影响泵送混凝土早期质量特性的因素分析及对策.pdf

第 3 8卷 第 1期 2 O l 1年 1月 Vo 1 ． 3 8， NO ．1 J an ． 2 Ol l 影 响 泵 送 混凝 土 早期 质 量 特性 的 因素分 析及 对 策 马 锋 ( 南通八 建 集 团有 限公 司生产技 术部 ，江 苏 南通2 2 6 0 0 0 ) [ 摘 要 ] 混凝土是 当前建筑工程 中应用最广泛 的建 筑材料 ， 混凝土早期特性是影响混凝土 整体 质量 的关 键因素 ， 对 影 响混凝土早期质量 的因素加载龄期 、 构件截面尺寸 、 环境 相对湿度 、 强 度、 粉煤灰 、 外加剂 以及养 护条件等 进 行 了定性分析 ， 并 针对影响混凝土早期质量特性 的问题从 材料 的选 用 、 配 合 比的确定 、 误 差 的解 决以及养 护 条件等方面提 出了解决 的对策 ， 研究可为反映泵送混凝 土早期 质量特性 的预测 模型 的建 立及早期 混凝土 质 量 的 改 进 奠 定 基 础 。 [ 关键词] 混凝土 ； 质量 特性 ； 影响 因素 [ 中图分类号]T U 5 2 8 ． 5 3 [ 文献标志码 ] A [ 文章编号 ] 1 0 0 1 — 5 2 3 X( 2 0 1 1 ) 0 卜0 0 1 7 - 0 3 ANALYS I S AND COUNTERM EAS URES oF THE FACToRS AF F E C T I NG E AR L Y QU AL I T Y C HAR AC T E I S T I CS oF CoNCRETE [ A b s t r a c t ] [ Ke y w o r d s ] M a Fe n g Co n c r e t e i s c u r r e n t l y t he mo s t wi de l y us e d b u i l di n g ma t er i a l s，a n d c o n c r e t e e a r l y c h a r a c t e r i s t i c s i s a k e y f a c t o r a f f e c t t h e ov e r a l l q ua l i t y o f c o n c r e t e． Th i s p a pe r q u a l i t a t i v e l y a na l y z e s c o nc r e t e ch a r a c t e r i s t i c s o f b e a m he i g h t ， r e l a t i v e h umi d i t y，i n t e ns i t y，c o a l a s h，a dmi x t u r e s a nd c u r i n g c o n di t i o n s a nd pu t s f o r wa r d a s o l u t i o n o f t h e qu a l i t y c h a r a c t e r i s t i c s t h a t a f f e c t t h e p r o b l e m o f e a r l y c on c r e t e f r o m t he m a t e r i a l s e l e c t i o n，wi t h t h e r a t i o d e t e r m i n e d，e r r o r r e s o l u t i o n，a n d ma i nt e n a nc e c o n di t i o n s， a n d o t he r me a s u r e s ． Th i s r e s e a r c h p u t f o r wa r d f o r p r e d i c t i o n mo de l r e f l e c t i ng t h e q u a l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f pu mpi ng c o n c r e t e a nd i mpr o v e m e n t o f t h e q u a l i t y o f e a r l y c o n c r e t e f o un d a t i o n． c o nc r e t e；qu a l i t y c ha r a c t e r i s t i c； i mpa c t f a c t o r s ； c o u n t e r me a s u r e s 工 程 中混 凝 土 质 量 的好 坏 直 接 影 响 着 整 个 钢 筋 混 凝 土 结 构的整体 质量 ， 在整个 工程 中 占有 非常重 要 的地位 ， 然 而 影响混凝 土早期特性 的因素非 常多并且 相互之 间存 在着 复 杂 的 相 关 性 。 因 此 ， 研 究 混 凝 土 早 期 特 性 具 有 非 常 大 的 意 义 。 过 去 的几 十 年 里 ， 关 于 混 凝 土 早 期 特 性 的 研 究 虽 已 取 得 了 一 批 重 要 成 果 ， 然 而 ， 近 年 来 混 凝 土 正 越 来 越 体 现 其 强 度水 平趋高化 、 掺合 料和外加 剂掺加普遍 化 、 生 产施工 泵送 商 品化 、 应 用的结 构形 式 广泛 化 等显 著 的现 代特 点 。基 于 这 些 显 著 的 变 化 特 征 ， 结 构 工 程 界 对 于 现 代 混 凝 土 材 料 早 期特 性的基础 性研究越来 越重视 ⋯ 。本文对影 响混凝 土早 期特性 的因素进行 分 析 ， 针对 不 同的影 响 因素 提 出质量 控 收 稿 日期 ： 2 0 1 0—1 0—1 5 作者简介 ： 马锋 ( 1 9 7 8 ． ) ， 男 ， 江 苏如 皋人 ， 毕业 于 同济 大学 ， 本 科学 历 ， 就职于南通八建集 团有 限公 司生产技术部 。 制的措施 ， 为 试验研究 反 应早 期混 凝 土特 性 的预测 模 型奠 定 基 础 。 1 影 响 混凝 土早 期 质 量 特 性 的 因素 分 析 混 凝 土 在 水 化 、 凝 结 和 硬 化 的 阶 段 中 经 历 了 复 杂 的 物 理 、 化学变化 ， 而通过研究其变化过程 ， 起 到 了很好 地控制其 质量的 目的 ， 但未 达到 最佳的 程度 ， 若要 达到控 制早期 混凝 土质量的最佳 效果 ， 还有 待 于对 于其 影 响因 素进行 深 入 的 认 识 。 1 ． 1 加 栽 龄 期 在 持 荷 时 间 、 构 件 截 面 尺 寸 、 相 对 湿 度 及 混 凝 土 强 度 等 级 等 条 件 不 变 的 情 况 下 ， 混 凝 土 的 加 载 龄 期 越 大 ， 混 凝 土 的 徐 变越 小 。 因 此 ， 当持 续 时 间 t 趋 近 于 无 穷 大 时 ， 混 凝 土 的 加 载 龄期 越 大 ， 混 凝 土 的 徐 变 可 以趋 近 的 值 越 小 ， 且 这 个 极 值 变 化 的 速 度 越 慢 ， 如 表 1所 示 。 也 就是 说加 载龄 期 t 的 影 响 函 数 为 减 函 数 ( 一 次 导 数 小 1 7 发 开山 术“ 技 e 筑 建．耋 第 1 期 马 锋 ： 影响泵送混凝土早期质量特性 的因素分析及对策 第 3 8卷 卢 ( ￡ 。 )=n+b I l ( 1 ) 、 t o ／ 1 ． 2构 件 截 面尺 寸 构件尺寸决定 了环境湿度 和温度影 响混凝土 内部 水分 逸 出 的程 度 ， 进 而对 混 凝 土 构件 徐 变 性 能 产 生 影 响 。这 种 影 响 在 混凝 土 干 燥 过 程 ， 水 分 转移 时是 相 当 显 著 的 当 环 境 介 质的温度 和湿度保持不变时 ， 混凝土 内水分 的溢失 取决 于构 件的尺寸和体表 比。构 件的尺寸 越大 ， 体 表 比越 大， 徐变 就 越小 。G L 2 0 0 0模型对混凝 土徐变的计算 与试 验结果符合较 好 ， 可 以 取不 同 的体 表 比 和 小 同 的 持 荷 时 间 ， 将 其 它 因 素控 制在标准条件下计算相应的混凝土徐变 系数， 并 以相 同持续 荷载时间下体表比为 3 7 ． 5 r n in的计算值为基准 ， 计算徐变系 数 相 对 值 。 I ． 3环 境 相 对 湿度 环境相对湿度对混凝土的徐变有显著 的影 响， 尤其在混 凝土加载的早 期 ， 这种 影响更 大。湿度 愈大 ， 吸附水 的蒸发 量愈小 ， 水泥的水 化程度愈高 ， 水泥凝胶体 的密度 也愈 高， 绘 变 也 愈小 ， 反 之 则 愈 大 。研 究 表 明 ， 与 相 对 湿 度 1 0 0 ％ 相 比 较 ， 周围环境相 对湿度为 5 0 ％ 时的混凝土徐变要增 加 1～2 倍 。 当混 凝 土 内部 与 周 围环 境 的湿 度 达 到 平 衡 ， 则 相 对 湿 度 的影 响就趋于消失。建科 院模型 只给 出了相对湿度 为 4 0 ％ 和 6 0 ％时的调整系数 ， 考虑相对粗略。 1 ． 4 强度 GL 2 0 0 0模 型 关 于徐 变 系 数 的计 算 没 有 明确 考 虑 混凝 土强度等级的影响 ， G a r d n e r和 L o c k m a n在建 立此模 型时规 定其适用于圆柱体 2 8 d平均抗压强度 1 6～ 8 2 MP a之间的混 凝土。综合 分析可知 混凝土 的强度 越高 徐变越小 。C E B— F I P ( 1 9 9 0) 模 型 混 凝 土 的 徐 变 与 圆 柱 体 2 8 d抗 压 强 度 平 均 值的平方根成反 比。 1 ． 5粉 煤 灰 粉 煤 灰 的掺 加 对 混 凝 土 的徐 变 影 响 很 大 。若 采 用 等 量 取 代 法 ( 即掺 人 的 粉煤 灰数 量 等 于 所 取 代 的水 泥 重 量 ) ， 则 在 早龄期加荷时 ， 粉煤灰 混凝土 的强度低 ， 徐变 比普通混凝 土 的徐变大 ， 而且偏大的程 度随掺量 的增加 而增加 ； 在晚龄期 加 荷 时 ， 粉 煤 灰 混 凝 土 的 强 度 高 ， 徐 变 比普 通 混 凝 土 的徐 变 小 ， 而 且 偏 小 的 程度 随掺 量 的 增 加 而 增 加 。 早 晚 龄 期 的 分 界 1 8 点 并不 固定 ， 而是 随粉 煤 灰 掺 量 的 增 加 而 推 迟 。若 采 用 超 量 取代法 ( 即掺入 的粉煤灰 数量超过所取 代 的水 泥数量 ， 可 以 取代 部 分 细 骨 料 ) ， 则 粉 煤 灰 的掺 量 对 混 凝 土 徐 变 的影 响 更 为复杂 。但若同时计及水灰 比和灰浆率的影响 ， 则 超量取代 粉煤灰对混凝土徐 变的影 响与等量取代 一样 。粉煤灰 混凝 土徐变试 验 资料 还 不 多 ， 很 难 将 其修 正 系数 精 确 地 定 量 表 示 。 1 ． 6 外 加 剂 实际1 二 程中 ， 尤其在泵送混凝土领域运用较 为广泛 的外 加 剂 包 括 ： 减 水 剂 ， 引气 剂 等 ， 减 水 剂 对 混 凝 土 徐 变 的 影 响 比 较复杂。若保 持水 灰 比及水 泥用 量不 变 ， 减水 剂使徐 变 增 加 。 试验 表 明 ， 当掺 用 改性 木 质 磺 酸 盐 系 和 萘 磺 酸 甲醛 缩 合 物盐系减水剂时， 徐变增大 3 0 ％左 右。对于常用 掺量 ， 普 通 减水 剂能使混 凝土坍落 度增加 5～l O c m， 高效 减水剂 ( 例如 缓凝 高效减水剂 T Q N) 能使混凝土坍 落度增加 l 0～1 5 c m。 1 ． 7养 护 条件 养 护条件对混凝 土徐变 的影 响函数 的取 值按 照 中国建 科院( 1 9 8 6 ) 模型规定取值 ， 如表 2所示 。 表 2养 护 条 件 修 正 系数 J B 非标 准状态下普通 混凝土 的徐 变系数可用 如下 公式进 行 计 算 ： 咖( ￡ ， t 。 ) = 西( t ， t 。 ) 。 卢( t 。 ) 卢( v ／ s) #( h ) ／3( f ~ ．k) 卢 。 。 卢 卢 ⋯ ( 2 ) 式( 2 ) 关 于徐 变系数计 算 的公 式是 建立在 常温 2 0 ℃ 的 标准条件下 ， 当环境温度不 等于 2 0 ~ C时 ， 可 采用以下换算 龄 期表示 ： = ∑A t ． e 一 [ 一 ] ( 3 ) 其 中： f 为温度修正后 的混凝 土龄期 ， 即换算 龄期 ； A t ． 为温度为 7 T ℃的 i 段 时间持续的天数。 2 改进 混凝土早期质量特性的主要措施 针 对 影 响 混 凝 土早 期 特 性 的主 要 因素 ， 在 定 性 分 析 的 基 础 上 结 合 工 作 实 际 ， 提 出 改进 混 凝 土早 期 特 性 的 技 术 措 施 及 第 3 8卷 马 锋 ： 影 响 泵送 混 凝 土早 期 质 量特 性 的 因素 分析 及 对 策 第 1期 对 策 ， 主要 包 括 以 下几 部 分 。 2 ． 1 混 凝 土 因所 用原 材 料 存 在 质 量 问题 的 解 决措 施 首先要对粗细骨料在使用前应进行 杂质检验 ， 从料堆 取 样部位应均匀分布 ， 抽大致相 等的 8～1 5份组 成样品 。检 测 方 法 和 依 据 见 混 凝 土 用 碎 石 或 卵 石 、 砂 的 质 量 检 验 规 定 。 其 次要控制好二次污染 问题 ， 应 避免 骨料堆 场受 油污 、 泥浆 水 等污染 ， 严禁在 曾堆放过生石灰 的场地上 堆放 砂石等骨料。 混 凝 土 的 强 度 主 要 由 水 泥 浆 的 强 度 、 水 泥 浆 与 骨 料 界 面 的 粘 结 强 度 、 骨 料 颗 粒 强 度 决 定 。水 泥 浆 将 骨 料 牢 固 地 粘 结 成整体 ， 而水泥浆 的强度取 决 于水泥 的强度 等级 ， 对水 泥 的 质量 控 制 除 了按 相 关 国 家 、 行 业 标 准 、 规 范 等 控 制 ， 还 须 注 意 五大类水 泥各 自的特点 ， 决定了其适 用环境 。针对 不同的工 程 情况、 气候情况 ， 选择合 适 的水 泥品种 是获取 优质 混凝 土 的 一个 前 提 。 混凝 土除了强度达 到要 求外 还需要 适宜 的和 易性 。现 代 混 凝 土 的 和 易性 很 大 程 度 是 在 高 效 外 加 剂 作 用 下 反 映 出 来 ， 实质上是水泥与高 效外 加剂 的相容性 问题 ， 两者相 容性 好 则 可 获 得 低 用 水 量 大 流 动 性 且 经 时 损 失 小 的 效 果 。 影 响 外加剂与水泥相容性 主要 因素是水 泥 中 c A等矿 物组 成的 含量及形态等 因素。因而水泥 品种 不同 ， 将 影响减水 剂的减 水 、 增强效果 ， 其 中对减 水效果 影 响更 明 显。高效 减水 剂对 水泥更有选择性 ， 不 同水 泥其 减水 率的相 差较 大 ， 水泥 矿物 组 成 、 掺 和 料 、 调 凝 剂 、 碱 含 量 、 细 度 等 都 将 影 响 减 水 剂 的 使 用效果 ， 如掺有硬石 膏 的水泥 ， 对 于某些 掺减 水剂 的混凝 土 将 产生速硬或使混凝土初凝时间大大缩 短 ， 其 中萘系减水 剂 影 响较小 ， 糖 蜜类 会 引起 速硬 ， 木钙 类会 使 初凝 时 间延 长 。 因此 ， 同一种减水 剂在相 同 的掺量下 ， 往 往 因水泥 不同 而使 用效果明显不同 ， 或 同一 种减水 剂 ， 在不 同水 泥 中为了达 到 相同的减水 增强效果 ， 减水剂 的掺 量明显不 同。在某些水 泥 中 ， 有的减水剂会 引起 异常凝 结现 象。为此 ， 当水泥 可供选 择 时 ， 应选用对减水剂 较 为适应 的水 泥 ， 提高减 水剂 的使用 效果 。当减水剂可供选择 时， 应选择施工 用水 泥较 为适用 的 减水剂 ， 为使减水剂发挥更好效果 ， 在使用前 ， 应结 合工程进 行水泥选择试验 。每种外 加剂都有 适宜 的掺 量 ， 即使 同一种 外加剂 ， 不同的用 途有不 同 的适宜 的掺量 。掺量 过大 ， 不仅 在经济上不合理 ， 而且可能造成质量事故 。 2 ． 2 混凝 土 配 方设 计 不 当 的 预 防 解 决 措 施 混 凝 土 配 合 比 的 设 计 要 从 浇 筑 物 和 施 工 方 法 两 方 面 需 求出发 ， 按最大级 配密实 度来 进行设 计 ， 在 满足施 工条件 的 情 况下尽量减少砂浆量 ， 在混凝 土粘性不 足以影响施工 的情 况 下 ， 尽 量 减 少 用 水 量 ， 用 减 水 剂 调 节 混 凝 土 流 动 性 ， 这 样 既 可减少浮浆层 ， 又可减少 混凝 土塑性 收缩 ， 这 就需通 过 大量 的试 配来验 证。而配合 比在 生产应 用 中亦要 根据原 材料 的 变 化、 天气情况 、 施工情况 等等进行适当调整 。 2 ． 3 混凝 土 生 产 中计 量 误 差 的 预 防解 决 措 施 要克服这种 隐患必须对生 产称 量系统保持时刻关注 ， 牢 固各 种 物 料 称 量 的 支 架 ， 减 少 与 振 动 设 备 对 其 产 生 的 影 响 ， 对 粉 料 称 和 搅 拌 机 配 置 合 适 的气 体 回 流 管 ， 并 保 持 其 畅 通 ， 这样生产计量的原材料才能严格按 配方执行 ， 才能得 到有效 控 制 。 在 混凝 土 运 输 过 程 中 ， 车 鼓 保 持 在 每 分 钟 约 六 转 ， 并 到 工地后保持搅拌车高速转动四至五分钟 ， 以使混凝 土浇筑前 充 分 再 次 混 和 均 匀 ， 如 遇 坍 落 度 有 所 损 失 ， 可 后 掺 人 一 定 的 外 加 剂 以 达 到 一 定 的 效果 。 2 ． 4混 凝 土 养 护 不 当产 生 的 质 量 问题 的 预 防 级 解 决措 施 通 过试 验观察发 现 ： 干缩引起表面裂缝 一般仅数厘米 深 度 ， 主 要 靠 养 护 解 决 ， 引起 表 面拉 应 力 的 温 度 因素 有 ： 气 温 变 化 、 水化热和初始温差 。气 温变化主要有 ： 气 温骤降 、 气温年 变 化和 日变 化 ， 特别是混凝土浇筑初期 内部 温度较高时尤应 注 意表 面保 护 。在 混 凝 土 表 面 覆 盖 塑 料 薄 膜 或 湿 麻 包 袋 等 ， 紧贴混凝土 表 面起 到隔 温效 果 ， 是 防止 表面 裂缝 的最 有效 措 施 。 混凝土广泛应用 于建筑 、 交通 、 水利等工程建设 中 ， 是工 程结构 的重要 组 成部 分 ， 其 质量 直接 影 响到整 个工 程 的质 量 ， 通 过分 析影 响混凝 土质量 的因素找到 了问题所对 应的解 决 措 施 ， 为 实 际 工 程 应 用 提 供 了 指 导 ， 还 需 要 实 际 的 工 程 加 以验 证 。 3 结论 本 文在综 合分 析前 人 研 究 以及 实 际工 作 经 验 的 基 础 上 ， 系统分 析 了影 响 混 凝 土 早 期 质 量 特 性 的 因 素 加 载 龄 期 、 构 件截 面 尺 寸 、 环 境 相 对 湿 度 、 强 度 、 粉 煤 灰 、 外 加 剂 以及 养护 条件 等 因素 以及 存 在 的 问 题 ， 并 且 针 对性 的提 出 了解决 的措 施 ， 为 混凝 土在 工 程 的 实际 应 用提 供 经验 ， 然而要 对 混凝 土的 特性 有 比较 客 观 、 正 确 的认 识 ， 还 有 待 于进 一步 的试 验研究 。本 文的 研究 为进 一 步提 高 混凝 土 质量 开辟 了新 的研 究 思 路 ， 高 质 量 混凝 土 的 获 得还 应 该 重点研 究 每个影 响 因素 和混 凝 土 每个 主 要 特性 之 间 的非 线性关 系并 进 一 步 建 立 起 相 对 应 的模 型 ， 从 而达 到进 一 步控制 和改 善混 凝土 性能 、 降 低成 本 、 并 最终 提 高 建筑 结 构 性 能 的要 求 。 参 考 文 献 [ 1 ]J G J 3—2 0 0 2， 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 ， 北 京 ： 中 国 建 筑 工 业 出版 社 ， 2 0 0 2 [ 2]L e n n a ~O s t e r g a a r d ，D a v i d A．L a n g e ．L a n g e ．T e n s i l e b a s ic c r e e p o f e a d y — a g e c o n c r e t e u n d e r c o n s t a n t l o a d，Ce me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 01， 31： 1 8 95—1 8 9 9 [ 3]N． J ． G a r d e r ， M． J ． L o c k ma n ． D e s i g n P r o v i s i o n s f o r D r y i n g S h r i n k a g e a n d Cr e e p o f No r ma l — S t r e n g t h Co n c r e t e ， ACI Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 0 01 ， 9 8( 2)： 1 5 9—1 6 7 [ 4 ]中国建筑科学研究 院结构所 规范室译 ， C E B欧洲 国际混凝土委 员会 ． 1 9 9 0年 CEB— FI P模 式 规 范 ． 1 9 9 1：5 7—7 0 1 9