混凝土温升抑制抗裂技术在镇江西津湾地下停车场工程中的应用.pdf

2 0 1 5 年 第 8 期 (总 第 3 1 0期) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 0) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACT I CAL TECHNoLOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 8 0 3 8 混凝 土温 升抑制抗裂技术在镇 地 下停 车场 工程 中的应 江西津湾 用 杨毅。 ，马士良 。 王涛 ， 陈大林 ， 徐文 ( 1 同济大学 土木工程学院，上海 2 0 0 0 9 2 ； 2 镇江市城市建设投资集团有限公司， 江苏 镇江 2 1 2 0 0 0 ； 3 镇江城科新型建材有限公司， 江苏 镇江 2 1 2 1 1 4； 4 江苏苏博特新材料股份有限公司， 江苏 南京 2 1 1 1 0 3 ) 摘要： 侧墙混凝土结构温度控制是降低其温降收缩开裂风险的重要措施之一。 试验研究了粉煤灰 、 矿粉和水泥水化热调控材 料掺入对水泥水化放热进程和混凝土绝热温升历程的影响。 试验结果表明： 粉煤灰显著降低水泥水化加速期放热速率 、 放热速 率峰值和放热总量 ， 同等掺量下矿粉对这些参数影响则相对较小， 抑制温升效果较差 ， 水泥水化热调控材料显著降低水泥水化加 速期放热速率 、 放热速率峰值 ， 但不影响最终放热总量 ， 绝热温升早期温度上升速率也明显延缓。 将基于这些试验结果形成的混 凝土配合 比和配套施工措施应用于镇江西津湾地下停车场超长结构一次性浇筑过程中， 取得了良好的抗裂效果。 关键词： 温度开裂； 水化放热速率 ； 绝热温升 ； 矿物掺合料 ； 混凝土 中图分类号： T U 5 2 8 0 6 4 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 8 0 1 4 3 0 3 Ap p l i c a t i on o f t h e c on c r e t e c r a c k c on t r ol t e c h n o l o g y b a s e d o n t h e a d i a b a t i c t e mp e r a t u r e r i s e s u p p r e s s i o n i n Z h e n j i a n g X i j i n wa n u n d e r g r o u n d p a r k i n g g a r a g e YANG Yi MA S h i l i a n g ， WANG Ta o ， CHEN Da l i n ， XU We n ( 1 T o n g j i U n i v e r s i t y C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ； 2 Z h e n j i ang C i t y C o n s t r u c t i o n I n v e s t m e n t G r o u p C o ， L t d ， Z h e n j i ang 2 1 2 0 0 0， Ch i n a ；3 Z h e n j i a n g C h e n g k e Ne w Bu i l d i n g Ma t e r i a l s C o ， L t d ， Z h e n j i a n g 2 1 2 1 1 4， Ch i n a ； 4 J i a n g s u S o b u t e Ne w Ma t e ri a l s Co ， L t d ， Nanj i n g 2 1 1 1 0 3 ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： Th e t e mp e r a t u r e r i s e c o n t r ol i s o n e o f t h e me a s u r e s t o r e d u c e the s i d e wa l l c o n c r e t e s t r u c t u r e c r a c k i n g ris k An e xp e r i me n t a l r e s e a r c h wa s c a r de d o u t t o e valua t e the i n f l u e nc e s o f fly a s h， s l a g an d c e me n t h y d r a t i o n he a t c o n t r o l l i n g ma t e rial o n the c e me n t h y dra t i o n h e a t r e l e a s e p r o c e s s an d c o n c r e a d i a b a ti c t e mp e r a t ur e r i s e Th e r e s u l t s i n d i c a t e d tha t fly a s h r e d u c e d the h e a t flow， h e a t flo w p e a k v alu e an d h e a t a mo u n t o f c e me n t o b v i o u s l y， wh i l e s l a g h a d s ma l l e r i n flu e n c e s r e l a tiv e l y Th e c e me n t hy dra tio n h e a t c o n tro l l i n g ma t e ria l r e d u c e d the h e a t f l o w a n d he a t flo w pe a k v alu e o b v i o u s l y， wh i l e the i nf l u e n c e s o n t he h e a t a mo u n t we r e l e s s At the s a me t i me， the e arl y a g e c o n c r e t e a d i a b a t i c t e mpe r a t u r e ris e wa s s l o we d t o o Th e c o n c r e t e mi x p r o p o r t i on and r e l a t i ve s u p p o r t i ng c o n s t r u c t i o n me a s ure s b a s e d o n t h e s e e x p e r i me n t a l r e s u l t s h a v e b e e n s u c c e s s f u l l y a p p l i e d i n th e p r o j e c t o f Z h e n j i a n g X ij i n w a n u n d e r g r o u n d p ar kin g g ar a g e a n d g o o d a n t i c r a c k i n g e f f e c t s h a v e b e e n ob t a i n e d Ke y wor ds： t e mp e r a tur e c r a c k； h y d r a t i o n h e a t flo w ； a d i a ba t i c t e mp e r a t u r e ris e； mi n e r a l a d mi x t u r e； c o n c r e t e 1 工程 背景 镇江西津湾公 共地下停 车场 位于镇江 市西津渡古 景 区， 东到中华路 口， 西至西 津渡人 口， 北至 长江 ， 南至 长江 路 ， 总建筑面积 3 1 6 0 1 m ， 总长 5 7 1 m， 非人防进深 5 1 IT I ， 人防进深 7 1 i n ， 车库净高 4 3 in， 设双层停车位 1 4 7 2个 。 停车场上部为景观走廊 ( 为长江文化主题公园 ) ， 南侧设置 两个地下过街人行通道 与西津渡历史街 区和西津渡音乐 厅相连。 因城市建设需要 ， 该工程施工 时间从 2 0 1 3年 9月 1 9 日至 2 0 1 4年 1 月 3 1日， 工期仅 四个半月 。 基 于此 ， 由项 目 建设 单位镇江城投公司牵头 ， 召开了有设计 方 、 监理方 、 施 工方 、 混凝土公司和科研单 位共 同参与 的现场会 ， 经过 多 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 0 1 8 次反复磋商 ， 决定更改原设计底板与侧墙混凝 土结构 3 0 4 0 in 一分缝 ( 设置后浇带 ) 的施工方案 。 修改后的方案 ， 对 于 4 0 0 m l T l 厚度与 3 5 0 m m 厚度的 C 3 5 P 6 底板与侧墙混凝 土结构 ， 明确 了整体一次性浇筑 长度为 8 0 1 0 0 in， 通过 功 能性抗裂材料使用 ， 大大减少后浇带 的设 置 ， 保障工程 在 设定工期内按期完工 。 我 国著名混凝土裂缝专家王铁梦教授调查发现 ， 侧墙 混凝土开裂 的情况占开裂工程总量的 8 5 以上 ， 开裂几率 大大高于底板 ， 且裂缝通 常在拆模前 即发 生 。 根据江苏 苏博特新材料股份有 限公 司对多个厚度 在 0 4 1 2 in 的 实体结构底板、 侧墙及顶板的跟踪与监测分析结果， 实际 工程 中侧墙结构拆模前裂缝产生 的关键 原因在于快速 的 温升温降 。 因此 ， 对于该工程的一次性浇筑超长底板 、 1 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 侧墙混凝土结构 ， 控制温升 、 削弱温度 峰值是 材料角度抗 裂的关键性技术措施之一 。 试验 中采用 了江苏苏博特新 材 料股份有 限公司 H ME 一 V混凝土 ( 温控 、 防渗 ) 高效抗 裂剂从膨胀补偿 收缩和削弱温峰凇 制温降收缩角度进行 了研究 ， 本试验重点 阐述温度控制方 面的试验室研究与工 程实践应用成果。 2 原材料 与试验 实施方案 2 1 原材料 水泥 ： 镇江鹤林水泥有 限公司 P O 4 2 5级水泥 ， 标 准 稠度用水量 2 8 8 ， 比表面积 3 4 6 m k g ； 粉煤灰 ： I 级干排 粉煤灰 ， 镇 江谏壁热 电厂提供 ， 细度 7 5 ， 需水量 比 9 5 ； 矿粉 ： 南钢 $ 9 5 ， 比表面积 3 7 2 m ； 抗 裂剂 ： 江苏苏博 特 新材料股份有限公 司 H ME 一 V混 凝土 ( 温控 、 防渗 ) 高 效抗裂剂 ， 其相关功能性指标如表 1 所示 。 高效减水剂 ： 江 苏苏博特新材料股份有限公司 P C A高效减水剂， 总体性 能满足现行国标 G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 混凝土外加剂的要 求 ； 细集料 ： 天然河砂 ， 表观密度为 2 6 1 0 k g m。 ， 细度模 数 为 2 4 ； 粗集料 ： 粒 径为 5 3 1 5 m m 的连续 级配玄武岩 碎 石。 H ME 一 V在 C a O类混凝土高效膨胀剂基础上掺入 了水泥水化热调控材料 ， 为一种 淡黄色无臭多糖类 物质 ， 相对分子质量 5 0 0 - 3 0 0 0 。 其采用天然淀粉为原料 ， 经过预 处理一溶解一生物酶水解一热处理一冷却结 晶一 成品这 一 系列过程得到 。 从水化进程干预的角度 ， 该材料一方 面调控水泥水化 放热速率 ， 延长水化放热过程 ， 充分利用结 构的散热条件 ， 削弱温峰和温降过程， 降低温度开裂风险； 另一方面进一 步调控膨胀剂膨胀速率 ， 为建立有效膨胀 和预压应力的存 储赢得时间 ， 使得膨胀剂的补偿收缩能力在高性能混凝土 结构 中得以真正发挥。 如 图 1 所示 ， T A M A i r 微量热仪测试得到的水泥水化 放热 曲线表明 ， 这种水化热调控材料与传统缓凝剂相 比有 着显著不同。 缓凝剂只是延长 了水 泥水 化诱 导期 ， 推迟 了 放热峰的出现， 而对削弱放热速率和温度峰值并无明显作 用 ； 水化热调控材料则大幅度地缓解 了水泥水化集 中放热 程度， 削弱了温峰和温降过程， 从而显著降低混凝土结构 的温度开裂风险 。 表 1 H ME 一V混凝土( 温控、 防渗 ) 高效抗裂剂技术指标 项目 指标值 限制膨胀率， 碱含量 水 中 7 d 空气中 2 1 d 绝湿 中7 d 绝湿中2 8 d O O3 一0 01 0 0 O2 001 0 5 水化放热速率比 5 5 注： 水化放热速率 比为掺加 了功能材料后水泥水化加速期放 热速率与基准放热速率斜率之比。 2 2试验 实施方案 采用美 国 T A仪 器公 司产 T A M A i r 微量热仪分别试 1 44 验研究粉煤灰 、 矿粉 以及 H ME 一V对水 泥水化放热 进 程( 放热速率与放热量) 的影响， 净浆水胶比为 0 2 9 ， 粉煤 灰掺 量分 别 为 1 0 、 2 0 和 3 0 ， 矿 粉掺 量分 别 为 1 5 、 3 0 和 5 0 9 6 ， H 一 V掺量为 8 和 1 0 。 O 1 2 3 4 时 间， d 料 图 1 水泥 水化放 热 曲线 采用舟山博远科技开发有限公司产 B YA T C B型 混凝土热物理参数测定仪试验研究混凝土绝热温升过程 。 3试验结果与讨论 3 1 粉煤灰对水 泥水化放热进程 的影响 试验研究 了 1 0 、 2 0 和 3 0 不 同掺量下粉 煤灰对水 泥水化放热进程的影响 ， 试验结果如图 2所示 。 随着粉煤 灰掺量 的增加 ， 水泥 一 粉煤灰体系水化加速期放热速率斜 率、 水化放热速率峰值和水化放热总量不断降低 ， 显示出 粉煤灰在抑制水泥基材料水化温升方面具有显著 的效果 ， 是控制混凝土温升和温降收缩开裂风险的理想材料之一 。 3 2 矿粉 对水泥水化放 热进程 的影响 试验研究 了 1 0 、 2 0 和 3 0 不 同掺 量下矿粉对水泥 水化放热进程的影响 ， 试验结果如 图 3所示。 随着矿粉掺 量的增加， 水泥 一 矿粉体系水化加速期放热速率斜率、 水 化放热速率峰值和水化放热总量有所降低， 但降低幅度显 著低于同等掺量粉煤灰， 表明矿粉抑制水泥基材料水化温 升效果低于粉煤灰 。 同时 ， 大多数研究结果指 出 j ， 矿粉会 增大水泥基材料 自收缩 ， 因此在易于开裂的侧墙等结构 中 不建议添加矿粉作为矿物掺合料使用。 3 3 H ME 一V对水泥水化放 热进程 的影 响 试验研究了8 和 1 0 不 同掺量下 H ME 一 V对水泥 水化 放 热 进 程 的 影 响， 试 验 结 果 如 图 4所 示 。 随 着 H ME 一 V掺量的增加 ， 水 泥 一H ME 一V体 系水化加 速期放热速率斜率和水化放热速率峰值均显著降低 ， 低 于 3 0 掺 量 粉 煤 灰 和 5 0 掺 量 矿 粉。 与 此 同 时 ， 掺 加 了 H ME 一 V的水泥水化放热总量在 7 d的测试龄期 内与基 准相比只是略有降低， 长期测试结果表明， 最终会达到基 准 ， 显示 出水泥水化热调控材料对水泥水化进程的影响与 矿物掺合料显著不 同， 其并不改变最终水 化热 ， 改变 的只 是水化放热过程 ， 而掺合料既降低水化放热速率也降低水 化放热总量 。 水化热调控材料这一特性对于水泥基材料最 终力学性能与耐久性 能保 障是必 须的 ， 其 不具有 水化 活 性 ， 因此 ， 只有不影 响胶凝材料最终放热 总量 ， 才能保证胶 凝材料充分水化 ， 达到与基准类似的力学与耐久性能。 4 3 2 l O 一 暑 ， 一 旃 鲻蕞校 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 5 3 O 2 5 2 0 1 5 1 O 0 5 O 3 0 0 2 5 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 0 龄期， d ( a ) 1 2 3 4 5 6 7 8 龄 期 d ( b ) 图2水泥 一 粉煤灰体 系水化放热速率与放热总量 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 委 1 o o 5 0 O l 2 3 4 5 6 7 8 龄期， d ( b ) 图 3 水泥 一矿粉体 系水化放热速率与放热总量 3 0 0 25O O 1 2 3 4 5 6 7 8 龄 期 d ( b ) 图 4 水泥 一H ME 一 V体系水化放热速率与放热总量 3 4 H ME 一 V对混凝 土绝热 温升 的影响 对混凝土绝热温升的影响， 混凝土配合 比如表 2所示， 试 基于上述试验结果 ， 试验研究了是否掺加 H ME 一 V 验 结果 如 图5 所示 。 1 0 掺 量的I -I 一 V掺 入后 ， 混凝 表 2 H ME 一V对混凝土绝热温升的影响试验配合E E 2 4 6 8 1 O 龄期， d 图 5 H ME 0 一 V对混凝土绝热温升的影响 土早期温升速率明显降低， 当外界有散热条件存在时， 可 以显著延缓热量的积累过程 ， 降低结构温升 ； 绝热条件下 ， 两组混凝土最终温升相等 ， 说 明 H ME 一V不会影 响水 泥等胶凝材料 的最终放热总量 ， 这与 T A M A i r 微量热试 验结果是一致的。 4结语 基于微量热、 绝热温 升 ， 以及 混凝土 自生体积变形 等 试验结果， 该工程最终选用了 I - I 一V混凝土( 温控、 防渗 ) 高效抗裂剂作为抗裂功能材料配制补偿收缩混凝土 下转第 1 5 2页 1 45 瑚 啪 m 如 一 ， r 一 、 删蹈辎 一 、 亭一 、 褂 壤辎 * 瑚 m m 如 一 h 一 、 啷凄壤辎 一 8 每一 旃 霰辎 * 一 暑 ， 事一 幽旗餐 * 如 ： 2 5 O 索赠壤羽 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 面板荷载应力降低幅度约 6 。 荷载应力随着基体混凝土弹性模量的增加而增加。 弹 性模量 每增 加 2 0 0 0 MP a ， L H F R C和 L S F F C路面板荷载 应力分别增加约 4 和 6 。 ( b ) 温度翘曲应力变化规律 温度翘曲应力随板长的增加表现为先增加后降低。 板 长从 5 m增加 到 7 5 m， L H F R C和 L S F F C路面板温度翘 曲应力分别增加 6 0 1 和 2 7 2 。 温度翘 曲应力随着板厚的增加表现为先增加后降低 。 板厚由 2 0 c m增加到 2 2 c m时 ， L H F R C和 L S F F C路面板 温度翘曲应力分别降低 2 6 3 0 和 9 1 6 。 温度翘 曲应力 随着基体混凝土 弹性模 量 的增加 而增 加 。 弹性模量每增加 2 0 0 0 MP a ， L H F R C和 L S F F C路面板 温度翘曲应力分别增加约 0 5 和 1 0 。 ( 2 ) 在相同条件下 ， L H F R C路面板的荷载应力和温度 翘 曲应力 比 L S F F C的分别低约 2 1 和 3 5 。 ( 3 ) 编制了易于工程设计者选用的层布式钢纤维混凝 土复合路面板最小厚度表。 参考文献： F 1 L U Z H E A N Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f l a y e r e d s t e e l fi b e r a n d h y b r i d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e J J o u rnal o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ( Ma te r i a l s S c i e n c e E d i t i o n ) ， 2 0 0 8 ， 5 ： 3 0 1- 2 S O N G P S ， H WA N G S Me c h a n i c al p r o p e r t i e s o f h i g h s t r e n g t h s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i al s ， 2 0 0 4 ， 1 8 ( 9 ) ： 6 6 9 6 7 3 E 3 3李文盛， 张明中， 李成江 上下层布式钢纤维混凝土弯拉性能 试验研究 J 混凝土， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 3 4 3 6 4 卢哲安， 陈军明 层布式钢纤维混凝土路面设计研究 J 工程 力学 ， 1 9 9 9 ， 3 ( a 3 ) ： 1 5 91 6 3 5 S R I R A V I N D R A R A J A H R， T A M C T F l e x u r al s t r e n g th o f s t e e l 上接第 1 4 5页 进行超长结构 的一次性 浇筑 ， 配 合 比如 表 2中对 比组所 示。 在实际施工过程 中 ， 还综合采用 了控 制混凝土入模温 度、 覆盖毛毡保温等措施来抑制温度收缩开裂风险。 从试 验室试验和现场实体结构监测结果来看 ， 该功能型外加剂 的掺加显著降低了结构温升， 产生了有效的体积膨胀， 一 定程度上降低及补偿了结构 由温度收缩 、 自收缩等带来 的 体积变形 。 从工程现场实施效果来看 ， m怔【 一 V 混凝 土 ( 温控、 防渗) 高效抗裂剂显著减少了混凝土结构 ， 尤其是 侧墙结构裂缝 出现 的几率 ， 在设计 变更 ， 一次性浇筑 长度 大大增加的不利情况下 ， 显示 出 良好的工程应用效 果 ， 有 力保障了工程质量 ， 在规定工期内顺利完工， 得到了建设、 监理和施工单位的一致好评。 参考文献 ： 1 王铁梦 工程结构裂缝控制 M 北京： 中国建筑工业出版社， 1 5 2 fi b e r r e i n f o r c e d c o n c ret e b e a ms J I n t e rna t i o n a l J o u r n a l o f C e me n t C o mp o s i t e s and L i g h t w e i g h t C o n c ret e ， 1 9 8 4 ， 6 ( 4 ) ： 2 7 3 2 7 8 6 贺东青， 卢哲安， 任志刚 层布式混杂纤维混凝土抗冻融耐久 性的研究 J 混凝土， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 5 8 5 9 7 L A N K A R D D R， N E WE L L J K P r e p a r a ti o n o f h i g h l y r e i n f o r c e d s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c ret e c o m p o s i t e s J A C I S pec i a l P u b l i c a tio n， 1 9 8 4， 81 8 权莉， 陶文祥 混杂钢 一 聚丙烯纤维混凝土弯曲韧性试验研究r J 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 2 5 2 7 9 J T G D I4 O 2 0 l 1 ， 公路水泥混凝土路面设计规范 s 北京： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 2 1 0 C E C S 3 8 ： 2 0 0 4 ， 纤维混凝土结构技术规程 s 北京： 中国建筑 工业出版社， 2 0 0 4 1 1 T R I A N T A F I L L O U T C， A N T O N O P O U L O S C P D e s i g n o f c o n c re te fi e x u r a l m e m ber s s t r e n g t h e n e d i n s h e ar w i th F R P J J o u r n a l o f C o mp o s i t e s f o r C o n s t r u c ti o n ， 2 0 0 0 ， 4 ( 4 ) ： 1 9 8 2 0 5 1 2 C E C S 1 3 ： 8 9 ， 钢纤维混凝土试验方法I s 北京： 中国计划出版 社 ， 1 9 9 6 1 3 郭大智， 冯德成 层状弹性体系力学 M 哈尔滨： 哈尔滨工业 大学出版社 ， 2 0 0 1 ： 1 2 7 1 4 姚祖康 半刚性基层水泥混凝土路面的结构计算方法 J 华东 公路， 1 9 9 7 ， 1 0 6 ( 3 ) ： 3 8 1 5 3 B A R B OS A A F ， R I B E I R O G O A n a l y s i s o f r e i n f o r c e d c o n c re t e s t r u c t u r e s u s i n g A N S Y S n o n l i n e ar c o n c re t e m o d e l J 1 9 9 8 第一作者 ： 联系地址： 联系电话： 范小春( 1 9 7 5一) ， 男， 副教授 ， 研究方向： 新型混凝土 材料性能与应用研究。 武汉理工大学土木工程与建筑学院( 4 3 0 0 7 0 ) 1 5 97 1 41 1 0 8 4 1 9 9 7： 1 441 58 2 田倩 ， 王育江， 张守治 ， 等 基于温度场和膨胀历程双重调控的 侧墙结构防裂技术 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 4 ( 5 ) ： 2 0 2 4 3 伍朝晕， 孙柏林 温度应力对超长结构的影响 J 建筑结构， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 8 ) ： 2 8 3 0 4 缪昌文， 刘建忠， 田倩 混凝土的裂缝与控S U E J 中国工程科 学 ， 2 0 1 3 ， 1 5 ( 4 ) ： 3 0 3 5 5 蔡希高 缓凝q I ) J O N缓凝作用的化学本质 J 化学建材， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 2 ) ： 4 1 4 4 i- 6 李悦， 谈慕华， 张雄， 等 混凝土的自收缩及其研究进展r J - 建 筑材料学报 ， 2 0 0 0 ， 3 ( 3 ) ： 2 5 2 2 5 7 第一作者： 杨毅( 1 9 8 2一) ， 男 ， 硕士， 主要从事建筑材料研究。 联系地址 联系电话 江苏省镇江市丹徒区高资镇城科发展有限公司( 2 1 2 1 1 4 ) 1 8 95 2 8 0 08 8 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m