全计算法在C60泵送高性能混凝土试验研究中的应用.pdf

2 0 1 2年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0 NC RE T E AND C EME NT P R0DUC 2 01 2 No 9 S e p t e mb e r 全计算法在 C 6 0泵送 高性能混凝土 试验研究中的应用 龚燕华 ， 沈有忠 ， 马 明惠 1 ,2 ， 马 安 。 ( 1 南通建工集团股份有限公司， 2 2 6 0 0 6 ； 2 南通市建筑科学研究院有限公司， 2 2 6 0 0 2 ； 3 南通市建设混凝土有限公司， 2 2 6 0 0 8 ) 摘要 ： 采用全计算法进行 了高性能混凝土配合比设 计， 在试验过程 中分析 了掺 合料的作用机理 ， 通过试验优 化 了配合 比， 配制 出了C6 0泵送 高性能混凝土， 并成功将其应用于南通 某高层结构的混凝土工程 中。 关键词 ： C 6 0高性 能混凝土 ； 泵送； 全计算法 Ab s t r a c t ：T h e o v e r a l l c a l c u l a t i o n me t h o d i s u s e d t o d e s i g n t h e mi x r a t i o o f t h e h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e a n d t h e f u n c t i o n me c h a n i s m o f a d mi x t u r e s i s a n a l y z e d d u r i n g t h e t e s t p r o c e s s T h e mi x r a t i o i s o p t i mi z e d b y t h e e x p e r i me n t a l r e s e a r c h a n d C 6 0 p u m p i n g h i g h p e rf o r m a n c e c o n c r e t e i s p r e p a r e d A n d i t i s s u c c e s s f u l l y u s e d i n t h e c o n c r e t e p r o j e c t o f a h i g h - ris i n g b u i l d i n g i n Na n t o n g Ke y wo r d s ： C6 0 h i g h p e rf o r ma n c e c o n c r e t e ； P u mp i n g ； Ov e r a l l c a l c u l a t i o n me t h o d 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 O 0 0 4 6 3 7 ( 2 O 1 2 ) O 9 1 8 0 4 0前 言 高 性 能 混 凝 土( Hi g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e ， H P C) 作为一种新型高技术混凝土 ， 是在大幅度提高 普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制 作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标 ， 针 对不 同用途要求 ， 满足耐久性 、 工作性 、 适用性 、 强 度 、 体积稳定性和经济性等性 ” 。长期 以来 ， 很多 研究人员大多根据 J G J 5 5 -2 0 0 0 ( 普通混凝土配合 比设计规程 进行配合 比设计 ， 基本都是 以经验为 基础的半定量 的设计方法 ， 以强度为主要指标 。而 高性能混凝土配合 比设计与普通混凝土不 同， 除 了 满足高强度的要求外 ， 更注重高耐久性和高工作性 能。目前，世界上还没有统一 的高性能配合比设计 方法 ， 现有的方法是建立在经验及试验的基础上发 展起来的定性的配合比设计方法 2 1 。本文以陈建奎 教 授提 出的 “ 全 计 算 法 ” l引 为 基 础 ， 介 绍 了 C 6 0泵 送 高性 能混凝土 的配合 比设计 及其在具体实 际工程 中 的应 用 。 1 原材料 水 泥 ： 选用安徽产 P 0 5 2 5级水泥 ， 其物理性 能见 表 1 。 粉煤灰 ： 南通产 I 级灰 ， 烧失量 1 ， 需 水量 比 表 1 水 泥物理性能 98 。 磨细矿粉 ： $ 9 5 ，比表面积 4 2 0 mZ k g ， 7 d活性指 数 9 3 ， 2 8 d活性指数 1 0 3 。 粗骨料 ： 安徽省产 5 - 2 5 m m连续级配碎石 ， 含泥 量为 0 2 ，针片状颗粒含量为 5 ，压碎值指标为 基金项 目： 南通市市级科技计划项 目( C P 2 2 0 l 1 0 o 5 ) 。 一 l 8 5 8 。 细骨料 ：赣江砂 ，细度模数为 2 7 ，含泥量为 0 3 。 外加剂 ： 江苏产 J M P C A( I ) 型减水剂。 2配合 比设 计及性 能测 试 2 1 确定初算配合 比 龚燕华 ， 沈有忠 ， 马明惠， 等全计算法在 C 6 0泵送高性能混凝土试验研究 中的应用 2 1 1 计算混凝土的配制强度 表2 胶凝材料的组成 k g m =f o +1 6 45 o - =6 0+1 6 45 6 =6 9 8 7MPa 。 2 1 2 计算 水胶 比 在试验过程 中， 余系数 取 1 1 。 一 W 一 c B A =3 3 9 1 L。 从水泥强度 的稳定性 出发 ， 富 2 1 5 计算砂率 和粗细骨料用量 = ( 4 4 0 3 3 9 +1 7 1 ) 2 6 5 ：苎 2 1 3 确定 用水量 1 + 一 Q = ! + = 1 71 k g m + 0 0 7 式中， ， e 一 浆体体积 ， + 其 中， 、 、 、 分别为水 、 水泥 、 细集料 、 空 气 的体积。 根据美国 Me h t a和 A i t c i n教授 的观点 4 1 ， 要使 H P C同时达到最佳的施工和易性和强度性能， 其水 泥浆与骨料 的体积 比应 为 3 5 ： 6 5 ， 故对 H P C ， 可取 Ve =3 5 0 L， l 5L。 2 1 4 胶凝 材 料 的组 成 根据 Me h t a和 A i t c i n教授 的假设41 ， 在 H P C中 水泥与细集料 ( 如粉煤灰或矿渣粉 ) 的体积 比为 7 5 ： 2 5 ， 即 V ： V f = 7 5 ： 2 5 。本次试配使用粉煤灰和矿渣粉 以体积 比分别代替 1 0 和 1 5 同体积的水泥。采用 的水泥密度为 3 1 5 g c m ，粉煤灰密度为 2 5 1 g c m ， 矿 粉密 度为 2 8 g c m 。 。 胶凝 材 料 总 量 C = 1 7 1 0 3 7 = 4 6 2 k g m 。 ， 同时 根 据各材料的密度与体积， 计算得每 I T I 。 混凝土中胶凝 材料的组成见表 2 。 每 i n 中， 浆体体积 ： = 手 十 ；+ ：3 46 3 1 5 +4 6 2 51 + 7 0 2 8 +1 71 +】 5 ( 4 4 0 3 3 9 + 1 7 1 ) 2 6 5 + ( 1 0 0 0 4 4 O 一1 7 1 ) 2 7 0 =4 0 7 式 中， 一 千砂浆体积 ， + ， 取 4 4 0 L ； 一 水泥的体积用量 ， L ； 一 细集料的体积用量 ， L ； 一 空气的体积用量 ， L； 一 砂的体积用量， L ； 一 用水 量 ， L； p s 一 砂 的密度 ， k g m ； 一 石的密度 ， k g m。 。 砂用 量 ： S= ( 1 0 0 0 - ) =( 1 0 0 0 - 3 3 9 ) x 2 6 5 x 4 0 7 =7 1 3 k g m 。 石子 用量 ： G = ( 1 0 0 0 - ) = ( 1 0 0 O 一 4 4 O 一 1 7 1 ) 2 7 0 =1 0 5 0 k g m。 。 外加剂用量 ： 按照推荐用量 1 3 ， 取 6 k g m 。 2 1 6 初算配合比的确定 考虑在试配过程 中高效减水剂 的掺入 ， 调整用 水量 埘1 = 1 7 l ( 1 2 O ) = 1 3 6 8 k g m 3 , 取 1 3 5 k g m 3 o 其余 材料基本不变 ， 按以上计算所得 的混凝土初算配合 比见表 3 。 2 2 确定混凝土基准配合 比 2 2 1 配合 比的调整 对于初算配合 比设计的混凝土 ， 对拌合物性能 和力学性能进行 了测试 ， 考虑 C 6 0高性能泵送混凝 土的粘度较大 ， 只靠坍落度指标难 以准确控制可泵 性 ， 增加 了扩展度 、 流空时 间等指标 ， 具体检测结果 见表 4 。 表 3 混凝土初算配合 比 k g m。 一 l 9一 2 0 1 2年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 7期 由表 4可知， 混凝土的抗压强度远高于配制强 度 ， 但坍落度低于设计值( 2 0 0 2 0 ) m m， 故对其进行 调整 ， 适当减少水泥用量 ， 提高掺合料比例 ， 设计了 9组配合 比， 详见表 5 。 2 2 2 性能 测试 分别对设计 的 9组混凝土拌 合物进行 工作性 能和力学性能测试 ， 具体结果如图 1 所示。 2 2 - 3 确定基准配合比 表 5混凝土配合 比设 计 k g m 注 ： 混 凝 土 密 度 控 制 在 2 3 5 0 k g m 。 通过分析混凝土拌合物 的坍落度( 坍落度损 失) 、 扩展度 、 流空时间、 各龄期抗压强度等数据 ， 并 结合 以往在混凝土配合 比中的实践经验 ， 通过多次 重复试验 ，最终确定选用 5 #设计配合 比作为试验 最优配合比。 3试验 结果 分析 ( 1 ) 由图 1可知 ， 随着粉煤灰 、 矿渣粉等掺合料 掺加 比例 的增大，混凝土拌合物的坍落度增加 ， 同 时 ， 坍落度损失有所改善。这是 因为在高效减水剂 的作用下 ， 磨细矿物掺合料可对拌合物发挥微填充 效应 、 分散效应 、 形貌效应 、 置换效应等减 塑效应 ， 掺入磨 细粉煤灰与磨细矿渣可改善拌合物 的流动 性 嘲 。 ( 2 ) 由图 1同样发 现 ， 随着矿渣粉等掺合料 的 加入 ， 混凝土的后期强度呈上升趋势。这说明矿渣 粉有较好 的“ 潜在活性” ， 水泥中的石膏和水泥水化 生成氢氧化钙能激发矿渣粉的“ 潜在活性” 。矿渣粉 和氢氧化钙发生二次反应 ，生成更多 的 C S H凝 胶 ， 因此 ， 矿渣粉对混凝土的后 期强度有着较好 的 增强作用6 1 。 ( 3 ) 水胶 比是影 响混凝土强度 的主要 因素 ， 降 一 2 0一 低水胶 比可以提高混凝土强度和耐久性 ， 但水胶 比 过低将造成水泥用量的增加 ，水泥水化热提高 ， 同 时混凝土工作性较差 ， 难 以达到施工要求 。有学者 认为水胶 比在 0 - 3时较佳7 1 ， 因为水泥完全水化需要 的水灰 比在 0 2 2 7 ， 多余 的水不参加水化反应 ， 一部 分水 自由蒸发形成孔隙 ，另一部分水为游离状态 ， 在硬化的混凝土内形成 的贯通毛细孔 中存在 ， 会影 响水泥石与骨料的粘结力 ， 降低混凝土强度和耐久 性。本次试配的混凝土水胶 比为 O 2 9 ， 整个泵送施 工过 程顺利 。 4工 程实 际应 用 南 通 大 饭 店 扩 建 工 程 主 楼 5 2层 ，总 高 度 1 8 1 7 m， 其 中 2 1 层 以下柱 、 剪力墙为 C 6 0高性 能混 凝 土 ， 现场 浇注 混凝 土总量 l O 0 0 0 m 。 ， 按本 文试 验 5 # 配合 比进行试配 ， 留置抗压强度试件 8 0组 ， 按照数 理统计进行评定 ，平均强度为 6 9 MP a ，均方差为 2 5 MP a ， 最小值 6 2 5 MP a ， 强度评定合格。现场混凝 土表面光滑 ， 无蜂窝麻面 ， 整个泵送施工过程顺利 ， 未出现堵管现象 。 5结语 ( 1 ) 通过试验研究 ， 全计算法在 C 6 0泵送高性 龚燕华 ， 沈有忠 ， 马明惠， 等全计算法在 C 6 0泵送高性能混凝土试验研究中的应用 2 5 0 2 0 0 目 1 5 0 艇 蜜1 o o 5 0 0 3 0 厘 曹 2 0 1 0 0 1 # 2 # 3 # 4 # 5 #6 7 # 8 # 9 样 编号 ( a ) 混凝土坍落度 6 0 0 5 0 0 目 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 o o 0 8 O 砖 7 0 藿 ： o 醴 墨 o 4 0 3 0 初始 1 样2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 7 # 8 # 9 样 编号 ( b ) 混凝土扩展度 1 # 2 # 3 #4 # 5 #6 # 7 # 8 # 9 #0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 编号 龄期， d ( c ) 混凝土流空时间 ( d ) 昆 凝土抗压强度 图 1 混凝土拌合物性能与抗压强度检测结果 能混 凝 土 中得 到 了很 好 的应 用 ， 同时结 合 各 项性 能 指标测试进行试配优化 ， 能配制 出各项性能较好的 混凝 土 。 ( 2 ) 通过试验分析及文献显示 ， 结合实际经验 ， 建议水胶比控制在 0 3 0左右。 ( 3 ) 在 C 6 0泵 送 高 性 能 混 凝 土 中掺 人 粉 煤 灰 、 矿渣粉等矿物掺合料 ， 不仅可 以改善混凝土的工作 性 ， 还可提高混凝 土的后期强度 ， 并且可大大降低 工 程成 本 。 参 考 文献 ： 【 1 冯乃谦 高性能 混凝土技 术 M 】 北 京 ：原子能 出版社 ， 2 00 0 2 李文鹏 ， 段新虹 ， 李连喜 高性 能混凝土在水利项 目中的应 用与研究 J 1 中国农村水利水电 ， 2 0 1 0 ( 1 0 ) ： 9 5 - 9 7 6 0 3 陈建奎 ， 王栋 民 高性能混凝 土( H P C ) 配合 比设计新法一 全计算法 J J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 0 ， 2 8 ( 2 ) ： 1 9 4 1 9 8 4 冯乃谦 高性 能混凝 土 M 北京 ： 中国建筑工 业 出版 社 ， 2 00 0 5 】 雷衍波 ，危加 阳 以鲍罗米理 论设计 C 6 0泵送混凝 土 J 1 中国农村水利水 电 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 1 3 0 1 3 3 【 6 】 赵顺 湖 ， 包先诚 ， 杨新社， 等 矿渣粉对混凝土 的性 能及 耐 久 性影 响试验研究f J 】 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 1 o ) ： 7 3 7 5 7 胡爱 华 ， 吴 彦 民 ， 曲兰 琴 C 6 0高性 能泵送 混凝 土配制 与 施工 J 低温建筑技术 ， 2 0 0 5 ， 1 0 6 ( 4 ) ： 7 2 - 8 4 收 稿 日期 ： 2 01 2 0 7 2 0 作者简介 ： 龚燕华 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 高级工程师。 通讯地址 ： 南通市城 闸路 1 0 6号 联 系电话 ： 0 5 1 3 8 1 5 1 2 5 2 8 E- ma i l ： n t g y h1 6 3 c o m 一 21