干混抗冻混凝土配合比设计及抗冻性能研究.pdf

2 0 1 4 年 第 8 期 (总 第 2 9 8 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 01 4( To t a l No 2 9 8) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN OLOGY 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 4 0 8 0 4 0 干混抗冻混凝土配合比设计及抗冻性能研究 罗憨 、 。李延和 z ，夏永清 、 。范贤玉 ( 1 南京工业大学 土木工程学院，江苏 南京 2 1 0 0 0 0 ；2 江苏建华建设有限公司 ，江苏 南京 2 1 0 0 3 7 ) 摘要 ： 随着建筑市场的飞速发展 ， 混凝土冬季施工在所难免。 且我国北方地区气候寒冷 ， 普通商品混凝土不能满足建筑工程要 求。 介绍一种特殊的混凝土干混抗冻混凝土， 通过模拟冬季施工环境， 调整混凝土配合比， 在满足混凝土强度要求前提下 ， 找出 最适宜的干混抗冻混凝土配合 比。 关键词 ： 干混抗冻混凝土 ；配合 比设计；冬季施工 ；抗压强度 中图分类号： T U 5 2 8 ， 0 6 2 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 8 0 1 4 4 0 4 DW m i xe d an t i f r ee ze c onc r et es desi gn of m i xi ng pr opor t i on and per f or m an ce o f wi nt er LUO Ha rt ， LIYa n he ， XI A Yo n gq i n g ， F AN Xi a n yu ( 1 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 ， N眦j i n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， N a n j i n g 2 1 0 0 0 0 ， C h i n a ； 2 J i a n g s u J i a n h u a C o n s t r u c t i o n C o ， L t d ， Na n j i n g 2 1 0 0 3 7 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： W i t h t h e r a p i d d e v e l o p me n t o f t h e c o n s t r u c t i o n ma r k e t ， c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n i n wi n t e r i s i n e v i t a b l e S i n c e t h e we a t h e r i s c o l d， o r d i na r y c o nc r e t e c o n s t r u c t i o n C a l l n o t me e t the r e q u i r e me n t s Th i s p a p e r d e s c r i b e s a s p e c i a l c o nc r e - d r y- mi x e d c o n c r e t e a n t i f r e e z e B y s i m u l a t i n g wi n t e r c o n s t r u c t i o n e n v i r o n me n t ， a d j u s t the c o n c r e t e mi x ， c o n c r e t e s tr e n g t h t o me e t the r e q u i r e m e n t s o f th e p r e mi s e ， w e wa n t t o i d e nt i f y t he mo s t s u i t a b l e dr y mi x e d a nt i f r e e z e c o n c r e t e mi x Key wor ds ： d r y- mi xe d an t i fre e z e c o n c r e t e； d e s i g n o fmi x i ng p r o p o r t i o n； wi nt e r c o ns t r u c t i o n；c o mpr e s s i v e s t r e ng t h 0 引言 在我 国北方地 区冬季气温寒冷 ， 有些工程为满足进度 需要 ， 需要在冬季进行混凝土施工 ， 由于过低 的气温经常 造成混凝土现浇构件 的早期冻害 ， 极大的降低 了工程 的安 全性和耐久性 。 且如今 的建筑工程多为大型建筑 ， 大多数 均采用预拌混凝土， 从厂家将泵送混凝土运输到工程运输 时间长 ， 气温低 ， 浇筑 时间间隔较 长时泵送 混凝 土需 长时 间等待等问题易使混凝土在使用前 已冻坏。 干混抗冻混凝 土是一种采用独创生产工艺的高性能混凝土 ， 以干混料成 品包装的形式运送到施工现场 ， 只需要在现场加一定温度 的热水搅拌 ， 然后用 于浇筑 ， 解决 了泵送混凝 土的不足。 本 试验通过该高性能抗冻混凝土配合 比设计 ， 在冬季环境下 性能研究说明其具有其 良好的抗冻性能。 1 制备工 艺 国内外的混凝土大都采用在工厂搅拌生产 、 专用运输 车运送至施工现场浇筑的方式一 泵送预拌混凝土。 这种泵 送预拌混凝 土在 当前的工程建设 中发挥 了积极作用 。 但我 国北方地区进入冬季时间早 ， 持续时间长 ， 天气寒冷 ， 气温 一 般都低于零下 5， 大部分工程需在进入冬期前完成 ， 或 收稿 日期 ：2 0 1 4 - 0 2 q ) 8 1 44 者停工等天气 回暖。 但部分特殊工程或特种 工程需要按期 完成工程 ， 进入寒冷天气情况下也必须施工 ， 这时常规混 凝 土不能满足要求 ， 常规搅拌 厂也 已经不生产 ， 复工 费用 高。 且远距离泵 送不能保证混 凝土的性 能 ， 保 温隔热则需 消耗资源。 干混抗冻混凝土采用一种新 的混凝土的生产 、 运输和 浇筑模式 。 在工 厂通过二 次搅拌法生产 干混料 ： 第一 级混 合， 将胶凝材料 、 细骨料、 外加剂等投入到高速搅拌机内 ( 8 0 r ra i n ) 进 行高速搅拌 ， 控制 时间以使各材料 能被充分 搅拌 ， 形成基料 ； 第二级混合 ， 将第一级混合好的混合料送 入慢速搅拌机 内( 4 0 r mi n ) ， 并 同时加入粗骨料 ， 混合料经 过充分的搅拌后能够很好地包裹石子表面， 形成干混抗冻 混凝土的干混料 。 干混料 以袋装的方式运输到施工现场 ， 在施工现场设立小型拌和点 ， 将干混基料现场加水拌 和成 混凝土后直接使用 。 这种方法简便且实用性强 ， 能克服传 统泵送技术在低温地 区的弱点 。 2配合 比设计 干混 抗冻混 凝土属 于高性能 混凝 土 ， 其配 合 比设计 理念与常规混凝土有很大差别。 现有的混凝 土配合比设计 ， 尤其是应用 比较多 的固定砂石含量法和全计算配合 比设 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 计 方法 。 可 以发现 ， 现 有的方法基本 都采用体 积法 。 为 了 更 方便的将干混抗 冻混凝 土应用 于实际工程以及方便 现 场工 程人员应用 ，其配合 比设计建立在材料质量 的基础 上 ， 不涉及体积， 即质量法。 同时借鉴已有的高性能混凝 土配 合 比设计方法 ，采用 以经验为基础 的半定量设计方 法 。 在采用 质量法 的配合 比设计 ， 且为了方便现 场施工人 员的施 工操作 ， 提 出 了水 料 比的概 念 ， 即水 与干混 料 的 比。南京工业大学李延和教授课题组通过多次 干混 自密 实混凝 土研究试 验 ， 取 水料 比取值 范 围为 0 0 9 0 1 1 。 在 此基础 上 ， 通过 多次干 混抗冻 混凝 土试 验 ， 取水 料 比为 0 0 8 - 0 1 0 。 在施工现场 ， 施工人员只需根据水料 比的取值 ， 就可将配制好的干混料与相适量 的水混 合拌制 出需要 的 混凝 土。 2 1基 料 干混抗冻混凝土二次搅拌法 中将胶凝材料 、 细骨料 、 外 加剂等进行第一次拌和形成基料 ， 在试验的基础上确定基 料的配合比。 2 1 1 胶凝材料 本试验用 的胶凝材料为普通硅酸盐水泥和粉煤灰 。 根 据 G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 ( 混凝土结构耐久性设计规范 中有 关胶凝材料用量条款 中规定 ， 单位体积混凝土胶凝材料用 量 如表 1 。 表 1 单位体积混凝土胶凝材料用量 胶凝材料材料最大用量 4 0 0 k g m3 o 取单位混凝土胶凝 材料用量为 4 0 0 k g 。 本试验采用粉煤灰为矿物掺合料， 普通混凝土配 合 比设计规程 3 0 5条对矿物掺合料为粉煤灰 的有如表 2 规定。 表 2 钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量 本试验采用普通硅酸盐水泥 ， 在试验基础上选取系数 为 1 5 ， 可得粉煤灰掺量为 ： mf0 = 1 5 x 4 0 0 = 6 0 k g m ( 1 ) 式中： m 们 单位混凝土的粉煤灰用量 。 单位混凝土的水泥用量 ( m 。 ) 应按式( 2 ) 计算 ： m 。 m 0 0 6 0 = 3 4 0 k g m3 ( 2 ) 式中 ： 。 单位混凝土的胶凝材料用量 ； 帆。 单位混凝土的水泥用量 。 2 1 2 外加齐 0 本试验分别采用的是某公 司生产 的 J H I 型防冻增强 剂 ， 经验用量为胶凝材料 的 3 v 5 ， 取 4 ； J H I I 型早强减 水剂 ， 经验用量为胶凝材料 的 2 5 ， 取 4 。 且选 用木质 钙粉减 水剂 ， 取胶凝材料 的 1 。 可知配合 比中取 J H I 型 防冻增强剂 、 J H I I 型早强减水剂均为 1 6 k g m3 , 木质钙粉减 水剂 4k g m 。 2 1 3 细骨料 细骨料宜选用石英含量高 、 颗粒形状浑 圆、 洁净 、 具有 平滑筛分 曲线的中粗砂 ， 细度模数控制在 2 6 3 2 之 间， 在 干混抗冻混凝土的适配过程中， 为满足混凝土在冬季环境 下工作性能 ， 满足混凝土 的坍落度要求 ， 砂率取值范 围在 3 3 4 1 。 选取 3 5 。 2 2 粗骨料 本产 品采用江宁采石场生产 的碎石 ， 石子直径 为 5 1 6 mm 的连续级配 ， 压碎指标为 1 3 6 ， 针片状 颗粒含量 4 7 ， 含泥量为 0 5 。 水料比取值范围为 0 0 8 - 0 1 1 ， 初次配制时取 0 0 9 ， 用水 量为 1 8 0 k g ， 可得 m c = = ： ： 2 O 0 0 k m3 ( 3 ) 8 0 0 9 式 中： m 混凝土干混料用量 ， k g m ； m 。 混凝土的水用量 ， k g m ； 水料 比。 采用质量法计算粗 、 细骨料用量时， 应按式( 4 ) 、 ( 5 ) 计算 ： mf 0 + m 0 + m 0 + mg 0 + m。 0 = m。 ( 4) s - 一 x l O 0 ( 5 ) ms 0 + mg 0 式中： T g 0 单位混凝土的粗骨料用量 ， k g m ； m。 。 单位混凝土的细骨料用量 ， k g m ； m 。 单位混凝土的外加剂用量 ， k g m 。 可得 m o = 1 0 2 7 k g ； m o = 5 5 3 k g 。即初步设置配合 比为 如表 3 。 表 3 初步配制配合E 在 干混 抗冻混凝 土 的适 配过程 中 ， 为满足混凝 土在 冬季环境下工作性能， 取混凝土的坍落度为( 1 5 0 1 0 ) m m。 按 上述配 合 比设 计制 作 的混凝 土力 学性 能不 能达 到坍 落度 要求 ， 坍落 度 太低 ， 混凝 土 流 动性 太差 。 按 上述 配 合 比设 计 方法 调 整混 凝 土 配合 比 ， 可 得 如表 4三组 配 合 比。 表 4 调整后配合 比 3 试验及分析 试验按照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试 验方法标准 有关要求制作 1 5 0 I l lT I 立方体试件。 混凝土拌 合物 的搅 拌采用二次搅 拌法 ， 在 第一级混合 预制基料 的 l 45 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基础上掺入石子与水 ， 送人 H J W 6 0 型搅拌机进行第二级 搅拌。 3 1试 验 方 法 第一部分试验 ： 适配 C 3 5 级混凝土 ， 不掺加 J H I 型防 冻增强剂 、 J H I I 型早强减水剂 ，放在标准养 护室养护 ， 养 护 温度 ( 2 0 _+ 3 ) ， 湿度 为 9 0 ， 分别 测定其 3 、 7 、 2 8 d的抗 压强度 ， 每次俩组试块。 第二部分试验： 制作分别掺加 J H I 型防冻增强剂 、 J H I 匹! 早强减水剂外加剂的混凝土试块。 浇筑成型后 ， 预养 4 6 h ， 在模拟冬季施工环境 下养护 7 d ， 然后把 负温 养护下 的混 凝 土转入标准养护条件下进行 养护 ， 经过一 定时间后 ， 测 定混凝土的抗压强度 。 模拟冬季施工环境 ， 本试验冬季施工环境是在盱眙某 公 司冷冻库完成 。 该冷库在每天有 2次降温 ， 使冷 库 内温 度降低 ， 分别是早上 6 点至 7 点和下午 1 4 ： 0 0 至 1 6 ： o 0 ， 图l 收集了该库几天 内的温度变化情况。 一4 6 8 一 1 0 赠 一 12 1 4 1 6 昌 景 2 暑 是 昌 是 时间 图 1 冷冻库内几天温度变化情况 从上述图可看出 ， 冷库温度在一 1 5 _ 5之 间变化 ， 符 合冬季温度变化情况。 3 2 试验 成果及分析 按上述方法制作 的混凝土试块 ， 按 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 做混凝 土立方体抗 压强度 。 压强变化如表 5 、 6 、 7 。 表 5为第一部分试验 内容结果 ， 即在标准养护条件下 养护 3 、 7 、 2 8 d 测得 的混凝土强度 ； 表 6为在模拟冬季施工 表 5 G 3 5混凝土 注 ： 字母下标 1 代表掺加 J H I I 型早强减水剂 ； 字母下标 “ 2 ” 代表掺加 J H I 型防冻增强剂 。 1 4 6 环境且不加防冻措施下养护 7 d 后 ， 移入标准养护条件养护 3 、 7 、 2 8 d测得 的混凝土强度 ； 表 7为在模拟冬季施工环境 且加薄膜包裹， 棉被遮盖条件下养护 7 d 后 ， 移人标准养护 条件养护 3 、 7 、 2 8 d 测得 的混凝土强度 。 表 7加 防护冻 混凝 土 3 3 试验结果分析 分析试验数据 ， 对 比试验内容的区别 ， 可得 如下几 点 内容 ： ( 1 ) 从 表 1 可知 ， 三种配 合 比下混 凝 土在 标 准养 护 条件 下 2 8 d 龄期都 可以满足立方体抗压强 度 的要求 ； 从 表 2 、 3知 ， 分别加入早强剂 、 防冻剂在低温下养护后 ， A 组 配合 比下混凝 土 的 2 8 d 龄 期 强度均 不 能达 到 3 5 MP a ， B、 c配合 比下 强度达到 ， 可 见混凝土抗 冻外加 剂掺量较 少会影 响混 凝土 的强 度 。 B配合 比在 冬季环 境下养 护相 比未 加 早强 剂 、 防冻 剂标 养 条 件下 还 有 一定 程 度 的提 高 ， 而 c配 合 比在 未加 早强剂 、 防冻剂 的标 养条件下 强 度就较 高 ， 加入外加 剂后在冬季环境 下强度 相 比标 养条 件有些降低 。 因为外加剂 中含有 防冻组分 ， 高效减水组分 和引气组 分 ， 其 中防冻组分降可以降低混凝土 中水 的冰点 ， 使混凝 土在负温下仍能进行水化反应 ； 高效减水组分可以大幅度 降低 用水量并增加混凝土坍落度 ， 这样 ， 与不掺高效减水 剂的相同坍落度混凝土相比其强度可提高 1 2 个等级 ， 同 时可加速混凝土初期强度的增长 ； 引气组分 的作用是减少 拌合物的离析 、 泌水 ， 改善混凝土的和易性 ， 可以提高混凝 土的耐久性和抗冻性。 故加入抗冻外加剂 的混凝土在冬季 施 环境下才能有较高 的强度 。 ( 2 ) 对比数据 ， A、 B 、 C配合 比下加防护条件下抗冻混凝 土强度相 比标养条件下都有一定程度 的提升 ， 且 3 、 7 d 增强 较多。 未加防护下 A、 C配合 比混凝 土强度相 比标 养较低 ， 各时段都有一定程度降低 ， A配合比甚至不能达到 3 5 MP a 。 而在薄膜包裹 ， 棉被遮盖条件下养护的混凝土强度相比标 养和未加防护混凝土强度都提高较多。 可见抗冻外加剂对 混凝土早期强度提升有重要影响 ， 且混凝土冬季施工养护 条件也是重要 因素。 当混凝 土暴露在较低 的环境温度中时 ， 对混凝土进行 表面绝热保 温养护 ， 能减缓混凝土早期裂缝的产生 ， 太低 的温度会使水泥水化反应停止 ， 采取保温隔热措施能改善 冬季混凝 土外部温度 ， 提高混凝土早期强度 ， 阻止混凝 土 的冻融破坏。 ( 3 ) 相 同养护条件下 ， 未加防护养护 的 A、 B、 C三种 配 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 合 比混凝土试块强度 ， A、 C配合 比同时段相对增长较慢 ， B配合 比混凝土强度则各时段均 高于标 养条件下混凝土 强度 ， 三种配合 比在水 ， 石子量不变 的条件下 ， 变外加剂 、 砂 、 粉煤灰等 的量 ， 其 中外加剂是主要原 因， B配合 比是我 们需要 的配合 比。 ( 4 ) 对 比相同条件下混凝土强度 ， 加早 强剂试块强度 低于加 防冻剂试块强度 ， 可见一 1 5 5低 温条件下更适 宜用防冻剂。 4结论 由以上的俩部分试验方法及试验成果及分析 ， 可得 出 如下结论 ： ( 1 ) 本试验初步确定 的三个试验配合 比在标准情况下 2 8 d 龄期混凝土强度均能达到 C 3 5 级 ， 按上述的配合 比设 计方法能过得到合适 的混凝土配合 比。 ( 2 ) 对 比同配合 比混凝 土 3 、 7 、 2 8 d 强度 ， 加人抗 冻外 加剂后模拟冬季施工环境下混凝 土强度能够超过标养条 件 下混凝 土强度 ， 抗冻外加剂对混凝土强度的影响很 大 ， 而且在一 1 5 - 5低温条件下 ， 更适宜掺加 J H I 型防冻增 强剂配制干混抗冻混凝土。 ( 3 ) 对 比三种配合 比混凝 土强度 ， A组配合 比 昆 凝土 外加 剂量过 少 ， 不能达 到 C 3 5 强 度 ， 可见冬 季施 工混 凝 土强 度受混凝 土外 加剂 用量 的影 响 ， 在 配合 比设 计 时 ， 需要 严格控 制外加剂 的用量 ， 综合考 虑工作 性能和经 济 效益 p p t p p 墨翻田 ( 4 ) 冬季施工环境下 ， 为混凝土外部添加保 温防护措 施可以改善混凝土外 部环境 ， 提高混凝土早期强度 ， 是有 效的冬季施 _丁措施 。 ( 5 ) 对 比各个配合 比各 自相同时段的混凝土强度 ， B 组 配合 比混凝 土强度各 时段加入外加剂后相 比标养 条件 下 均有增强 ， 是最适宜 的配合 比。 参考文献 ： 【 1 】G B 5 0 0 1 0 - - - 2 0 1 0 ， 混凝土结构设计规范 s 1 2 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2 ， 混凝土结构工程施工及验收规范【 s 】 3 裔博 干混自密实混凝土及其在结构加固工程中的应用【 D 】 南 京 ： 南京工业大学 ， 2 0 1 3 ， 6 4 】 张豪杰 掺复合防冻剂普通混凝土冬季施工质 量检测与试验研 究 D 兰州 ： 兰州理工大学 ， 2 0 1 2 ， 6 5 刘典恩 ， 习红绢， 李平 冬季超早强 C 5 0 混凝土配合比的配制筑 路机械与施工机械化【 J 1 2 0 0 4 ， 2 1 ( 1 1 ) 【 6 】惠飞 ， 裔博 ， 李延和 干混 自密实混凝土制备及力学性能研究 J 1 _ 江苏建筑 ， 2 0 1 2 作者简介 联 系地址 ： 联 系 电话 罗憨( 1 9 8 8 一 ) ， 男 ， 硕士研究生， 研究方向： 主要结构加 固与检测。 南京市浦口区浦珠南路 3 0号 南京工业大学土木学 院 8 0 号信箱( 2 1 1 8 1 6 ) 1 8 01 3 01 2 9 5 6 第四届全 国建筑行业信息传媒工作竞赛评审会召开 我刊再次被评为全国建筑行业精品期刊 7 月 2 9 E t ， 中国建筑业协会召开“ 鸿翔杯” 第四届全国建筑行业信息传媒工作竞赛评审会， 副秘书长赵峰主持会议。 来 自住房城 乡建设部 、 人 民 日报社 、 中国建设报社 、 建筑杂 志社 、 建筑时报社 、 中国冶金建设协会 、 浙江省建筑业行业 协会 、 浙江鸿翔建设集团有限公 司的多位专家 ， 根据 全 国建筑行业信息传媒工作竞赛精 品期刊 、 报纸及 网站评分标准 ， 对申报 的建筑行业期刊 、 报纸 、 网站进行了认真 的审查和评选 。 通过评分 ， 一致 同意 混凝土 等 3 9 家期 刊为精 品期刊 、 甘 肃建筑业 等 5 1 家期刊为优秀期刊 ， 中国混凝土行业 网等 6 0家网站为精 品网站、 浙江省工业设备安装集 团有限公 司网站 等 7 8 家网站为优秀网站。 同时 ， 会议 以投票方式评 出我刊主编戴显明等 1 0 名同志为建筑行业刊物十佳 主编 、 王正祥等 3 6名同志为建筑行业 期刊优秀主编。 0 0 0 江西宜春预拌砼行业信息化监控平台建设有望在全市实施 为进一步提升宜春市预拌混凝土生产企业的生产工艺水平 ， 提高生产效率 ， 促进产业升级 ， 减少税 收流失 ， 保 障国家 税收收入， 通过预拌混凝土行业信息化监控平台建设， 将预拌混凝土全行业生产销售信息纳入市、 县( 市) 两级政府 、 财政 局 、 国税局 、 散预办信息监控内容 ， 对于促进行业公平竞争 ， 具有积极的现实意义。 本项 目实施由市政府办牵头负责 ， 相关部门配合做好推行前期准备工作， 市散预办参与起草相关文件 、 方案及工作 总结 ， 负责 问题收集并向牵头单位反馈。 实施后 ， 市散预办参与信息监控平 台管理 。 本项 目实施对象为全市预拌混凝土生产企业。 2 0 1 4 年 9 1 2 月为宣传准备阶段， 2 0 1 5 年全面推进。 本项 目实施的保障措施 ， 要求成立组织机构。 成立宜春市商品混凝土行业信息化监控平台推行工作领导小组， 推动 本项 目实施 ， 各县 ( 市 ) 比照执行 。 本项 目实施方案现已由市政府办发至各县( 市) 、 市直相关部门征求意见， 修改后由市政府发布实施。 】 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m