓明(北京建工一建混凝土分公司,北京100071摘要本文结合华能集团总部大楼底板施工的工程实际, 对 C40级泵送重混凝土的工作性进行了试验研究, 满足了工 程对 C40级重混凝土的和易性、 稳定性及容重等提出的要求, 实现了长距离泵送。 关键词重混凝土; 泵送; 容重; 耐久性; 应用表 1水泥性能指标细度 (m2/kg标准稠度用水量(%凝结时间 (h:min安定性 抗折强度 (MPa抗压强度 (MPa碱含量 (%初凝 终凝

4、 沸煮 3d 28d 3d 28d 0.5637527.62:043:14合格4.88.923.748.51.2粉煤灰选用德州华能级粉煤灰, 主要技术指标见表 2。表 2粉煤灰性能指标%细 度 烧失 量 需水量 比 碱 含量 氧化钙 含量 游离氧化钙 含量三氧化硫 含量 5.81.47940.152.870.450.47 表 4重晶石砂物理性能指标筛分析表观密度 (kg/m3 碱集料反应 14d 膨胀率 (%放射性 细度模数 级配区域 2.7区39000.026合格为掌握普通河砂与重晶石砂的级配区别, 分别对重晶石砂 和河砂进行筛分, 二者的筛分分析见表 5。从筛分析表 5可以看出, 重晶石砂

5、 0.315mm, 0.160mm 筛 孔上筛余量偏少, 筛底的筛余量较多。与普通河砂相比, 呈现 出细颗粒偏少、 筛底较多、 石粉含量较高的现象。1.5石采用河北涿州 525mm河碎石, 主要指标见表 6。 表 6河碎石主要性能指标 %含泥量 泥块含量 针片状含量 压碎指标值 0.50.33.95.51.6烧结球产地唐山, 主要技术指标见表 7。表 7烧结球技术指标筛分析 表观密度 (kg/m3碱集料反应14d 膨胀率 (%放射性级配情况 公称粒径 (mm连续粒级 102544760.022合格为了掌握烧结球与普通河碎石的掺加比例, 对烧结球和普 通河碎石进行筛分, 二者的筛分分析见表 8。

6、表 8烧结球、 普通河碎石筛分分析筛孔 尺寸 (mm唐山烧结球 普通河碎石 区累计 筛余百分 率标准 分计筛余量 (g分计筛余 (%累计筛余 (%分计筛余量 (g累计筛余 (%25000165305 20000111026-162905.861490553070 10407581.587188593-54108.2963009990100 2.5400.896219995100筛底 1853.710029100-从筛分析表 8可以看出, 烧结球 25.0mm、 20.0mm 筛孔上 的筛余为零, 10.0mm 筛和筛底上的筛余量较高。与普通河碎 石相比, 呈现出粗颗粒偏少、 10.0mm 颗粒

7、偏多的级配单一的情 况。1.7膨胀剂选用宏业恒基材料有限公司生产 UEA 膨胀剂, 主要技术 指标见表 9。表 9UEA 膨胀剂主要技术指标限制膨胀率 (%28天抗 折强度 (MPa 28天抗压强度(MPa碱含量 (%水中 7天 水中 28天 空气中 21天0. 0300. 035-0. 0186. 848. 50. 22 2 重混凝土的配制2.1重混凝土配合比配制方案3 钢渣石、 铁矿石、 豆钢和烧结球等特种材料作为粗骨料。经过 混凝土的试拌, 发现只有烧结球作为粗骨料既能满足容重要 求, 又能满足泵送和强度要求。使用钢渣石和铁矿石配制的 混凝土能够满足泵送和强度要求, 但是由于配制的混凝土

8、为 C40S10, 满足混凝土抗压强度需要胶凝材料较多, 造成使用钢 渣石和铁矿石作为粗骨料不能满足混凝土容重要求; 使用豆刚 配制的混凝土能够满足容重要求, 但是由于泵送混凝土坍落度 较大, 豆钢容重很大, 达到 6000kg/m3, 使用豆钢作为粗骨料拌 制的混凝土出现沉底现象, 不能满足泵送要求。(2 针对采用重晶石砂、 烧结球做集料 (比重大 的混凝土 要达到工程有效泵送和强度要求, 在配合比上应适当提高水泥 或胶凝材料的用量, 以保证有足够的浆体包裹集料, 从而使混 凝土不离析, 骨料不沉降, 而又有较好的流动性。(3 重晶石砂、 烧结球吸水率较大, 造成混凝土坍落度损失 较快, 混

9、凝土配制时的出机坍落度应控制在 230240mm, 以保 证运输到现场的坍落度和泵送要求。到施工现场坍落度应满 足 200mm 以上。(4 从表 7烧结球、 河碎石的筛分析可以看出烧结球粒径较 为单一, 大部分为 10.0mm 骨料, 为保证混凝土的和易性, 宜部 分用普通河碎石取代, 以改善粗骨料的颗粒级配。(5 在胶凝材料、 粗细骨料种类及用量确定后, 外加剂的选 用及掺量尤为重要。首先保证重集料在泵送及振捣过程中不 离析、 不分层。此外对于抗压板重混凝土施工, 用拖式地泵高 压输送, 输送缓慢, 混凝土的凝结时间应适当延长, 控制在 24小时以上。2.2从技术和经济要求出发, 拟定试验方

10、案由于重混凝土使用的粗、 细骨料 (重晶石砂、 烧结球 价格 非常昂贵, 重晶石砂 800元 /吨、 烧结球 1350元 /吨, 比普通砂、 石价格高出 20至 40倍, 所以在满足重混凝土性能和容重的同 时, 考虑部分用普通河碎石取代烧结球, 不但是技术上的需要, 也是经济上的需要。试验方案分别以:(1粗骨料全部使用烧结球;(2河碎石按体积取代 30%烧结球;(3河碎石按体积取代 50%烧结球。配制 C40S10重混凝土, 试验研究混凝土的工作性、 可泵 性、 力学性能。试配配合比见表 10。表 10试配配合比 kg/m3序号 水 水泥 重晶石砂 烧结球 石 粉煤灰 UEA JYB-3 12

11、0532410671670-903618.0 219032410671169291903618.0 31803241067800504903618.0试配混凝土坍落度、 扩展度及 3d、 7d、 28d 强度见表 11。 表 11中可以看出, 烧结球掺量高的混凝土 28天、 60天抗 压强度偏低, 7天抗压强度相当。只有序号 3河碎石按体积取 代 50%烧结球的重混凝土配合比满足 C40混凝土强度评定要 求。复掺重晶石砂、 烧结球的混凝土和易性较好, 只是 1小时 后坍落度损失较大。序号 1、 2重混凝土有泌水现象, 序号 3重 混凝土性能较好, 无泌水现象, 满足混凝土的工作性要求。水率较高

12、, 同烧结球复合后吸水率超过 20%, 使混凝土内部形 成大量吸水孔道, 破坏了烧结球与胶凝材料的粘接; (2烧结球 立方体抗压强度本身比普通碎石低的多; (3重晶石砂主要成 分为 BaSO 4, 其材料脆性较大, 故造成 C40S10混凝土强度偏低。 2.3混凝土的稳定性和可泵性由于重晶石砂、 烧结球比重大, 在大坍落度和压力条件下, 混凝土中骨料是否会下沉, 从而产生离析、 泌水, 即对混凝土的 可泵性必须进行压力泌水试验。将表 9中序号 3重混凝土配 合比的用水量调整进行压力泌水试验见表 12。图 1压力泌水与混凝土和易性的关系图 1表示了坍落度与压力泌水量及泵压力的关系。由图 1可见混

13、凝土坍落度小, 受压泌水也小, 但阻力大; 混凝土坍落度 大, 泌水量亦较大, 阻力同样较大, 均不适于泵送。到施工现场 坍落度应控制在 200mm 左右, 利于泵送。综上所述, 从表 11、 表 12、 图 1可以判断, 选用表 10中序 号 3重混凝土配合比作为工程实际应用配合比, 无论从技术角 度还是从经济角度都是最合理的。2.4重混凝土耐久性试验2.4.1混凝土氯离子渗透性试验为了验证重混凝土的抗渗性能, 委托检测所进行渗透性快 速检测系统测定 C40S10重混凝土及普通混凝土的氯离子抗 渗性。结果分别是:普通 C40S10混凝土的氯离子扩散系数为 398cm 2/s、 C40S10重

14、混凝土氯离子扩散系数为 282cm 2/s, 从而 得出重混凝土的抗氯离子渗透性要远远大于普通混凝土。再 次说明重混凝土密实度较高, 对于射线的屏蔽能力较强。 2.4.2收缩试验参 照 普 通 混 凝 土 长 期 性 能 和 耐 久 性 能 试 验 方 法 (GBJ82-85中收缩试验进行, 以 100 mm×100mm ×515mm 的 棱柱体试件为标准试件, 分别在温度 (20±2, 湿度 90%以 上的标准养护室和自然环境下养护。测出 28天、 45天、 60天 收缩值。试验结果分别见表 14、 表 15。表 14标养混凝土收缩率 (×10-6 %

15、混凝土类型28天收缩率45天收缩率60天 收缩率 C40S10普通混凝土 470540570 C40S10掺 50%河碎石重混凝土 480530560 表 15自养混凝土收缩率 (×10-6 %混凝土类型28天收缩率45天收缩率60天 收缩率 C40S10普通混凝土 480550580 C40S10掺 50%河碎石重混凝土 490570610表 14、 表 15试验结果可以看出, 重混凝土在标养条件下, 其收缩值与普通混凝土基本相同, 而在自养条件下, 其收缩值 比普通混凝土大, 所以在实际工程中, 需要注意加强养护, 特别 是湿度要保证。3工程应用及效果本试验研究所涉及的工程为华能

16、大厦抗压板 C40S10重 混凝土的施工, 混凝土浇筑方量为 2100m 3, 依据施工安排分别 在抗压板的西面和北面布置 2台 HBT80型混凝土拖式地泵, 出口额定压力为 9MPa, 泵管全部使用高压泵管, 最大泵送距离 120米。使用高压进行泵送。由于本工程基坑较深, 从地面到 浇筑面为 19米, 为防止重混凝土向基坑内泵送时产生离析, 泵 管竖向入坑时在 9.5米的中间部位架设 7.0米 (含弯头 的水平 管后再垂直入坑。施工时间在 10月份, 大气温度适中, 但风速 较大。要求严格控制混凝土坍落度、 流动度、 坍落度损失和容 重。工 程 实 际 应 用 配 合 比 为 表 9中 序

17、号 3, 配 合 比 为 水 水 泥 重 晶 石 砂 烧 结 球 河 碎 石 粉 煤 灰 膨 胀 剂 泵 送 剂 = 180 324 1067 800 504 90 36 18.0, 水胶比 =0.40, 砂率 =45%。控表 11重混凝土工作性及抗压强度序号 坍落度 坍落扩展度(mm和易性1h 后坍落度(mm7d 强度(MPa28d 强度(MPa60天强度(MPa实测混凝土湿容重 (kg/m31215480流动性好, 试块表面泌水严重 15029.636.640.63110 2220500流动性好, 试块表面有泌水 18030.437.643.73070 3230530流动性好, 试块表面无

18、泌水 20031.940.847.73020 制混凝土出机坍落度 220240mm,入泵坍落度不低于 200mm, 扩展度不低于 450mm, 实际抗压板凝结时间在 2426小时, 实测混凝土湿容重全部在 3000kg/m3以上。实测混凝土中心绝热 温升 2天达到 72, 比普通混凝土绝热温升来的快, 所以加强 混凝土的养护尤为重要。抗压板混凝土在浇筑过程中由于混 凝土的凝结时间较长 (24h左右 , 混凝土的表面容易失水, 在 混凝土浇筑过程中必须及时进行振捣, 当混凝土局部出面 (即 高出钢筋表面, 下同 后必须立即进行覆盖, 防止混凝土表面水 份的蒸发。抗压板浇筑完毕后施工方必须及时做好

19、保温、 保湿 措施, 及时覆盖塑料布及草帘, 以降低混凝土的内外温差。混 凝土初凝过后未到终凝前, 必须对混凝土进行最后一次抹压。 混凝土出面初次抹压时, 应控制抹压工作人员的数量, 保证没 有由于混凝土出面量大且表面失水发干导致来不及收面的现 象。根据我公司试验室留置混凝土试块强度统计, 混凝土 60天抗压强度平均值为 51.5 MPa , 其各项指标均满足或超过设计 要求, 取得了显著的技术经济效益, 获得了华能大厦工程甲方、 施工方的好评。4结论(1 普通抗渗混凝土容重一般为 23502450kg/m3 , 而本文所涉及的混凝土为容重大于 3000 kg/m3的抗渗重混凝土。 (2 在混

20、凝土工作性方面, 用重晶石砂、 烧结球配置的重混 凝土和易性较好, 但混凝土坍落度损失稍大, 控制混凝土到施 工现场坍落度不小于 200mm。(3 重混凝土各项力学性能与普通混凝土接近, 混凝土抗压 强度值偏低, 控制混凝土中烧结球的用量, 以 50%为最佳。 (4 在混凝土耐久性方面, 重混凝土抗渗性能远远大于普 通混凝土, 混凝土的密实度较高, 对射线的屏蔽能力较强。标 养收缩值二者基本相同, 但在自养环境中收缩值大于普通混凝 土, 实际施工中需要加强养护。 (5 在施工现场控制方面, 抗压板重混凝土比普通混凝土绝 热温升快, 加强混凝土的养护非常重要。总之, 华能大厦泵送重混凝土抗压板的施工, 是国内少量 泵送大方量重混凝土施工的案例之一。此次泵送浇筑的成功, 在高端特种混凝土的生产、 泵送浇筑技术上, 为同行业提供了 宝贵经验, 并且取得了很好的社会效应。参考文献 1 朱 伟刚.大体积重混凝土的配合比设计与施工 J.混凝土 水泥制品.广东建材, 2008(4:28-292 王 志宏, 王子明, 裴学东, 等.C80级泵送重混凝土工作性研 究与实践 J.混凝土与水泥制品, 2000(3:16-18作者简介潘文杰 (1974.5- , 男, 工程师, 试验室主任, 北京 建工一建工程建设有限公司混凝土分公司, 从事混凝土技术研 究及应用工作。 通