大流动度陶粒混凝土的配制与应用.pdf

2 0 1 2 年 第 6期 (总 第 2 7 2 期) Nu mb e r 6 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M D D CONCRETE 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 2 0 6 0 3 4 大流动度陶粒混凝土的配制与应用 詹镇峰，李从波。甘伟 ( 广州大学 工程材料研究所，广东 广州 5 1 0 0 0 6 ) 摘要： 与普通混凝土相比， 陶粒混凝土具有质轻高强的特点， 应用于大跨度构件和高层建筑。 但由于陶粒密度低、 内部多孔等 自身特 点， 给配制大流动度混凝土带来易上浮、 坍落度损失等技术问题， 结合以往的试验和工程应用例子， 介绍配制大流动陶粒混凝土的技术要 点和泵送施工过程注意事项 。 关键词 ： 陶粒混凝 土；大流动度 ；配制与应用 中图分类号 ： T U5 2 8 2 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 6 一 O 1 1 4 0 3 Pr e pa r a t i o n and a ppl i c a t ion of hi gh f l ui dit y c er a ms i t e c on cr e t e ZHA N Zh e n f en g， LICo n g - b o， GAN W e i ( I n s i t i t u t e o f E n g i n e e ri n g Ma t e ri a l s ， G u a n g z h o u U n i v e r s i ty ， G u a u g z h o u 5 1 0 0 0 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： C o mp a r e wi t h n o r ma l e o n c r e m， c e r a ms i t e c o n c r e t e h a s i t s c h a r a c t e ri s t i c s o f l o we r d e n s i ty a t t h e s a me s t r e a g t h。 a n d i t b e u s e d i n t h e l a r g e s pan c o mp o n e n t s a n d h i g h - ris e b u i l d i n g Ho we v e r s o me k e y t e c h n i c a l p r o b l e ms s u c h a s c e r a ms i t e f l o a t s u p wa r d and s l u mp l o s s me t in t h e p r e pa r a t i o n p r o c e s s of c e r a ms i t e c o n c r e t e b e c a us e o fi t s l o we r d e n s i t y a n d i n e r s t r u c t u r e I n t h i s pa p e r ， the g i s t o f p r e para t i o n and c o n s t r u c t i o n c e r a mi s i t e c o nc r e t e WaS i n t r o d uc e d K e y wo r d s ： c e r a ms i t e c o n c ret e ； h i g h fl u i d i ty； p r e p a r a t i o n a p p li c a t i o n 0 引言 陶粒混凝土与相同强度等级普通混凝土相比具有结构自 重轻、 运输和吊装效率高、 减少地基荷载和改善构筑物功能等 特点， 大量应用于高层、 超高层建筑、 水工建筑及大跨度建筑中。 配制大流动度混凝土 ， 采用泵送施工是当前的主要技术， 但由 于陶粒 自身密度小 ， 表面存在微孔， 使得大流动陶粒混凝土在 配制与应用中存在诸多技术难点 ： 如陶粒密度小易上浮 ， 陶粒 昆 凝土的坍落度经时损失大、 施工过程振捣时， 陶粒易上浮， 拌 合物产生离析。 本研究结合陶粒混凝土在某工程的应用例子， 谈谈解决陶粒混凝土配制及施工的技术难题。 1 配制 大流动度 陶粒混凝 土的技术措施 现代泵送施工需要混凝土拌合物具有大流动性， 但大流动 度的拌合物往往会出现骨料与浆体分离的现象， 从而影响硬化 体的匀质性和耐久性 ， 所以混凝土拌合物的流动性和稳定性是 一 对矛盾体 ， 这一现象在陶粒混凝土中体现得更为突出， 由于 陶粒的密度低， 陶粒更容易出现上浮、 分层离析的现象 ， 因此如 何解决流动性与稳定性这一矛盾体是配制大流动度陶粒混凝 土的重要环节。 以下从流体力学原理分析拌合物中轻集料上浮 的原因、 影响因素以及提出解决的一些技术措施。 陶粒混凝土拌合物中， 以陶粒作为考察对象 ， 假设陶粒是 半径为 r 的球体， 依据假设 ， 作用在陶粒上的作用力有重力 、 黏结抵抗力和浮力。 根据流体力学原理 ， 陶粒的运动方程可以 写 为 ： 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 2 - -0 8 - 1 1 4 = 嘶6 伽 一 砷 。 ( 1 ) 砷 晰6 伽 一 砷 c L 式中： p 陶粒的颗粒密度 ， g c m ； p 。 水泥浆体的密度； r 颗粒半径， c m； 混凝土的黏性系数， P a s ； 口 颗粒的运动速度， I S 。 经整理式( 1 ) 可得出式( 2 ) ： 十 V= 。E( 卜 P ) 十 I l一 一 l 【Z J 山2 D r2 。 通过对式( 2 ) 的积分， 设定模型的初始条件为 t = 0 ， v = 0 ， 由 此可得出式 ( 3 ) ： = 2 g ( p - p o ) ( 3 ) 9 钉 j ， 设 为颗粒的最终速度 ， 当 一 时可得到 ： ： 2 r 2 g ( p -p e ) ( 4 ) 9 田 陶粒颗粒的密度一般小于水泥浆体的密度， 即p _ p 0 ， 所 以陶粒的运动速度为负值 ， 这表示陶粒的运动方向与重力作用 的方向相反， 即陶粒上浮， 陶粒向上运动的速度越大， 混凝土分 层离析程度越高。 同时， 由式( 4 1) 可见， 颗粒的运动速度 与陶 粒 r 的平方和p 。 成正比， 和混凝土的黏度成反比。 根据以上的理论分析可知 ， 陶粒上浮的主要原因是其密度 低于水泥浆体的密度 ， 同时与陶粒的粒径、 浆体的黏度等因素 有关， 所以采用以下的技术措施， 减小陶粒上浮： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 1 ) 控制陶粒的最大粒径。 从式( 4 ) 中可看出： 陶粒上浮的 速度 与粒径 的平 方成 正比 ， 粒径越大 ， 上浮的速度越大 。 因此 在 其他性能得到许可的条件下， 应尽量选用小粒径的陶粒骨料。 ( 2 ) 提高水泥浆体的黏度。 水泥浆体的黏度与水泥( 胶凝材 料 ) 的用量密切相关 ， 胶凝材料用量大 ， 浆体黏度大 ， 有利于抑 制陶粒的上浮； 显然对于配制高强度等级的混凝土 ， 由于胶凝 材料的用量大， 水泥浆体的黏度大， 拌合物分离现象容易等到 解决， 但配制低强度等级混凝土时， 可能出现水泥用量能满足 强度要求， 但拌合物中水泥浆体的黏度低， 陶粒易上浮， 在这种 情况下 ， 笔者认为可以选择以粉煤灰等掺和料取代部分水泥， 提 高胶凝材料用量， 降低水泥的用量途径， 确保水泥浆体的黏度。 ( 3 ) 选择合适的颗粒粒型。 与碎石型陶粒相比， 球形陶粒 比 表面小， 受到水泥浆体的黏滞力比较小， 更容易上浮。 所以， 配 制高流动度的混凝土采用碎石型陶粒更为合适； ( 4 ) 掺加适量的引气剂 ， 缩小水泥浆体与陶粒两者的密度 差， 有助于防止陶粒的上浮， 但基料的强度将降低。 另外掺入一 些辅助材料如纤维， 也有利于抑制陶粒的上浮。 2 大流动度 陶粒 混凝 土的配制 根据以上的理论分析， 结合具体的原材料状况， 采取如下 的技术措施配制大流动度的陶粒混凝土： 选用碎石型页岩陶 粒， 碎石型陶粒比表面积大， 受到水泥浆体的黏滞力大 ； 掺人 适量的掺合料 ， 降低水泥浆体的密度。 缩小浆体与陶粒之间的密 度差别； 选用高效减水剂， 减少用水量， 提高浆体黏度。 配制结果见表 1 和表 2 。 试验过程观察拌合物状况发现， 拌 合物匀质性良好。 表 1 大流动度陶粒混凝土配合比 3 大流动度 陶粒混凝土的应用 大流动度 陶粒混凝土应用 的对象是某 建筑物屋 顶的装饰 性结构构件 ， 属于自承重悬臂式结构， 该构件的混凝土等级原 设计为 C 3 0 ， 为了减轻构件的自重， 经过设计优化 ， 选用强度等 级为L C 3 0 ， 干密度为 ： 1 9 0 0 k g m3 的陶粒混凝土来代替普通混 凝土。 采用泵送施工， 泵送高度为 2 5 m， 水平距离为 1 5 0 1 8 0 m。 3 1 施 工用 配合 比 考虑首次生产和应用 H P L C， 有意按 比设计强度高一等级 ( 即 L C 3 5 ) 来配制 ， 混凝土的基准配合比见表 3 ， 在现场根据坍 落度的变化适当调整外加剂的掺量。 3 2 混凝土的质量控制 ( 1 ) 陶粒预湿。 由于陶粒的吸水率大 ， 尤其在压力的条件 下 ， 陶粒 的吸水率更大。 所以陶粒必须要预湿 ， 考虑到生产用 的陶粒量大 ， 所以只能把陶粒拆袋堆放， 用高压水龙头多方位 喷淋 2 d ， 停半天等陶粒表面无明显滴水即用铲车上料到筒 仓备用。 ( 2 ) 陶粒混凝土质量的控制。 现场主要控制水灰比、 用水 量、 坍落度及凝结时间： 用水量： 为减少上浮现象的出现 ， 在 满足坍落度的条件下尽量多减水 。 凝结时间： 由于室外气温 高达 3 l， 阳光爆晒， 故凝时间应适当 自延长， 可通过增加适 当的缓凝剂掺量来实现。 初凝时间：在室内的标准状态下控 制为 1 0 1 3 h ， 室外的高温状态不宜少于 5 h ， 以保证足够的施 工操作时间。 坍落度： 考虑到运输途中的坍落度损失 ， 故出厂 坍落度加大 3 0 ,- -4 0 l n n l ， 从搅拌站到工地现场跟踪对比， 最合适 的出厂坍落度为 2 2 0 2 5 0 mi l l 。 3 3混凝 土 泵送及现 场 浇筑施 工 由于在泵压的作用下， 陶粒的吸水率增大 ， 使陶粒混凝土 1 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 大流动 度陶粒混凝土拌合物性能和强度试验结果 1 7 5 2 7 0 6 5 7 5 5 0 2 0 0 8 4 6 ( 水 泥掺量 的 1 8 0 )4 0 3 变得干涩， 减少流动性， 增加泵送的困难 ， 因此 ， 应尽可能缩短 泵送的距离， 必要时可考虑采用移泵的办法。 最长管道不宜超过 2 0 0 m， 以降低堵管的风险。 在泵送前应强调用足够的水先行试泵， 充分湿润管道； 泵完 水后， 要有足够的砂浆润管。 如果没有经充分的润管， 泵送陶粒 混凝土时就容易因失水过快而堵管。 要预计泵送过程的坍落度损失 ， 2 0 0 m泵送距离大概损失 5 0 mlT l ， 人模坍落度宜 1 4 0 1 8 0 n l i n ， 现场宜配有后掺外加剂 ， 必要时掺人# t- 3 t l 剂， 确保入泵坍落度控制在 2 0 0 - 2 3 0 r t l l n 。 现场浇筑混凝土用插入式振动器施工振捣 ， 采用快插快拔 方式 ， 每振点控制在 6 s以内， 混凝土浮粒较少； 同时， 初凝前 ( 用手按略有手印时) 进行二次收浆 ， 有效地减少表面的浮粒。 二次收浆完毕， 马上进行养护， 可有效地减少裂缝的产生。 本次施工的混凝土有关性能和参数见表 4 。 表 4 现场施工陶粒混凝土的有关性能和参数 注： 经生产验证， 陶粒混凝土的最佳泵送坍落度为 2 1 0 2 3 0 m m， 如低于 1 8 0 r l-l r fl ， 由于陶粒在泵压的作用下吸水增加 ， 混凝土会变得干涩而失去 流动性。 4结语 ( 1 ) 配制大流动度的陶粒混凝土可以通过优选陶粒骨料、 掺入粉煤灰等技术途径 ， 减少陶粒上浮， 配制出匀质的混凝土。 ( 2 ) 工程应用例子表明， 对陶粒骨料预湿， 控制适当的现场 入泵坍落度， 泵送陶粒混凝土可以顺利进行。 ( 3 ) 由于陶粒密度低， 对陶粒混凝土的振捣时间不宜过长， 避免陶粒的上浮 。 参考文献 ： 1 】 詹镇峰， 张传镁 ， 等高强陶粒混凝土在建筑物屋顶装饰构件中的应 l 】 6 用 施工技术， 2 0 0 5 ( 1 1 ) 【 2 】 王发洲 生 有 料 研群亏 应用 武汉： 武 堑 大学， 2 0 0 3 3 】 玉万贤， 张颖创， 等 泵送陶粒混凝土的试验、 生产及施工 J 】 混凝土 2 0 0 4 ( 8 ) 4 】 高性能结构用轻集料混凝土的研究与应用【 z 】 广州 ： 广州大学， 2 0 0 5 作者简介： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 詹镇峰( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 从事水泥基材料的研究。 厂州市番禺区广州大学城外环西路 2 3 0 号 广州大学土 木工程学院( 5 1 0 0 0 6 ) 1 3 7 1 01 8 7 2 7 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m