干热条件下施工的混凝土特性试验研究.pdf

水利建设与管理 2 0 1 0年第 2期 试 验 研 究 7 7 千热条件下施工的混凝土特性试验研究 卢 军 邹德华 ( 新疆水利水电勘测设计研究院 乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 ) 【 摘要】 本文模拟新疆 3 5 C 干燥气候条件下施工， 对混凝土的坍落度损失、 含气量损失、 凝结时间、 抗压强度、 干 缩变形 、 极限拉伸 、 抗渗 性和抗冻性等性 能影响进行 了试验 研究。结果表 明 ： 混凝 土拌和 物的坍落度存在较 大的损 失， 干热条件比标准条件下的损失略大， 两种条件下的混凝土拌和物在静置 9 0 m i n后仍能实现振实。混凝土拌和物 的含气量随静止时间的延长而减少， 干燥条件比标准条件下的损失略大， 干热条件下混凝土拌和物在静置 3 0 m i n后 的含气量能满足要求， 6 0 mi 后含气量已不能满足要求。 混凝土在干热条件下的干缩大于标准条件下的干缩， 特别是 在早期， 1天和 3天的干缩值平均增加5 9 和 7 4 ， 随着龄期的延长， 干热条件下 1 4天后干缩值增加的程度与标准 条件趋于一致。因此， 在干热条件下施工的混凝土， 应加强早期潮湿养护， 从试验结果看， 潮湿养护至少 1 4 d ， 一般不 低 于 2 1 d 。 模拟现场 3 5 C 施工养护的混凝 土， 其力学性能 比标准条件有不同程度 的提 高， 特别是 3 d和 7 d抗压强度 有 大幅度 的提高 。模拟现场 3 5 C 养护与标准养护的试件抗渗性能和抗冻 性能相差 不大， 都能满足设计要求。以上成果 可供其他工程参考。 【 关键词】 北疆供水工程模拟干热条件 混凝土拌和物性能 力学耐久性能 1 概述 北疆供水工程是我国西部地区长距离跨 流域供水工 程 ， 据统计 ， 工程需浇注混凝土约 1 3 6万 m3 。 新疆夏季的 自 然条件是温度高 、 湿度低 、 风速大， 在这样的特殊环境下施 工 ， 混凝土的性能与通常情况下的性能有所不 同。本工程 对混凝土的抗冻耐久性要求高 ， 且有些部位的混凝土处于 较强的硫酸盐侵蚀环境 ， 为了提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀 能力 ， 施工阶段， 混凝土配合比采用了掺用磨细矿渣粉的 措施 。混凝土的施工质量关系到渠道的安全运行 ， 由于特 殊的施工环境 ， 为了确保工程质量， 施工期间， 本工程对典 型配合 比( C 2 0 W6 F 2 0 0 ) 进行 了干热条件下混凝土特性的 专门试验研究。 2 试验研究 的内容 模拟新疆干热条件下施工的混凝土特性研究主要包 括以下内容 ： 1 1 选取一种典型混凝土 ，模拟新疆干热条件 ( 温度 3 5 左右 ， 相对湿度 5 0 左右 ) 施工 ， 进行混凝土拌和 、 成 型和养护试验 。 b 研究模拟干热条件下混凝土拌和物的坍落度损失、 含气量损失和凝结时间。 c 研究模拟干热条件下施工的混凝土干缩变形 。 d 研究模拟干热条件下施工养护的混凝土抗压强度 发展规律 。 e 研究模拟干热条件下施工养护的混凝土极限拉伸 值 、 抗渗和抗冻耐久性。 3 试验研 究成果 3 1 混凝土拌和物性能试验 干热条件下混凝土特性研究以三级配 C 2 0 W6 F 2 0 0混 凝土作为典型进行。具体配合比下表 l 。 混凝土拌和物的性能试验按 2 0 + 2 C 的标准实验室条 表 1 典 型 三 级 配 混 凝 土 配 合 比 矿渣粉 水 水泥 矿渣粉 砂率 砂 石 R H一2 A E( 1 万 ) 坍落度 含气量 编 号 水胶 比 ( ) ( k g m ) ( k g m ) ( k g m ) ( k 咖 ) ( k g m ) ( k g m ) ( k g m ) ( k g m ) ( m m) ( ) C2 0 0 0 4 1 0 9 2 7 3 O 3l 6 21 1 3 8 2 0 4 03 8 3 5 6 C2 0 S 5 0 O 4 l o 6 1 3 3 l 3 3 3l 6 22 1 3 8 4 O 4 03 8 0 5 5 7 8 卢 军等， 干热条件下施工的混凝土特性试验研究 件和试验室模拟干热条件( 3 5 C 左右 ， 相对湿度 5 0 左右， 模拟新疆干旱气候施工) 分别进行 ， 试验按 水工混凝土试 验规程) ( S 0 1 0 5 -8 3 ) 进行操作 ， 试验包括坍落度损失、 含 气量损失和凝结时间。 3 1 1 混凝土拌和物坍落度试验 混凝土拌和物的坍落度损失试验结果见表 2和表 3 。 混凝土拌和物试验表 明： 在静置条件下 ， 无论是在标准的 2 0 ， 还是在 3 5干热环境下， 都会产生较大的坍落度损 失， 其损失量随着静置时间的延长而增大 ， 在 3 5干热条 件下的坍落度损失大于标准条件下的坍落度损失。 在静置 9 0 ra i n 后 ， 虽然混凝土拌和物的坍落度仅为 5 - 1 5 m m， 但在 振动台上仍能被震动液化 。 混凝土拌和物在初凝前的流动 特性符合宾汉姆体的规律特点。 混凝土拌和物在浇筑点的坍落度大小 由施工工艺决 定 ， 而机 口初步坍落度的大小应考虑浇筑点的坍落度要求 和混凝土在运输途中的坍落度损失，经现场测试后确定。 调整混凝土初始坍落度 的有效办法是调整混凝土中减水 剂的用量。 表 2 标 准条 件 下 混凝 土 坍落 度 损 失试 验 结 果 初 始 静 置 3 0 mi n 静置 6 O mi n 静置 9 0 m i n 编号 坍落度( m m ) 损失( ) 坍落度( n u n ) 损失( ) 坍落度 m m) 损失( ) 坍落度( m m) 损失( ) C 2 O 8 3 O 47 43 3 0 6 4 9 8 9 C 2 0S 8 0 O 53 3 4 3 5 5 6 1 5 8 l 表 3 干热 条 件 下混 凝 土坍 落 度 损失 试 验 结 果 初 始 静置 3 0 m i n 静置 6 0 mi n 静置 9 0 m i n 编号 坍落度( m m) 损失( ) 坍落度( m m) 损失( ) 坍落度( m m) 损失( ) 坍落度( m m) 损失( ) C 2 0 9 3 O 38 5 9 2 2 7 6 5 9 5 C 2 0S 8 0 O 4 2 48 2 8 6 5 8 9 0 j 3 1 2 混凝土拌和物含气量试验 混 凝 土拌 和物 的含气 量 损失 试 验结 果见 表 4和 表 5 。 表 4和表 5的试验结果表 明： 混凝土拌和物的含气 量随着静置时间的延长而减少 ， 干热条件 比标准条件下 的含气 量损 失略 大 。两种 条 件下 混凝 土拌 和 物静置 3 0 m i n后含气量 勉强满 足要求 ， 6 0 rai n后含 气量 已不 能 满足要求。 因此 ， 在干热条件下 ， 应适 当增加机 口混凝土 拌 和物的初始含 气量 ，调整含气量 的有效方法是调整 AE剂的掺量 。 表 4 标 准 条件 下 混凝 土 含气 量损 失 试 验 结果 初 始 静置 3 0 m i n 静置 6 0 m i n 静置 9 0 mi n 编号 含气量( ) 损失 ( ) 含气量( ) 损失 ( ) 含气量( ) 损失 ( ) 含气量( ) 损失( ) C2 O 5 6 O 4-3 23 2 9 48 2-4 5 7 C2 0 S 5 5 O 4 6 1 6 3 7 3 3 2 9 4 7 表 5 干 热 条件 下 混 凝 土含 气 量损 失 试 验 结果 初 始 静置 3 0 mi n 静置 6 0 m i n 静置 9 0 mi n 编号 含气量( ) 损失( ) 含气量( ) 损失( ) 含气量( ) 损失( ) 含气量( ) 损失( ) C2 O 5 6 0 4 O 2 9 2 1 6 3 1 9 6 6 C2 0S 5 5 0 4 _ 3 2 2 2 6 5 3 2 - 2 6 0 卢 军等， 干热条件下施工的混凝土特性 试验研 究 7 9 3 1 3 混凝土拌和物凝结时间试验 混凝 土拌和物的凝结时间试验结果见表 6 。表 6的 试验结果表 明： 混凝土在干热条件下的干缩时间大大缩 短 ，其初凝时间仅为标准条件下 的 1 3 左右。对混凝土 拌和物凝结时间 r的要求 ， 主要取决 于浇筑混凝 土构件 所需 的时间 死， 以使在浇筑混凝土时 ， 先浇筑 的混凝 土 尚未初凝 。 调整混凝 土拌和物初凝 时间的有效办法 是调整外 加剂中缓凝成分的含量 。混凝土拌和物 的坍落度损失 、 含气量损失和凝结时间的变化与环境温度 、 湿度 、 风速 、 日晒 、 运输方式 ， 以及放置时间等密切相关 ， 施工时要 注 意做好控制 。 3 2 混凝土物理力学性能试验 混凝土的物理力学性 能试验主要包括 3天、 7天、 2 8 天的抗压强度， 2 8 天的轴拉强度 、 抗拉弹模和极限拉伸值 ， 1 天、 3 天、 7 天 、 1 4 天 、 2 8 天和 6 0天的干缩等。 3 2 I 混凝土力学性能试验 标准条件下( 2 0 + 2 C ) 试件的成型和养护按 水工混凝 土试验规程 ) ( S D 1 0 5 -8 3 )进行 。试验室模拟干热条件 ( 3 5 左右 ， 相对湿度 5 0 左右 ， 模拟新疆干旱气候施工 ) 试件 的成型、 制作控制在 3 0 m i n内完成 ， 成型后的试件经 抹面后 ， 送入模拟箱， 2 天后编号拆模 ， 拆模后的试件放在 搪瓷盘中 ， 用塑膜覆盖( 模拟现场养护 ) ， 继续放入模拟箱 养护至各龄期进行各项性能试验。 混凝土的力学性能试验结果见表 6和表 7 。 表 6 标 准 养 护 混 凝 土 的 力 学 性 能 试 验 结 果 抗 压强度 ( MP a ) 轴拉强度( Me a ) 抗拉 弹模 ( GP a ) 极 限拉伸值 ( 1 0 -6 ) 编 号 3 7 2 8 L2 8 L 2 8 L2 8 C2 0 1 29 1 9 8 3 1 2 2 5 8 3 4 6 91 C2 0 S 5 7 l 8 1 3 1 4 2 5 7 3 3 1 9 2 表 7 模 拟 现 场 施 工 养 护 混 凝 土 的 力 学 性 能 试 验 结 果 抗压强度 ( MP a ) 轴拉强度 ( MP a ) 抗拉弹模 ( G P a ) 极限拉伸值 ( 1 0 - ,s ) 编 号 3 7 2 8 L 2 8 L 2 8 L 2 8 C2 0 1 8_2 2 3 5 3 38 2 6 7 3 5 9 9 8 C 2 0S 1 7 4 2 43 3 42 26 9 3 46 1 01 表 6和表 7的试验结果表 明： 模拟现场 3 5 C 施工养 护 的混凝土 ， 3天和 7天的抗压强度有大幅提高 ， 特别是 矿碴粉混凝土 ， 3 天的抗压强度 比标准养护提高约 2 倍 。 模拟现场 3 5 C 养护的混凝土 2 8天的抗压强度 、轴拉强 度 、 弹性模量和极限拉伸值均 比标准 2 0 C 养护有不同程 度的提高 。 3 2 2 混凝土干缩试验 混凝土干缩试验分标准条件和试验室模拟干热条件 分别进行 ， 比较混凝土试件在不同条件下的干缩性能。试 验结果见表 8 。 表 8 混 凝 土 干 缩 试 验 结 果 单位 ： 1 0 标 准 条 件 干 热 条 件 编号 l d 3 d 7 d 1 4 d 2 8 d 6 0 d 1 d 3 d 7 d 1 4 d 2 8 d 6 0 d C2 O - 2 2 - 4 3 -1 2 4 - 2 1 8 3 0 5 4 O1 3 2 7 4 1 8 2 -2 6 2 3 4 4 4 2 3 C 2 0 S - 2 0 4 0 1 l 1 - 2 0 2 - 2 8 6 -3 8 9 -3 4 - 7 3 -1 5 7 -2 3 9 31 8 - 41 8 注负号表示 收缩 。 混凝土在干热条件下的干缩大于标准条件下的干缩 ， 随着龄期的延长 ，干热条件下 1 4 天后与标准条件下干缩 特别是在早期 ， 1 天和 7天的干缩平 均增加 5 9 和 7 4 ， 值趋于一致 。因此 ，干热条件下混凝 土养护时间至少 1 4 卢 军等 干热条件下施工的混凝土特性试验研究 天 ， 一般不低于 2 1天。 3 2 3 混凝土耐久性试验 混凝土的耐久性试验主要包括养护 2 8天混凝土试件 的抗渗和抗冻。 2 0 + 2 C 标 准条 件下试 件 的成 型和养 护完成 按 水 工混凝 土试 验规程 ( S D 1 0 5 -8 3 ) 进行 。 试验室模拟 干 热条件 ( 3 5 左右 ， 相对 湿度 5 0 左 右 ， 模 拟新疆干 旱 气候施 工 ) 试件 的成 型 、 制 作控制 在 3 0 m i n内完成 ， 成 型后 的试件 经抹 面后 ， 送入模 拟箱 ， 2天后 编号拆 模 ， 拆 模后 的试 件放 在搪 瓷盘 中 ， 用 塑膜覆 盖 ( 模拟 现场 养 护 ) ，继 续放入模 拟箱 养护至各 龄期进行 各项性能 试验 。 混凝土的抗渗和抗冻试验结果见表 9和表 1 0 。 当混凝 土中的含气量满足要求时 ， 混凝土的抗冻性能就能满足要 求 ，标准养护与 3 5养护的混凝土性能和抗冻性能相差 不大 ， 都能满足设计要求。 表 9 混 凝 土 抗 渗 试 验 结 果 标准养护 2 8天 模拟现场 3 5 施工养护 2 8天 编 号 逐级加压至 0 8 MP a 逐级加压到 0 8 MP a 抗渗等级 渗水高度( 一 ) 相对渗水高度( ) 渗水高度( 12 1 1 ) 相对渗水高度( ) c 2 o ,4 6 3 1 38 2 5 W 8 ， c 2 o s 48 3 2 4 0 2 7 W8 表 1 0 混 凝 土 抗 冻 试 验 结 果 标准养护 2 8天 模拟现场施工养护 2 8天 含气量 抗 冻 编 号 相 对动弹性模数( ) 质量损失率( ) 相对动弹性模数( ) 质量损失率 ( ) ( ) 等 级 5 O次 l O O次 2 0 0次 5 0次 l O O次 2 0 0次 5 O次 l O O次 2 0 0次 5 0次 l O O次 2 0 0次 C 2 O 5 6 9 5 9 1 8 8 O 5 O 8 1 5 9 6 9 2 9 0 04 0 8 l - 3 F2 0 o c 2 o s 5 5 9 6 9 0 8 6 O 4 O8 1 4 9 7 91 8 9 O4 O 6 1 2 F 2 0 o 4 结语 通过试验可以得出以下结论 ： a 混凝土拌和物在静置条件下，在标准 2 0 和 3 5 干热环境 中， 都会产生较大的坍落度损失 ， 其损失量随静 置时间的延长而增大，在 3 5干热条件下的坍落度损失 大于标准条件下的损失。 b 混凝土拌和物静置 9 0 m i n 后 的坍落度为 5 1 5 m m， 拌和物在浇筑点的坍落度大小由施工工艺决定， 而机 口初 始坍落度的大小应考虑浇筑点的要求和在运输途中的损 失 ， 经现场测试后确定。 c 混凝土拌和物的含气量随静置时间的延长而减少 ， 干热条件下 比标准条件含气量损失略大。 两种条件下混凝 土拌和物静置 3 0 m i n 后含气量勉强满足要求 ， 6 0 m i n 后含 气量已不能满足要求。 因此 ， 在干热条件下， 应适当增加机 口混凝土拌和物的初始含气量 ， 调整含气量的有效方法是 调整 A E剂的掺量。 d 在干热条件下混凝土拌和物的凝结时间大大缩短， 其初始凝结时间为 5 8 h ， 为标准条件下的 l 3左右。凝结 时间大小由施工工艺决定 。 e 模拟现场施 工养护 的混凝土力学性能 ， 比标准养 护有不 同程度的提 高 ， 3天和 7天的抗压强度有大幅提 高 ， 特别是矿碴粉混凝土 ， 3天的抗压强度 比标 准养护提 高约 2 倍 。 f 混凝土在干热条件下 的干缩 大于标准条件下的干 缩 ，特别是 早期 ， 1天和 7天的干缩平均增加 5 9 和 7 4 ， 随着龄期 的延长 ， 干热条件下 1 4天后与标准条件下 干缩值趋于一致。因此 ， 干热条件下混凝土养护时间至少 1 4天 ， 一般不低于 2 l天。 g 当混凝土 的含气 量满足要 求时 ， 混 凝土抗 冻性 能就可 满足要求 ，标准养 护和模 拟现场 3 5施工 养 护 的试 件 ， 其抗 渗性 能和抗冻 性能相差不大 ， 都能满足 设计要求 。A