装配式构件高强混凝土制备技术研究.pdf

叠 身 doi：1 O39694issn1 671-91 07201 603035 萝 装 配 式 构 件 高 强 混 凝 土 制 备 技 术 研 究 耋 Study on Preparation Technology for Higllstrength Concrete ofPrefabricated M embers _ 张 意1 陈科2 陈恰 宏1 干 泽东2 殷交 川1 ( 1重庆建工住宅建设有限公司 ， 重庆4 0 0 0 1 5 ； 2重 庆大学 材料学院 。 重庆4 0 0 0 3 0 ) 摘要 ： 该 文以碱矿渣胶凝材料作 为胶结材 ， 使用级配合理的普通砂、 石集料来制备装配式构件 高强混凝土 ， 并采用蒸汽养护制度 以加速 混凝 土的 强度发展 。 文章较全 面的研 究了裹浆工 艺、 养护方式、 配制参数及碱组分等 因素对装配式构件高强混凝土强度 的影响 确定 了装配式构件高强混 凝 土的制备技 术条件及参数 关键词 ： 装 配式构件 ； 混凝土 ； 蒸汽养护 ； 裹浆工 艺； 预养时间 ； 养护方式 ： 养护龄 期 中图分类号 ： T U5 2 5 文献标识码 ： A文章编 号： 1 6 7 1 9 1 0 7 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 0 3 5 0 4 Ab s t r a c t ： Wi t h a l k a l i - a c ti v a t e d s l a g ma t e ria l a s c e me n t e d ma t e r i a l a n d ， c o mb i n e d wi th r e a s o n a bl e o r d i n a r y s an d and a g g r e g a t e ， h i g h s t r e n gth c o n c r e t e o f p r e f a bric a t e d me mbe r s i s p r e f a b ric a t e d an d i t s s t r e n g t h d e v e l o p me n t i s a c c e l e r a t e d、 i m s t e a m c u r i n g s y s t e m Th i s pa p e r s t u d i e s i mp a c t o f f a c t o r s l i k e wr a p p e d s l u r r y , c ur i n g me tho d ,f a b ric a t i o n p a r a me t e r s and a l k a l i n e c o ns t i t u e n t s o n t h e s ge n g t h o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e o fp r e f a b ric a t e d me mb e r s wi t l l p r e p a r a tio nt e c h n o l o g i c a l c o n d i ti o n san dp a r am e t e rs d e t e r mi n e d Ke y wor d s ： p r e f a b ric a t e d me mb e r s ； c o n c ret e ； s t e a m c u r i n g ； wr a p p e d s l u r r y ； p r e - c u r i n g t i me ； c u r i ng me tho d ； c u r ing p e r i o d 0引言 建筑行业是我国国民经济的支柱产业 对我 国经济 的发 展有举 足轻重 的作 用。但随着 能源紧 缺 、 节能环 保 、 劳动力短缺等 问题的 凸 显 ， 建筑业发展遇到了很大挑 战。而建 筑产 业现代化建筑模 式正是行 之有效 表1矿渣化学成分 ( ) 1 1 1矿 渣 重 庆钢铁集 团水淬高 炉矿渣 烘 干后掺0 5 Y P 一 3 、 2 O P N 混磨。 密度为2 9 5 g e m ， 比表面积为4 5 6 mZ k g ， 其化学成分见 表 1 。 的战略措施 。采用装配式结构 ， 可 以有 效节约资源和 能源 ， 提 高材料在 现实建筑节能和结构性 能方面 的效率 减少现场施 工对 场地 等条件的要求 减少建筑垃圾 和对环境 的不 良影响 提 高建筑功 能和结构 性能 实现 “ 四节 一环保 ” 的绿色 发展要 求 实 现低能耗 、 低 排放 的建造过程 ， 促 进我 国建筑业 的整体 发展 实现预定的节能减排 目标 。 虽然 预制混 凝 土和 现浇 混凝 土相 比也 存 在着 整体 性较 差 、 设 计难度较 大 、 运输安装 困难等 缺点 ， 但是 随着建 筑产业 化 ( 或称 “ 住宅工业化 ” ) 政策 提 出及其 思想 的深人人 心 预制 混凝 土的生产应用是必然 的趋 势 本课题 旨在研 究一种用 于 装配式结 构的高强混凝土 的制备 技术 为装 配式 结构混凝 土 的推 广应 用及 住宅产业化 的实施 提供可靠 的、性能 良好 的材 料基础 1原材料及试 验方法 1 1原材料 收稿 日期 ： 2 0 1 6 0 2 - - 0 3 作者简 介： 张意 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 江苏沛县人 ， 研 究生 ， 高级工程师 ， 主 要从事建筑施工质量技术管理工作 。 1 1 2 碱组分 重庆井 口化工厂生产 的钠水玻璃 ( Wa t e r G l a s s ， 简称WG) ， 主要性能指标见表2 ； N a O H为 四川德阳片碱 ， 纯度为9 9 O 。 表2水玻璃的化学成分 1 1 - 3 粗 集料 歌乐 山石灰岩碎石 ， 最大粒 径D = 1 0 m m， 为5 1 0 m m连续 级配 ， 压碎指标为1 0 3 ， 表观密度为2 4 7 0 k g m3 ， 堆积密度 1 4 7 O k g m 。 1 1 4 细集料 岳 阳中砂 ，过4 7 5 m m筛 ，细度模数 为2 3 7 ，表观密度为 2 6 8 7 k g m ， 堆积密度为1 6 4 2 k 咖 ， 含泥量为 1 O 。 1 1 5钢纤 维 镀铜微 钢纤维 ： 鞍 山科 比特 科技有限公 司生产 的钢 纤维 表面经过镀铜防锈处理。其主要性能指标见表3 。 表3钢纤维的性能指标 重 庆 建 筑 20 l6 -N 0 _3 第 1 5 卷 总 第 14 9 期 囡 1 2试验方法 装 配式构件高强混凝 土抗 压 、 抗 折强度试验参 照 普通混 凝 土力学性 能试验方法标) C B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 进行 试件尺寸 分别为 1 0 0 m mx 1 0 0 m mx 1 0 0 mm1 0 0 mmx 1 0 0 m mx 4 0 0 mm； 装配 式构件高强混凝 土成 型采用振动 台振实 ， 振 动时间为 1 2 0 s 。 2实验工艺对装配式构件高强混凝土强度 的影响 首先从裹浆工艺 、 预养时间 、 养护方式及养护龄期人手 ， 研 究了诸因素对装配式构件高 强混凝土强度 的影 响。其 中矿渣 用量为5 6 0 k g m 3 ； 水胶 比为0 2 8 ， 集胶 比为3 1 ， 砂 率为4 5 ； 碱 组分为水玻璃 其模数 为1 0 碱 当量 以N a 2 0 对胶凝材 料质量百 分 比计为4 0 ：钢纤维掺量 以碱矿渣 混凝 土的体积百分 比计 为1 0 0 养护方式有两种 一种是标准养护 ： 即试件成型后静 停2 4 h 拆模 并 置于标准养护条件下养 护 ： 另 一种是蒸汽养护 ： 即试件成型后静停3 h 后在8 0 条件下带模蒸养8 h 脱模后将试 件置于标准养护条件下标养7 d 。对于搅裹浆工艺 、 静停时间及 养护龄期三 因素的研究采用蒸汽养护制 度 2 1裹浆工艺对装配式构件高强混凝 土强度 的影响 在原料及配合 比既定 的条件下 裹浆 工艺的合理程度对 混凝 土性 能会产生重大 的影响 物料的搅拌顺序很重要 因为 混凝 土的某些特 性依赖于各 组分进 人搅拌机 的顺序【 一 如 改 变胶凝材料 、粗细集料 以及水等在搅 拌过程 中参与搅拌 的顺 序或时间 将对混凝土界面过渡区的微观结构产生影响 。实验 研究 了四种裹浆 工艺对装 配式构件 高强 混凝土 强度 的影 响 这 四种裹 浆工艺投料顺 序不一致 ， 搅拌时间均 为2 4 0 s ， 具体 方 法 如 下 。 A传 统法 一哑圃 图 o 筛 ： ! ：固 B 造壳法 匝匠 因 ： 霉 6 0 筛 ： ：臣 犀结 材 + 7 5 水 J 3 0 s l 3 0 s + 2 5 司6 0 s J 钢纤 维l 筛人、 1 2 0 s I 装 模I D 净浆裹砂法 _ 陌丙 3 0 。 3 0 瓦： 嗣6 0 网 _ -_ - 。 - _ _ _ _0 筛 人 、 1 2 0 s 圈 裹浆工艺对装配式构件高强混凝 土强度 的影响见表4 。结 果表明 ， A、 B 、 C、 D四种裹浆工艺对混凝 土强度有一定 的影响 ， B 、 C 、 D三种裹浆工 艺所拌制 的装配式 构件高强混凝 土强度 较 A 裹浆工艺 高0 1 4 0 2 4 。鉴于A 裹浆 工艺操作相对 比较 简 单 所 以选定A裹浆工艺作为制备装配式构件高强混凝 土的搅 拌工艺。B 、 C、 D三种裹浆工艺属于二次搅拌工艺 ， 二次搅拌 工 艺可 以促进水 泥颗粒 的分散度和提高水 化程度 。综合地 提高 混凝土各项性能l 3 l 2 2预养时间对装配式构件高强混凝土强度的影响 进行 蒸汽养护 的混凝土必须有个静停阶段。 它也称预养 囝 O h o n g g A rc h ite c lu re 2 0 l6 _N O 3 表4裹浆工艺对装配式构件高强混凝土强度 的影响 期、 前置期或静置期 ， 是指制 品浇筑成型后及蒸汽养护 开始前 在大气环境下的一段放 置时间。该阶段主要是保证混凝 土 中 水泥有一定程度 的水化 并具有一定 的结构 强度 ， 以防止蒸汽 养护 的升温过程导致混凝土体积膨胀而产 生结构破坏 。那么 ， 试验 比较 了不 同的预养 时间对装配式构件高强混凝 土强度 的 影响 结果见表5 。 表5预养时间对装配式构件高强混凝土强度的影响 结果表明 随着 预养时间 的延长 装配式构件 高强混凝土 强度有所增长 。 但增 幅较小 。一般认 为 ， 较长 的预养时间有利 于提高混凝土初期结构强 度 抵抗混凝土在升温 过程 中的肿 胀变形 但是较长 的预养 时间对于实际生产 中的生产效率又 不利 。综合考虑 ， 预养时间定 为3 h 比较合理 。 2 _ 3养护方 式对装配式构件高强混凝 土强度 的影响 众 所周 知 养护方 式对水 泥水 化有重 大影 响 。 如水 化 速 度 、 水化 率 、 水化 生成 物 的结 晶度及 晶体 形貌 、 孑 L 隙 率 、 孔 结 构 、 放热速度 、 收缩与裂缝 、 水泥浆流变演变进程等。养护不好 会使混凝 土的物 理力学性能和耐久性 能劣化 。为 了获得优 异 的力学性 能、 良好 的耐久 性能 ， 选择 一种好的养护制度 至关 重 要 试验采用了两种不同的养护方式 并 比较 了两种养护方式 对装配式构件高强混凝土强度的影响。试验结果见表6 。 表6 不同养护方式对装配式构 件高强混凝土强度的影响 试验结果表 明 蒸汽养护可 以快速 提高装配式构件高强 混凝土 的强度 从表6 可 以看 出 通过蒸 汽养护后再标准养护 7 d 的装配式 构件高强 混凝土试 件强度 比标准养 护2 8 d 的强度 还要高 1 5 因为采取蒸汽养护制度加快 了装配式构件高强混 凝 土的水化硬化速度 提高 了混凝土的早期强度 。 2 4养护龄期对装配式构件高强混凝土强度的影 响 对 于普通混凝土 ， 在正常的养护条件下 ， 其强度将会 随着 龄期的延长而增长 ： 蒸 汽养护可 以提高混凝 土的早期强度 ， 缩 短构件脱模 、 放张的时间 ， 加快模板的周转 。但是 ， 蒸汽养护下 装配式构件高强混凝土制备技术研究 的混凝土构件也存在 一个 重大 的缺 陷 就是 “ 混凝土 构件蒸汽 养护后 的强度损失 ” 。何紫峰6 1 的研究表 明 ， 无论 哪一种窑 ， 哪 一 种构件都存在蒸汽养护 的强度损失的现象。对此 ， 研究 了蒸 汽养护下的装配式构件 高强混凝土强度 与龄期的关 系结果 见表7 。 表7养护龄期对装配式构件高强混凝土强度的影响 结 果表明 ， 装 配式构件高强混凝 土蒸 汽养护8 h 后 ， 再标 准 养护3 d 、 7 d 、 1 4 d 龄期的强度几乎一致 。这充分表 明 ， 经过蒸 汽 养护的混凝 土试件强度不会损失 。 3配 制参数对 装配 式构件 高强 混凝土 强度 的影响 试验研究了水胶 比、 集胶 比和钢纤维掺量对装配式构件高 强混凝 土强度 的影 响。其中矿渣用量为5 6 0 k g m 3 ， 砂率为4 5 ， 碱 组分为水玻璃 碱当量以N a 2 0 对胶 凝材料质量百 分 比计 ， 钢 纤 维掺量以碱矿渣混凝 土的体积百分 比计 。对于养护方式采 用蒸汽养护 ： 即试件成 型后静停3 h ， 并在8 0 条 件下带模蒸 养 8 h 脱模后将试件置于标准养护条 件下标养7 d 。 3 1水胶 比对装配式构件高强混凝土强度 的影 响 试 验研究 了不 同水胶 比对装配式构 件高强混凝土强度 的 影响 配 比及结果见表8 。结果表明 。 装配式构件高强混凝土的 强度随着水 胶比的增加而 降低 。 这符合混凝土 的一般规律 。 因 为混凝土的强度主要取决 于水泥石 的强 度以及其与集料 间的 粘结力 而水泥石 的强度 以及其与集 料间的粘结力 又取 决于 胶凝材料 的强度与水 胶 比的大小 由于胶凝材料水化所 需的 结合水 一般 是很低 的 。 但 是在拌 制混凝 土拌合 物时 ， 为 了获 得较好 的流动性 常需 掺较 多的水 ， 而混凝 土硬化 之后 ， 多余 的水分就残 留在混凝 土中形成孔穴 或气孔 从而大 大减少 了 混凝土抵抗 荷载的实际有效断 面， 以致降低 了混凝 土的强度 。 表8水胶 比对装配式构件高强混凝土强度的影响 表9集胶比对装配式构 件高强混凝土强度的影响 3 2集胶 比对装配式 构件 高强混凝土 的影响 试验研究 了不同集胶 比对装 配式构件高强混凝 土强度 的 影 响， 配 比及结果见 表9 。 结果表明 随着集胶 比的增加 装配式构件高强混凝土的 强度 略有提高 。已有的结果表 明f 7l 。 在水胶 比一定的条件下 高 集料用量、 贫浆的混凝土强度略高。但碱矿渣混凝土界面水化 产物结构 致密 ， 无定 向排列 的C a ( 0 H) 晶体【8 】 ， 集料 与水 泥石界 面不再是混凝土结构薄弱环节 故集胶比对混凝土强度影响较 小 。 3 - 3钢纤维对装配式构 件高强混凝土强度的影 响 对于普通混凝土的大量试 验证 明 钢纤维 的体积掺量一般 为0 5 2 。 最大不超过3 。所 以试验选择0 7 5 1 5 0 的掺 量范 围作为研究对象 研究 了钢纤维掺量变化对装配式构件高 强混凝土强度 的影响 配比及 结果见表 1 O 表 1 O钢纤维掺量对装配式构件高强混凝土强度的影 响 纤维 的作用在于它能够阻碍混凝土 内部微裂纹的繁衍 、 扩 展 显著提高混凝土的韧性 和延性19 。结果表 明 随着钢纤维掺 量的增加 装配式构件高强混凝土 的强度随之提高 。钢纤维掺 量 由0 7 5 增 加到1 5 0 混凝 土抗压强度增 长 了1 1 4 而抗 折强度增幅较大 增长 了5 4 7 。这是 因为 随着钢纤 维掺量的 增加 钢纤维 的增韧作用随之增强 。但钢纤维掺入会增大混凝 土中拌和物 内部摩擦力 且会用去拌 和物中部分拌合水 从而 影响混凝 土流动性。所以掺量为1 2 5 较合理 。 4碱 组分对装 配式构 件高 强混凝土 强度的 影响 4 1水玻璃模数对装配式构件高强混凝土强度的影响 水玻璃模数作 为水玻璃 的一个重要性能指标 对混凝土 的 凝结时间、 抗压强度都有影 响。笔者选择了1 0 1 5 的模数范 围 进行试验 ， 配比及结果见表l 1 。结果表明， 装配式构件高强混 重 庆 建 筑 20 16 N 。 3 第 15 卷 总 第 1 49 期 _ 装配式构件高强混凝土制备技术研究 凝土 的强度 随着水玻璃模 数增加先增加 后减小 。 且 M= 1 2 5 装 配式构件高强混凝土强度最高。 表1 1水玻璃模数对装配式构件高强混凝 土强度 的影响 马保 国fl 1 分析 了水玻 璃模数高 低对碱矿渣 水泥混凝 土强 度作用机理 。他指出当水玻璃模数过高时 ， 碱矿渣水泥系统 中 ( S i O ) 浓 度高而O H 一 浓度 低 ， 矿渣微 粉的解聚不够 充分 ， 难 以 形成 以低碱度C S H 凝胶为主体的凝聚结构 从而使碱矿渣水 泥混凝 土强度降低 ；而模数 过低时 碱矿 渣水 泥系统碱度过 高 碱矿渣水 泥水 化速度过快 较早在矿渣 表颗粒面形成致 密 水化产物层 阻碍水 化反映的进一 步进 行 从 而导致C S H凝 胶水化产物总量减少 大孔增 多 装配 式构件高强混凝 土强度 下降 。 4 2碱当量对装配式构件高强混凝土 的影响 对于碱矿渣胶凝 材料 以水玻璃作激发 剂时 其 量一般为 2 8 ( 以N a 2 0 当量计) ， 随着量的增加 ， 强度明显提高 。但综 合考虑强度 、 胶结材 的经济性以及其它方 面的性能 笔者选择 4 0 6 O 的碱 当量范 围作为研究对象 ， 配 比及结果见表1 2 。 表1 2 碱 当量对装配式构件高强混凝土强度 的影响 结果表 明 随着碱 当量的增加 装配式构件 高强混凝土 的 抗 压强度增加 了1 0 6 抗 折强度增 加 了1 9 _ 3 。这 主要是 因 为碱 当量 的增加 O H一 数量 随之增加 其对 矿渣玻璃体 结构 的 破坏程度 也增加 ， C a 一 0 键 、 Mg O 键 、 S i 一 0 一 S i 键 、 S j 一 0 一 A l 键 和 A l O A l 键 断裂数量增 加 ， 产生 的( S i O ) 一 离 子 、 ( A 1 0 ) 一 离子 和 C a “ 离 子等离子数量增 加 生成 的水化产 物C S H的数量 增加【 5结论 ( 1 )同一 条件下 ， 造壳法 、 净浆裹 石法及净 浆裹砂法 种裹 浆工艺所拌制 的装 配式构件高强混 凝土强度较传 统法 裹浆工 l _C h o n g q in g A rc h ite c 1u re 2 o 1 6 N O 3 艺高0 1 4 O 2 4 ( 2 )随着预养时间 ( 1 5 6 0 h ) 的延长 ， 装配式构 件高强混 凝土强度有所增长 但增幅较小 ( 3 )蒸汽养护后再 标准养护7 d 的装 配式构件 高强混凝 土 试件 强度 比标准养护2 8 d 的强度还要 高1 5 且蒸 汽养护 的碱 矿渣 混凝 土试件强度不会损 失 。 ( 4 ) 装 配 式 构 件高 强 混凝 土 的强 度 随着 水 胶 比 ( 0 2 8 0 _ 3 4 ) 的增 加而 降低 ， 随着 集胶 比( 2 8 0 3 2 5 ) 的增 加 略有 提 高 ， 随 着钢 纤维掺 量 ( 0 7 5 1 5 0 ) 的增 加 ， 抗压 强度 增 长 了1 1 4 抗折强 度增 长 了5 4 7 ( 5 )装配式构件高强混凝土 的强度 随着水 玻璃模数 ( 1 0 1 5 ) 增加先增加后减小 ， 且 M ： 1 2 5 ， 装配式 构件高强混凝 土强 度最 高 ： 随着碱 当量 ( 4 O 6 0 ) 的增加 ， 其抗 压强度增 长 了 l 0 6 抗 折强度增长 了1 9 - 3 参 考 文献 ： 1 F E R R A R I S C F C o n c r e t e mi x i n g m e t h o d s a n d c o n c r e t e mi x e r s ：S t a t e o f t h e a r t J R e s e a r c h o f t h e N a t i o n a l I n s t i t u t e o f S t a n d a r d s a n d T e c h n o l o g y， 2 0 0 1 ， 1 0 6 ( 2) ： 3 9 1 3 9 9 【 2 】 C H A N G P K， P E N G Y NI n fl u e n c e o f mi x i n g t e c h n i q u e s o n p r o p e r t i e s o f h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e Res e a r c h， 2 001：8 795 【 3 】王卫 中 ， 冯 忠绪 混凝 土搅拌 工艺 方案 比较【 J 工 程机 械 ， 2 0 0 6， 2 7： 6 3 【 4 彭波 ， 丁庆军 ， 王红喜 ， 等 水 泥与混凝 土制品的蒸汽养 护生产关键技术进展【 J 国外建材科技 ， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 3 ) ： 2 2 【 5 江桂华 ， 林东 ， 林 永权 ， 等 养护制度对活性粉末混凝 土 强度 的影响及其机理研 究 J 水泥与混凝 土， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 1 8 【 6 】 何紫峰 混凝土构件蒸 汽养护后 的强度损失 和预防【 J J 混凝土 ， 1 9 9 3 ( 5 ) ： 5 3 【 7 文梓芸 ， 钱 春香 ， 杨长辉 混凝土 工程与技术【 M】 武汉 ： 武汉理 工大学 出版社 2 0 0 4 8 】 蒲心诚 ， 嵇亚俊 碱矿渣 ( J K) 混凝 土的界 面特性及其对 断裂性能的影 响 J 硅酸盐通报 ， 1 9 9 1 ( 5 ) ： 1 ， 3 ， 4 9 】 姚 武 钢纤维 高强混凝土 的力学性能研 究 J 新 型建筑 材料 ， 1 9 9 9 ( 1 0 ) ： 1 8 1 0 】 黄育， 王必斌 ， 陈万祥 ， 等 不 同钢纤维对R P C 性能影响 的试验分析 J 】 解放军理工大学学报 ， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 6 6 【 1 1 马保 国 ， 朱洪波 ， 董荣珍 - A A S 水泥性 能及 其混凝土应 用研究 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 3 ) ： 3 4 1 2 】 杨猛 ， 孙小巍 ， 李文学 碱激发矿渣胶凝材料 的试 验研 究 J 建材技术与应用 ， 2 0 1 0 ( 3 ) ： 3 责任编辑 ： 孙苏 。 李红