高抛免振捣混凝土研究及其工程应用.pdf

2 0 1 4 年 第 9 期 (总 第2 9 9 期 ) N u mb e r 9i n2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 9) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M I XE D CONCRETE 高抛免振捣混凝土研究及其工程应用 李书进 ，钱红萍 ，厉见芬 ， 。徐铮澄 z ( 1 常州工学院 常州市建设工程结构与材料性能研究重点实验室，江苏 常州 2 1 3 0 0 2 ； 2 常州建筑工程材料供应有限公司 ，江苏 常州 2 1 3 0 2 3 ) 摘要 ： 采用高性能减水剂和复合膨胀剂双掺技术 ， 使混凝土拌合物在获得较大流动性的同时 ， 保持了较高的稳定性和抗离析性 。 试验结果表明， P C A聚羧酸减水剂能够在较长时间内持续改善浆体的流变性能， S C C复合膨胀剂则有利于提高浆体的塑性黏度 ， 并 使得混凝土具备一定的补偿收缩性能。 所配制 C 6 0混凝土的坍落扩展度 、 T 指标和抗压强度指标均符合设计及规范要求 ， 且 1 h 坍落扩展度损失小于 1 0 ， 离析率小于 7 5 。 通过严格控制混凝土生产和施工工艺 ， 高抛免振捣混凝土在某高层建筑的钢管混凝土 中应用效果 良好。 关键词 ： 高抛；免振捣混凝土 ；配合比设计 ；工程应用 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 6 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 9 0 0 9 1 0 3 R e s e a r c h a n d e n gi n e e r i n g a pp l i c a t i o n o f h i g h d r o pp i n g n o n v i br a t i o n c o n c r e t e u S h u j i n ， Q I A NH o n g p i n g ， L I J i a n f e n ， X UZ h e n g c h e n g ( 1 C h a n g z h o uK e y L a b o f C o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n g S t r u c t u r e a n d Ma t e r i a l P r o p e r t i e s ， C h a n g z h o u I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y Ch a n g z h o u 2 1 3 0 0 2， C h i n a ； 2 Ch a n g z h o uBu i l d i n gMa t e r i a l s S u p p l yCo ， L t d ， C h a n g z h o u2 1 3 0 2 3 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： B y mi x i n g a d d i t i o n o f s u p e r p l a s t i c i z e r a n d c o mp o s i t e e x p a n s i v e a d mi x t u r e ， c o n c r e t e mi x t u r e s a c h i e v e h i g h e r mo b i l i t y， s t a b i l i t y， a n d a n t i s e g r e g ati o n a b i l i ty s i mu l t a n e o u s l y T e s t r e s u l t s s h o w t h a t ， P C A s u p e r p l a s t i c i z e r c o u l d c o n t i n u a l i mp r o v e me n t the r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f s l u r r y f o r a l o n g t i me ， S C C c o mp o u n d e x p a n s i o n a g e n t c o u l d i mp r o v e the p l a s t i c v i s c o s i ty o f s l u r r y ， and p r o v i d e c o n c r e t e wi th mi c r o e x pa ns i o n p e r f or ma nc e Th e s l u mp flo w ， T5 0 0 an d c o mp r e s s i ve s ffe n g t h o f C60 c o n c r e p r e p a r a t i o n c o mp l y wi th t h e d e s i g n a n d s p e c i fic a t i o ns a n d 1 h s l um p flo w l o s s i s l e s s t h an 1 0 t h e s e g r e g a t i o n r a t i o i s l e s s t h a n 7 5 Th r o u g h s t r i c t c o n t r o l oft h e p r od uc t i o n and c o n s t ru c t i o n t e c hn o l o gy ， hi g h d r o p p i ng n o n v i b r a t i o n c o n c r e t e a pp l i c a t i o n e ffe c t i s s o un d i n a s u pe r h i g h - r i s e b u i l d i n g o f c o n c r e t e fil l e d s t e e l tub e K e y wor d s ： h i 曲 dro p p i n g ； n o n v i b r a t i o n c o n c r e ； mi x d e s i gn ； e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n 0 引言 钢管混凝土综合了混凝土和钢材的技术优势 ， 其有效 承载能力 高 ， 可增加建筑使用空间 ， 抗震性能好 、 耐火能力 强 。 但 由于钢管内浇筑 混凝土属 于隐蔽工程 ， 对 浇筑施 工 质量有严格要求。 钢管混凝土可采用人工浇筑法、 泵送顶 升法和高位抛落法等施工技术。 人工浇筑法利用 内部振捣 器振捣密实 ， 泵送顶升法对泵送设备要求 高 ， 这两种方法 仅适用于结构形式较简单 的混凝 土工程 。 近年来 ， 随着我 国建筑技术 的进步 ， 高位抛落法 的工程应用逐 渐增多 ， 尤 其适用于高层建筑的钢管混凝土工程 1 _ 3 。 高位抛落法所用的混凝土即为高抛免振捣混凝土 ( h i g h d r o p p i n g n o n v i b r a t i o n c o n c r e t e ) ， 它具有高流动性 、 稳 定性和抗离析性 ， 利用高处下抛 的动能实现流动 自密实 。 这种混凝土具有优异 的施工性能 ， 适用于钢筋密集 、 形状特 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 3 2 8 基金项 目： 住房和城乡建设部科技计划项 目( 2 0 1 3 K 4 3 7 ) 殊 、 振捣困难 的结构 以及 工期紧 、 静音施工的工程 ， 在降低 劳动强度 、 改善施工环境的同时 ， 还能避免出现蜂窝 、 空腔 、 脱黏等缺陷。 对于高抛免振捣混凝土的配合 比设计 ， 关键是 要确保拌合物具有足够的流动f生 和抗离析 J生， 硬化后的混凝 土足够密实 ( 补偿收缩 ) ， 以保证钢管与混凝土的共 同工作 。 笔者结合某高层建筑的钢管混凝土高抛施工技术要 求 ， 采用复掺粉煤灰 和矿粉 ， 并掺入高性能减水剂 和具有 增稠及微膨胀特性的复合外加剂 ， 配制成免振捣 自密实混 凝土 ， 并通过严格控制混凝 土生产 和施工质量 ， 获得 良好 的技术经济效果 。 1 配合 比设计及 试验 方法 1 1 原材料选择 P O 5 2 5 级水泥 ， 初凝时间 1 4 6 mi n ， 终凝时间 3 1 1 mi n ， 标准稠度用水量 2 7 8 。 I 级粉煤灰， 4 5 m筛余 1 0 ， 需水 91 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 量比9 1 。 $ 9 5 级矿粉， 2 8 d 活性指数 9 8 ， 流动度 L 1 0 9 。 粒径 5 1 0 mm的瓜子片 ， 1 0 2 0 mm玄武岩碎石 ， 针片状颗 粒含量 3 5 ，表观密度 2 7 1 0 k g m3 o l I 区中砂 ，细度模数 2 6 ， 表观密度 2 6 2 0 k g m ， 含泥量 0 8 ， 泥块 含量 0 2 。 P C A聚羧酸高性能减水剂 ， 固含量 1 5 3 ， 减水率 2 6 9 。 一 种粉末状 S C C复合膨胀剂， 0 3 1 5 mm筛余 1 。 1 2配合 比设 计 为制备符合工程要求 的高抛免振捣混凝土 ， 胶凝 材料 的掺量取 5 5 0 5 7 8 k g m 以形成较大的浆骨 比， 并同时掺加 高性能减水剂 以及具有增稠及微膨胀组分 的复合外加剂 ， 以使混凝 土拌合物有 足够的抗离析性 ， 并使凝结硬化后的 混凝土具有一定 的补偿收缩能力 。 为了最大 限度地避免离 析及泌水 ， 复掺 2 0 3 0 的粉煤灰和矿粉取代部分水泥。 混凝土的坍落扩展度等级为I 级， 强度等级为 C 6 0 。 采 用绝对体积法设计混凝土配合比， 浆体体积 0 3 7 5 0 3 8 5 ， 水胶比为 0 2 9 ， 砂率为 4 9 ， S C C复合膨胀剂掺量占胶凝 材料质量 的 1 2 ， 共设计 了 3 组配合 比( 见表 1 ) 。 表 1 混凝土的试验配合比 k g m 编号 水泥 粉煤灰 矿粉 P c A S c c 河砂 5 - 一 1 0 。 水 丁 厅晔 口 Cl 33 9 9 7 4 8 7 7 6 6 8 3 2 1 6 6 6 6 5 1 6 0 C2 38 9 8 0 4 0 6 9 6 9 8 0 7 1 6 6 6 6 5 1 7 O 3 3 8 9 8 0 4 0 5 R 6 9 8 0 7 1 6 6 6 65 1 7 0 1 3 试件 制备及试验 方法 净浆流变性能试验 ： 采用 Ma r s h试验测试外加剂对浆 体流变性能的影响。 以0 3 5的水胶比拌制水泥净浆 ， 掺加 占水 泥质量 0 6 1 8 的 P C A聚羧酸减水 剂 ； 再 以减水 剂饱和掺量 的净浆( 粉煤灰 2 0 、 矿粉 1 0 ) 为基准 ， 分别 掺加 O 、 8 、 1 2 的 S C C复合膨胀剂 。 将新拌浆体注入Ma r s h 筒， 测试自由流出2 0 0 mL浆体所需时间 ( s ) ； 静置 6 0 mi n 后重新拌和 ， 再次测试所需时间 ( S ) 。 拌合物工作性试验 ： 按 照现行标准 J G J T 2 9 6 ( 高抛免 振捣混凝土应用技术规程 进行， 测试拌合物的坍落扩展 度( s F ) 、 、 含气量( ) 、 u型箱高差( a h ) 和离析率( 厂 m ) 等 技术指标。 混凝土膨胀性能试验 ： 每个配合 比成型两组试件 ， 试 件尺寸 1 0 0 m mx 1 0 0 m mx 4 0 0 mm， 将拌合物一次性装入带 测试端头的试模 ， 成型后 2 4h 脱模 ， 用 比长仪测定试件初 始长度 。 然后将一组试件置于温度 ( 2 0 _+ 2 ) 的水 中养护 ； 另一组用塑料膜密封并置于温度( 2 0 2 ) 的养护室养护 。 分别测定 3 、 7 、 1 4 、 2 8 d 龄期时的 自由膨胀率 。 2 试验 结果分析 2 1 外加剂对净浆流变性能的影响 试验所得 P C A聚羧 酸减水 剂 、 S C C复合膨胀剂掺 量 与净浆 Ma r s h时间的关系曲线见图 1 。 由图 1 ( a ) 可见 ， 在 P C A聚羧酸减水剂掺量为 0 6 1 4 范 围内， 随着掺量增加 ， 新拌浆体 的 Ma r s h时间 逐 渐减少 ； 掺量 超过 1 4 后 ， 不再变化 ， 这表 明该 减水 剂 9 2 P C A掺量 ， ( a ) P C A 聚羧 酸减水剂 S C C掺量 ， f b ) S C C 复合膨胀剂 图 1 外加剂掺量与净浆 M a r s h时间的关系 与水泥具有 良好 的相容性 ， 其饱和掺量约 为 1 4 。 同时 ， 静置 6 0 mi n 后浆体的 较新拌浆体的 均明显降低。 因 此可 以认 为 ， 随着水泥 的水化 ， 掺 P C A聚羧酸减水剂的水 泥净浆其流动度不但没有损失 ， 而且还有显著改善。 P C A 聚 羧酸减水剂的这种保坍能力归因于其梳状分子结构 ， 当吸 附到水泥颗粒表面后 ， 其长支链延伸到溶液 中而产生空间 位 阻效应 ， 阻止了水 泥颗粒 的集聚 ， 维持 了水泥浆胶体 的 分散性。 同时 ， P C A聚羧酸减水剂 的吸附率 随时 间延长而 增加同 ， 从而能够在较长时间 内持 续降低浆体 的屈服剪应 力 ， 有利于改善混凝土的流动性并降低坍落度经 时损失。 由图 1 ( b ) 可见 ， 随着 S C C复合膨胀剂掺量 的增加 ， 浆 体的Ma r s h时间有增加的趋势。 掺量为 8 和 1 2 的浆体 ， 其 T i n 较基准浆体分别提高了2 0 0 和 5 5 ， 但是 仍比 相对低 2 5 5 0 。 这是 因为 S C C复合膨胀剂中含有增 稠 组分 ， Ma r s h时间的增加在一定程度上反映 了浆 体塑性 黏 度的提高， 有助于提高混凝土拌合物的稳定性和抗离析性。 2 2 拌合物 的工作性和抗压强度 试验所得 高抛免振捣混凝土 的工作性和 2 8 d 抗压强 度见表 2 。 由表 中数据可见 ， 各组混凝土拌合物的出机坍落 扩展度均在 6 6 0 mm以上 ， T 姗指标范围在 2 8 7 5 S 之间 ， 2 8 d 抗压强度为 7 0 MP a 左右 ， 各项技术指标均满足工程 设计要求。 其中， 编号为 c 2 和 c 3的两组混凝土， 由于P C A 聚羧酸减水剂掺量偏低( 1 0 和 1 2 ) ， 导致拌合物的坍 落扩展度也偏小。 表 2 混凝土的工作性和抗压强度试验结果 扩展 含气量 u型箱高差 离析率 2 8 d 抗压 编号 A h m m l厂 m 强度 MP a 出机 1 h出机1 h “ 一 C1 6 9 0 6 4 0 2 8 l 0 0 3 4 1 5 3 5 6 95 C2 6 7 0 61 0 43 7 8 3 0 2 5 7 5 7 0-3 C3 6 6 0 5 9 5 7 5 1 0 5 2 5 2 0 5 0 7 0 1 6 5 4 3 2 1 、 垦留 苫 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 由于 P C A高性能减水剂 和 S C C复合膨胀 剂双掺技 术 的采用 ， 混凝土拌合物在获得较大坍落扩展度的同时 ， 保 持 了较强 的保坍和抗离析性能力 ， 各组混凝土 的 1 h 坍落 扩展度损失均不超过 1 0 ， 拌合物 的离析率也控制在 1 0 以内， 拌合物未出现泌水和骨料堆积现象， 混凝土拌合物 具有 良好 的免振捣 、 自流平性能。 2 3 混凝土的膨胀 变形性 能 由表 3中混凝土 自由膨胀率试验数据可见 ， 掺入 1 2 的 S C C复合膨 胀剂可使混凝土产生一 定的体积膨胀 ， 且 1 4 d龄期之前膨胀速率较快 。 2 8 d龄期 时 ， 水 中养护 时的 平均 自由膨胀率约为 4 4 x 1 0 ， 密封养护 时平均 自由膨胀 率则相对较小 ， 约 为 3 5 x 1 0 - 4 0 这是 因为人 的 S C C复合膨 胀 剂在胶 凝材料水 化时产生大 量钙矾石 ， 钙矾石 具有结 晶膨胀 和吸水肿胀 的特性 ， 在水 中养护更有 利 于膨 胀效 能 的发挥。 混凝土 的补偿 收缩性能有利于确保钢管混凝土 的浇筑 质量。 当然 ， 由于浇筑于钢管 内部 的混凝土接近处 于密封状态 ， 干燥失水 引起 的收缩对于混凝土的不利影响 较小 表 3 混凝土的自由膨胀率试验结果 3 应 用实侈 4 3 1 工程 概 况 常州某 5 7 层的超高层综合楼工程， 主楼内部为钢筋混 凝 土和劲性钢结构核心筒 ， 外围设 1 6 8 根钢管混凝土柱 。 由于梁柱结点处存在多种截 面钢梁 ， 钢管柱 内设置的加劲 肋 较多 ， 内部每隔一定间距设有加强 隔板 ， 隔板 中央 预留 下 料孔 ， 柱内使用 C 6 0 混凝土灌注 。 该工程位 于城市核心 区 ， 对施工噪音 的控制要求较高 ， 工期安排也较紧 ， 无法采 用泵送顶升法和人工浇筑法 ，故外框钢管柱高 6 m时采 用 高抛法施工技术 ， 为此需要制备符合工程施工要求 的高 抛免振捣混凝土。 3 2 高抛免振捣 混凝 土施 工及检 测 生产质量控制 ： 混凝土的坍落扩展度控制为( 6 5 0 +_ _ 5 0 ) r n m， 控制 为 2 1 0 s 。 搅 拌站按照经试验确定 的混凝土配合 比 ， 严格 控制称料精度和投料顺序 ， 适 当延长混凝土搅拌 时间， 保证混凝土搅拌均匀。 混凝土出机后即检验坍落扩 展 度 、 扩展 时间 T 含气 量 、 u型箱 高 差 ( ) 和离 析率 ( ) 等技术指标， 检验合格后再运输到工地 ， 并再次抽检混 凝土的坍落扩展度和 z ， 确保拌合物工作性能符合设计 要求。 检测次数为每 台班混凝土取样不少于两次 。 放料 浇筑施工 ： 放料前先 用 同强度 等级 的砂浆 湿润 钢 管 ， 避 免混 凝土 弹跳离 析 。 将 注满混 凝 土的料 斗 吊运 至浇 筑管 口， 混凝 土抛 落高 度控制 在 6 1 2 m。 浇筑 过程 中用测绳 测量液 面高度 ， 当液面 升至钢管柱 内肋板位 置 时暂停浇筑 ， 并停 留至少 5 mi n以使气泡充分溢 出。 在距 柱顶约 3 0 4 0 c m处停止浇筑 ， 使 得混凝土施工缝与钢管 连 接位置错 开 ， 避免钢 管焊接高温对混 凝土造成 不 良影 响。 抛落高度不足 4 m的区段， 利用 内部振捣器振密。 混 凝 土初凝后 蓄水养护 ， 并 用彩条布覆盖 ， 避免雨水 、 杂物 落人 管 内。 钢 管 内的积水 、 浮浆及杂物 清除完毕 ， 方可安 装下一 节钢管柱 。 浇筑质量检测 ： 该工程钢管混凝土高抛法浇筑完工后 ， 通过超声波检测并结合小铁锤敲击 、 钻芯取样的方法抽检 测试 ， 钢管柱 内混凝土 的密实度符合要求 ， 无裂缝 和缺陷 ， 留置的混凝土试件抗压强度达到设计要求。 4结 论 ( 1 ) P C A聚羧酸高性能减水剂的立体位阻效应可有 效 改善浆体 的流变性 能 ， 而 S C C复合膨胀剂 的增稠组 分 可增大浆体 的塑性黏度 ， 两者复合制备 的混凝土在获得 良 好填充性的同时， 保持了较好的稳定性和抗离析性。 ( 2 ) S C C复合# , 3 J H N兼 有减缩 和膨胀作用 ， 当掺量 为 1 2 时 ， 混 凝土在密封条件下能够产 生膨胀变形 ， 可补偿 混凝土的干缩和 自收缩 ， 有利于保证钢管混凝土的浇筑施 工质量。 ( 3 )免振捣混凝 土用 于钢管混凝土 的高位抛落法施 工 ， 操作工艺简单 ， 能够降低劳动强度并改善施工环境 。 通 过严格控制混凝 土的生产质量 ， 采取正确 的放料施 工方法 并辅以现场超声检测 ， 所制备 的 C 6 0 高抛免振捣混凝土在 高层建筑的钢管混凝土中应用效果 良好 。 参考文献： 1 】吴斌 高抛免振捣钢管自密实混凝土施工质量控制技术探索f J 1 福建建筑 ， 2 0 1 1 ， 1 5 7 ( 7 ) ： 6 4 6 6 2 】王东 ， 亓立刚 ， 杨明 ， 等 冈 管混凝土配合比设计与高抛法施工 技术研究 施工技术 ， 2 0 1 2 ， 4 1 ( 3 7 0 ) ： 8 2 8 4 3 】于全忠 烟台广电中心 C 6 0 高抛自密实混凝土配合比与施工技 术【 J J 施工技术 ， 2 0 0 8 ， 3 7 ( S 2 ) ： 5 - 8 【 4 】杨善顺 C 6 0高抛钢管自密实混凝土的研究及应用f J 1 混凝土与 水泥制品， 2 0 1 0 ， 1 7 3 ( 3 ) ： 1 6 1 9 【 5 程坤 高抛自密实混凝土的试配及应用 J 1 _ 天津建设科技 ， 2 0 1 2 ， ( 3 ) ： 2 8 2 9 【 6 马雪英， 彭春强， 杨欣 ， 等 高抛自密实钢管混凝土的配制与工 程应用【 J 建筑技术 ， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 2 ) ： 4 5 4 7 【 7 陆加越 ， 刘加平 ， 尚燕， 等 聚羧酸系超塑化剂对水泥净浆性能 的影响 J J 混凝土， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 6 6 6 8 作者简介 联 系地址 联 系电话 李书进( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 博士， 副教授， 研究方向： 高性能 水泥基复合材料制备及性能研究。 江苏省常州市通江南路 2 9 9 号 常州工学院土木建筑 工程学院( 2 1 3 0 0 2 ) 1 3 8 61 01 8 9 4 9 9 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m