二次振捣对冬季施工中混凝土强度影响的研究.pdf

2 0 1 5年 第 1 2期 I总 第 3 1 4期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 1 4) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P R ACT【 CAL TE CHNOLOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 1 2 0 4 0 二次振捣对冬季施工中混凝土强度影响的研究 梁谦， 魏胜利，党学鑫， 蔺宝军， 王彦，刘茹华 ( 河西学院， 甘肃 张掖 7 3 4 0 0 0 ) 摘要：随着经济社会的发展 ， 混凝土工程在冬季进行施IP ,越发频繁。 由于冬季特殊的 自然环境， 对混凝土的施工工艺及质量 提出了较高的要求。 试验结合工程实际 ， 采用二次振捣的施工工艺 ， 通过设置多个处理 ( 二次振捣) 与对照( 一次振捣) ， 分析研究 了二次振捣工艺对混凝土表观密度及立方体抗压强度的影响。 试验得出结论 ： 相对于一次振捣工艺， 最适宜 的二次振捣时间为 一 次振捣完成后间隔6 0 - 9 0 m i n ， 此时可以获得较好的混凝土表观密度 ； 同时， 经过二次振捣工艺， 设计强度为 C 3 0的混凝土 ， 在 一 次振捣完成后间隔 8 0 m i n进行二次振捣 ， 其抗压强度可高达 3 9 2 3 MP a ， 已超过 C 3 5的混凝土强度等级。 关键词： 二次振捣； 混凝土 ； 抗压强度； 冬季施工 中图分类号： T U 5 2 8 0 6 3 ： 艾 献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 1 5 1 0 3 E ffe c t s o n c on c r e t e s t r e n g t h b y t wi c e v i br a t i n g t e c h n o l o g y i n wi n t e r c on s t r u c t i o n L I A NG a n ， WE I S h e n g l i ， D A N G X u e x i n ， L I N B a o j u n， WA NG Y a h ， L I U R u h u a ( H e x i U n i v e r s i t y ， Z h a n g y e 7 3 4 0 0 0 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： Wi t h t h e d e v e l o p m e n t o f s o c i e t y a n d e c o n o m y ， th e c o n c r e m p r o j e c t c o n s t r u c ti o n h a s b e e n i n c r e a s i n g l y f r e q u e n t i n w i n t e r B e c a u s e o f the s p e c i a l n a t u r a l e n v i r o n me n t i n wi n t e r， we p u t f or wa r d h i g h e r r e q u i r e me n t s o n the q u a l i t y a n d t e c h no l o g y d u rin g c o n c r e t e c o n s t r u c ti o n C o mb i n a ti o n w i th the p r o j e c t p r a c ti c e ， the e x p e ri me n t u s e d t h e t wi c e v i b r a t i n g c o n s t r u c ti o n t e c h n o l o g y， b y s e t t i n g u p mu l t i p l e t r e a t m e n t s ( t w i c e v i b r a ti n g ) a n d c h e c k ( o n c e v i b r a ti o n ) ， a n a l y z e d t h e e f f e c t s o f s e c o n d v i b r a ti n g t e c h n o l o g y o n th e a p p a r e n t d e n s i t y a n d the c u b e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e I t c o nc l ud e d tha t t h e mo s t s u i t a b l e ti me f o r t wi c e v i b r a ti o n i n t e r v a l wa s 6 0-9 0 mi n u t e s r e l a t i v e t o on c e v i b r a ti o n At the s ana e ti me， i t c o u l d a c hi e v e g o o d c o n c r e m a p pa r e n t d e n s i t y The c o n c r e c o mp r e s s i v e s tre n g th wh i c h i s d e s i gn e d C3 0 an d v i b r a t e d i n t e r v a l 8 0 mi n ut e s c a n b e u p t o 3 9 2 3 IV I P a I t h a s mor e than c o n c r e c o mp r e s s i v e s t r e n g th o f C3 5 K e y wo r d s： t wi c e v i b r a ti n g： c 0 n c e t e ： c o mp r e s s i v e s tr e n g t h ； w i n t e r c o n s t r u c ti o n 0 引言 冬季施工是按照 J G J T l 0 4 2 0 l 1 建筑工程混凝土冬 期施工规程 要求， 当工地昼夜平均气温( 最高和最低的平 均值或当地时间6 、 1 4 、 2 1时室外气温的平均值) 连续 3 d 低于 5或最低气 温低于 一 3时 ， 必须采 取冬季施工方 案进行施工 。 所谓混凝土二次振捣 ， 就是在混凝土浇筑后 的适 当时 问， 虽然混凝土的坍落度已经消失， 但 昆 凝土仍处于塑性 状态 ， 这一时段 重新 对混凝土进行 振捣的施工方法 ， 称 之 为二次法施工， 在施工过程o o 3 Z ： 之为二次振捣 。 靖会工程地处西北 内陆 ， 地形南部 多高大 山梁 ， 相对 海拔较高 ， 北部为低缓川塬 ， 相对海拔较低 。 夏季暖湿空气 北上困难 ， 冬季干冷空气南下长驱直入 。 据会 宁县 水文气 象资料统计表明 ， 自 1 9 5 8至 2 0 0 8年 的 5 0年 间， 极端最低 温度为 一 2 7， 出现在 1 9 8 3年 l 2月2 3日， 极端最高温度 为 3 9 6 o C。 近 年来 ， 靖会 电灌 工程 为减小输 水损失 、 提高 灌溉水 的利用率 ， 每年进行 配套工 程 的改造与 翻新 ， 为 了 不影 响区域农 田灌溉要求 ， 工程于 区域农 田冬灌结束后进 行泵房的改建和扩建工作。 因此， 混凝土工程的实施涉及 到冬季施工的问题。 在靖会工程 3 泵站 的改建 过程 中 ， 为保障工程质量 ， 项 目在严格执行冬季施工方案的前提下 ， 将混凝土 的强度 等级由原来的 C 3 0提高至 C 3 5 ， 此举措在工程 中无形 中增 加 了工程 的投资成本 ， 为此 ， 本研究基于降低工程造 价 的 目的 ， 提 出冬季施 工中采取二次振捣 的施工 工艺 ， 检验在 不提高混凝土强度等级的条件下， 混凝土的质量能得到有 效地保 障。 1 材料与 方法 1 1 试验材料 为模拟靖会工程改扩建工程 的实际 ， 本研究采用 与工 程所用材料一致的方法进行试验研究。 所采用 的细骨料为 符合 J G J 5 2 2 0 l 0 普通混凝凝土用砂、 石质量及检验方 法标准 的河砂 ， 细度模数为 2 7 ， 含泥量为 2 0 ( 标准法 检测) ； 粗骨料为符合 J G J 5 2 2 O 1 0 普通混凝凝土用砂、 收稿 日 期 ： 2 0 1 5 0 3 0 6 基 金项 目： 河西学院第五批大学生科技立项项 目； 甘肃省高等学校科研项 目( 2 0 1 3 B一 8 2 ) ； 甘肃省科技攻关项 目( J K 2 0 1 50 3 ) 1 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 质 量 及 检 验 方 法 标 准 的 卵 石 ， 公 称 最 大 粒 径 为 2 0 0 I T I iT I ， 含泥量为 1 6 ， 其 他指标满 足 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 混凝 土设计 规范 要求 ； 水泥采用普通硅酸盐水泥 ， 水 泥 强度等级为 4 2 5 R； 外加剂选用水溶性树 脂磺 酸盐类 的氨 基磺酸盐高效减水剂 ， 以及 A F A混凝土早强防冻 剂 ， 无掺 合料掺入。 试验所采用的配合比为经试配得到满足混凝土和易性 和强度要求的试验室配合比， 配合 比( 质量 、 体积比) 见表 1 。 表 1 单位体积混凝土配合比设计 1 2 试验方法及数据采集 本试验在试验室 内进 行 ， 配制设计强度 等级为 C 3 0 ， 1 5 0 mil l 1 5 0 1 T I I T I 1 5 0 mm 的混凝 土标准试件 4 2组。 其 中6组为对照 ， 采用 一次振捣 ( 为区别“ 二次振 捣” ， 文 中 将没有采用二次振捣工艺的混凝土称 之为“ 一次振捣 ” ) ， 分别记为 C 3 、 C 7 、 C 2 8 ( “ c 3 、 C 7 、 C 2 8 ” 分别表示养护龄期 为3 、 7 、 2 8 d的对照) ； 其余3 6组为处理， 分别间隔一定时 间( 单位“ rai n ” ) 采用 Z H D G一 8 0型混凝土磁力振动 台 进行试件的二次振捣 ， 分别标记 为 T 3 3 0 、 T 3 6 O 、 T 3 8 0、 T39 0、 T31 2 0、 T 31 3 5、 T7 3 0、 T 7 6 0、 T78 0、 T 79 0、 T 71 2 0、 T71 3 5、 T2 83 0、 T2 86 0、 T 2 88 0、 T 2 8 9 0 、 T 2 8 1 2 0 、 T 2 8 1 3 5 ( “ T 3 3 0 ” 表示养护龄期为 3 d ， 一次振捣完成后间隔 3 0 ra i n 进行二次振捣的处理 ， 其 余意义相同) 。 所有试件振捣完成后表面覆膜， 放置在温 度为 8的条件下养护( 模拟靖会工程冬季施工 的平均养 护温度约 8) ， 2 4 h后拆模放入 Y H一 9 0 B混凝土标准养 护箱 养护 ， 养护 温度设 定为 8 o c， 养护 3 、 7 、 2 8 d后采 用 WE W 一 1 0 0 0 B微机屏显液压万能试验机测定立方体试件 抗压强度 。 2 数据分析 2 1 混凝土试件表观 密度 将成型的 昆 凝土标准试件经养护 3 、 7 、 2 8 d后 ， 分别测 定试件的质量 ， 计算混凝土的表观密度 ， 取平均值 ， 得到对 照与处理表观密度变化趋势 ， 如图 1 所示。 昌 邑 蚓 1 诖 鲢 稚 露 图 1 不同处理不同龄期混凝土表观密度变化趋势 由图 1可见 ， 混 凝土 的表 观密 度除 与养护 龄期有关 外， 还受到二次振捣时间的影响。 分析表观密度与龄期的 关系： 随着龄期的增长 ， 表观密度逐渐减小 ， 这种减小趋势 在对照 中表 现 的尤 为明显 ， 减小值 为 6 7 6 7 k g m。 ； 处 理 中， 除 T一 1 3 5表观密度随养护龄期的增长而减小 明显外 ， 其余处理变化较为稳定 ， 变化范 围在 l 6 6 7 3 2 0 3 3 k g m。 ， l 52 最小值 出现在 T一 8 0 。 分析表观密度 与二次振捣时间的关系 ： 混凝土试件养 护 3 d后 ， 对照的表观密度为 2 5 3 8 0 0 k g m ， 略大 于所有 处理的表观密度 ； 就处 理而言 ， T 3 3 0的表观密度最小 ， T 3 6 0、 T 3 8 0、 1 3 9 0、 T 31 2 0 、 T 31 3 5的混凝土表观 密值相近 ， 基本上呈一直线 。 由此表明 ， 振捣工艺与振捣 时 间对 3 d混凝 土的表观密度影响甚小 。 分析其原 因 ， 主要 是 因为在较低 的养护温度下 ， 水泥水化反 应较慢 ， 水 泥水 化产生的水化热较少 ， 混凝 土表 面及 内部 的水 分蒸发 散失较少 ， 因此 ， 处理与对 照 3 d所得到 的混凝 土表观 密 度平均值基本相 同。 另外 ， 养护 3 d 混凝 土试 件被破 坏后 试件 内部较潮湿的现象也证 明了这一推断。 混凝土试件养护2 8 d后， 由图 1可见， 混凝土的表观 密度在 T 2 8 8 0处形成一峰值， 其值为2 4 6 7 6 7 k g m ， 对 不同处理与对照的表观密度值进行曲线拟合 ， 得到一二次 函数变化曲线， 拟合曲线相关系数为 R = 0 9 4 3 9 ， 表观密 度与二次振捣时间符合抛物线的变化趋势， 其最大值出现 在 T 2 8 8 0处 ， 说明混凝土拌合物一次振捣完成后在 间隔 8 0 m i n 进行二次振捣可以获得较大的表观密 度 ， T 2 8 6 0 、 T 2 8 9 0略低于该值。 分析其原 因， 是因为经一次振捣后 ， 混凝土 内部仍存在一定 的气泡和大量 的水膜 、 水泡 ， 在问 隔 6 0 9 0 m i n 对混凝土拌合物采用二次振捣工艺 ， 沉积于 混凝土 内粗骨料下部 的水分再次均匀分布于混凝土 内部 ， 且随着水泥水化 的进行 ， 混凝 土内部水分相对减 少 ， 存在 于混凝土拌合物 内部的气泡溢 出， 减少了混凝 土内部多余 自由水和孔隙的体积 ， 在混凝土试件体积不变的情况下， 提高了混凝土拌合物的表观密度。 经 7 d的养护， 混凝土 内部大量的水分随养护龄期 的增长逐渐散失 ， 混凝土表观 密度平均值较 3 d养护龄期 略有 下降。 随着龄期 的增长 ， 直至2 8 d水泥水化反应渐趋减缓 ， 混凝土 内部多余的水分 基本散 失 殆尽 ， 混 凝 土 表观 密 度 主 要 取决 于 内部 孔 隙 率 。 此外 ， 从观察混凝土养护 2 8 d被破坏后试件 内部 的 情况 ， 可 以发现对于对照 ， 试件破坏后内部存在较多 、 较大 的孔 隙， 而大部分处理如 T 2 8 6 0 、 T 2 8 8 0 、 T 2 8 9 0试件 破坏后 ， 内部 孔隙较少 、 较小。 而 T 2 81 2 0 、 T 2 81 3 5的 混凝土表观密度小于 T 2 8 6 0 、 T 2 8 8 0 、 T 2 8 9 0 ， 主要是 因为一次振捣完后会 ， 间隔 1 2 0 m i n ， 混凝土拌合物 已失去 一 部分塑形 ， 即使采用二次 振捣工艺 ， 混凝土拌合 物 内部 的水分很难得到再次的均匀分布 ， 同时 内部的气泡也不易 溢出或溢出较少 。 因此 ， 可 以认为二次振捣 直接影响 了混 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 凝土内部孑 L 隙率， 进而间接影响了 昆 凝土的表观密度， 故 二次振捣时问相对于一次振捣 的时间间隔不宜太小 ， 也不 宜过大 ， 6 0 9 0 rai n为宜。 2 2 混凝土试件 立方体抗压强度 将成型的混凝土试件经养护 3 、 7 、 2 8 d后 ， 分别测定混 凝土的立方体抗压强度值， 求取平均值， 结果如图2 所示。 趋 骥 蛏 l 图 2 不同处理不同龄期混凝土立方体抗压强度趋势图 在设定的养 护条件 下 ， 养 护龄期 为 3 d时 ， 对 照的混 凝土立方体抗压强度为 2 2 2 9 MP a ， 达到设计强 度等级值 7 4 3 ， T 3 5 0混凝土立方体抗压强度为 2 8 3 3 MP a ， 达到 设计强度等级的 9 4 4 ， 相 对于一次振捣 ， 间隔 6 0 m i n进 行二次振捣 ， 混凝土试件的抗压强度提高 了2 0 1 。 养护龄期为 2 8 d时 ， 对照抗 压强度为 3 5 7 5 MP a ， 达 到设计强度的 1 1 9 1 7 ， 满足设计要求 ， T 2 8 8 0的抗压强 度为 3 9 2 3 MP a ， 达 到设计强度 的 1 3 0 7 7 ， 为所有处理 中 的最大值 ， 且从 3 d 到 2 8 d ， T一 8 0的抗压强度增长较为迅 速 ， 增长速率为 5 6 8 。 在一次振捣完成后 ， 间隔 8 0 m i n内 进行二次振捣， 混凝土立方体抗压强度呈上升趋势， 而间 隔 9 0 ra i n后进行二次振 捣 ， 混凝土立方体抗 压强度则呈 下降趋势。 说明在一次振捣 完成后 ， 间隔 6 0 - 9 0 r a i n进行 二次振捣可以在较短 的时间 内获得较高 的混凝 土抗压强 度， 最佳时问为间隔 8 0 mi n ， 其值均超过 C 3 5的混凝土强 度等级。 分析其原 因， 主要是 因为： 通过二次振捣 ， 混凝 土拌 合物内部的水膜、 水泡被打破， 水分在振捣作用下重新均 匀分 布 ， 使得水泥水化速度加快 ， 同时在振捣 过程 中 ， 掺入混凝 土内部的气泡破灭或溢 出， 提高 了混凝土 内部的 密实度 ， 水化产物呈短纤维棒状 的 c s H凝胶 ， 不 断填 充 水泥石 网状结构及原来 由水 占据 的空间 ， 使之不 断致 密 ， 渗透率降低 ， 强度增加。 间隔 9 0 mi n后 进行二次振 捣 ， 混 凝土抗压强度明显低于对照的抗压强度 ， 主要是 因为间隔 时间过长， 混凝土拌合物中水泥浆体已开始失去流动性和 部分塑形 ， 故二次振捣不但不能达到使混凝土 内部水分重 新分 布、 气泡破灭或溢 出的 目的 ， 反而造成 c S H凝 胶网 之间联 系的脱开或断裂 ， 延迟 了短纤维棒状的 c s - H凝胶 的胶结时间， 破坏了 c s H凝胶的整体性 ， 造成混凝土强 度较对照明显降低。 3 结 i 4 - 在混凝土冬季施工 中， 采用二次振捣工 艺相对 于一次 振捣可以得 出如下结论 ： ( 1 ) 混凝土的表观密度 与其养 护龄期 有关 ， 随着龄期 的增长 ， 表观密度逐 渐减 小 ， 不进行二次振捣 的试 件 中这 种减小趋势尤为明显 。 混凝土的表观密度还与混凝土 的振 捣工艺及振捣时问有关 ， 二次振捣直接影响了混凝土 内部 孔 隙率 ， 进而 间接影 响了混凝 土的表观密度 ， 但二 次振 捣 时间不宜过早 ， 也不宜过迟 ， 相对于一次振捣 ， 在间隔 6 0 9 0 r a i n进行二次振捣最为适宜 。 ( 2 ) 混凝土的抗压强度除与养护龄期等因素有关外， 还 与混 凝土 的振 捣工 艺有 关 ， 在 一次 振捣完 成 后 ， 间隔 8 0 m i n 内进行二次振捣 ， 混凝 土立方体抗压 强度呈 上升趋 势 ， 而间隔 9 0 m i n后进行二次振捣 ， 混凝土立方体 抗压强 度则呈下降趋势。 即在一次振捣完成后， 间隔 6 0 9 0 m i n 进行二次振捣可以在较短 的时间内获得较高的混凝土抗 压强度 ， 二次振捣 最佳 间隔时间为 8 0 m i n 。 在 6 0 9 0 m i n 范围内， 采用二次振捣工艺相比采用一次振捣工艺， 可有 效提高混凝土的抗压强度 ， 可提高 4 9 1 2 6 ， 其 值均超 过 C 3 5的混凝土强度等级 。 综合 以上结果得 出， 在 混凝 土冬季施 工 中， 采用强度 等级 为 4 2 5 R 的普通 硅酸 盐水 泥所 配制 的设 计强 度 为 C 3 0混凝土 ， 在养护龄期为2 8 d时 ， 其抗压强度超过了 C 3 5 的混凝土强 度等级 ， 有效保证 了冬季 施工 时混凝 土 的质 量 。 因此 ， 在冬季施工中采取二次振捣工艺 ， 不需要提高混 凝土强度等级 ， 既节约 了工程成本 ， 又保证 了混凝土 的质 量要求和工期要求 ， 对必须进行冬季施工 的混凝土工程具 有重要意义 。 参考文献： 1 建筑工程混凝土冬期施工规程： J G J T 1 0 4 - - 2 0 1 1 s 中国建 筑工业出版社 - 2 3程建民， 孔明林 混凝土二次振捣可防止收缩裂缝E J 3 混凝土， 2 0 0 5 ( 5 ) ： 8 1 8 3 3 柯国军， 严兵 土木工程材料r M 北京： 北京大学出版社， 2 0 1 2 ( 2 ) 4 李果， 戴靠山 冈 筋混凝土耐久性试验方法研究 J 淮海工学 院学报 ， 2 0 0 9 ， 1 1 ( 3 ) ： 5 6 5 9 5 刘永胜， 赵碧华 钢纤维混凝土二次合成法施工的探讨 J 混 凝土 ， 2 0 0 7 ( 9 ) ： 1 0 5 1 0 6 6 程建萍， 梁谦 泵送大体积混凝土塑性裂缝分析及控制措施E J 甘 肃农业大学学报， 2 0 1 3 ， 1 0 ( 5 ) ： 1 5 7 1 6 0 E 7 3赵霄龙， 巴恒静 高性能混凝土耐久性试验方法的研究 J 混 凝土， 2 0 0 0 ( 8 ) ： 4 3 4 4 第一作者： 梁谦( 1 9 8 2一) ， 男， 硕士研究生， 讲师 ， 工程师 ， 主要从 事水利工程施工、 管理及土木工程材料的教学研究工 作。 联系地址： 甘肃省张掖市甘州区北环路8 4 6 号 河西学院( 7 3 4 0 0 0 ) 联 系 电话 ： 1 8 1 9 3 6 7 0 9 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m