海工大体积混凝土耐久性控制.pdf

第9 卷第2 期 2 0 1 0 年 6 月 石家庄铁路职业技术学院学报 VO L 9 N o 2 J OUR NAL OF S HI J I AZHUANG I NS TI TUT E 0F RAI L WA Y T E CHNOL OGY J un 2 0 l 0 海工大体积混凝土耐久性控制 任 庆 国 苗 兰弟 ( 陕西铁路工程职业技术学院 陕西渭南 7 1 4 0 0 0 ) 摘要： 在建设工程中大体积混凝土常见的质量问题就是混凝土结构产生裂缝，为防止裂缝产生， 不仅要满足强度、抗渗等要求，还要严格控制大体积混凝土内外温差。结合工程实际经验，从胶凝 材料用量的控制、原材料的质量控制、正交设计法的运用等方面探讨大体积混凝土的耐久性，以期 达到提高大体积混凝土质量的目的。 关键词：大体积混凝土 耐久性 质量控制 正交设计 中图分类号： T U 7 5 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 3 - 1 8 1 6 ( 2 0 1 0 ) 0 2 - 0 0 2 1 - 0 3 1 前言 随着 国民经济的 日益繁荣，海上特大桥工程也 日益繁多，高性能混凝土需求增多，在海工混凝 土施工中对耐久性的要求是很重要的。为获取高性能混凝土，最重要的是优化混凝土配合比。本工 程所用混凝土原材料多达 8 9种，各种材料交互作用，优化一个配合比较为复杂，同时要满足海工 混凝土耐久性也要采取一系列措施。 2 提高混凝土耐久性的方法 ， 2 1控制水泥用量，取利去弊保证混凝土体积稳定性， 减少混凝土 自收缩 本工程地处I I I F 级环境及腐融作用等级的主通航孔，一个承台的混凝土方量一万二千多立方 米，按惯用配合比将导致混凝土在硬化过程中因水化热引起较大的内外温差，致使混凝土结构产生 裂缝。要解决水化热过大造成混凝土内外温差过大问题，严格控制水泥在混凝土配合 比上的用量是 最重要的。除了因水泥用量大使混凝土温差增大外，还会造成混凝土 自收缩增大导致裂纹增加的现 象 。因此，盲 目多用水泥来提高强度是以牺牲混凝土耐久性为代价的，在保证强度的前提下减少水 泥用量是增强混凝土耐久性的一剂 良药 。本工程配合 比经多次优化，水泥用量 已降至1 3 6 k g m ，仅 占胶凝材料的3 5 ，这样早期强度降低了，后期强度确保了，大大的减少发生温差裂纹的可能。之 所以如此少的水泥用量而混凝土强度还能确保是因采取 了大剂量的掺用粉煤灰和矿粉 以及使用了高 性能减水剂。粉煤灰和矿粉两种材料发挥强度具有后期性，粉煤灰的强度是靠水泥中的碱激活的， 工程中所用低碱水泥 ( 0 6 碱含量 )足 以激活粉煤灰活性。掺用粉煤灰对获取好的配合比具有以下 优点：一则利用了粉煤灰之强度 ，二则消耗了大量的碱，使碱集料反映得到了进一步抑制。本工程 每立方混凝土粉煤灰用量为1 7 6 k g ，为胶凝材料的4 5 ，比水泥用量还高。需要注意的是粉煤灰必 收稿日期：2 0 1 0 0 3 2 5 作者简介：任庆国 ( 1 9 8 0 - )，男，汉，山东曹县人，学士，研究方向桥梁病害的检测及维修； O n l。 2l 石家庄铁 路职业技术学院学报 2 0 1 0年第 2 期 须是各指标合格 ，否则达不到现有效果，本工程是用谏壁 电厂，风选 I 级低钙灰，取得了很好的效 果 。 总而言之减少水泥用量就减少了水化热 ( 四号墩承台底层混凝土经温控测试混凝土内部温度峰 值为 4 3) 。比温控设计的最高温度 “ 不宜超过 5 6”低 了很多，减少了温差，给温控工作减少 了压力。减少了水泥用量就减少了混凝土的自收缩。这样减少水泥用量就去了两害。而多用粉煤灰， 调动 了粉煤灰发挥强度的潜力，得到了强度同时消耗 了碱，抑制了碱集料反应从而获得了两利 ，这 样取利去弊，找到既保证混凝土强度又最大限度的降低水化热的结合点，就有效的提高了混凝土的 耐久性 。 2 2减少胶凝材料总量 有资料介绍混凝土 自收缩有时可达到混凝土总收缩的 5 O，在加上早期养护不当，混凝土的开 裂就会随之而来。要克服这个问题，首先要在配合比上把好第一关，即尽量降低胶凝材料用量，从 而减少混凝土总收缩值。减小胶凝材料总量，最有效的办法是降低每方混凝土的用水量 ，而现实低用 水量的技术途径主要是靠掺用高性能减水剂 ( 本工程所用外加剂为 U C I B型外加剂，减水率为 2 8 左右，2 8 d 抗压强度比为 1 5 1 ，混凝土缓凝时间为2 1 个多小时， 混凝土含气量为4 6 ) ，再则是 掺用矿粉 ( 矿粉重要指标比表面积为 3 5 8 m k g 、活性指数 1 0 4)以及严格控制其它原材的技术指 标。本工程每方混凝土用水量 ( 包括两种外加剂中的含水量)为 1 3 8 k g 。因此胶凝材料总量得以控 制在 3 9 0 k g m 。混凝土坍落度还能达到 2 0 0 mm，压力泌水值 2 8是满足施工要求的。因此也使水 胶 比控制在 O 3 5 左右也是比较合适的。 2 3获得高性能混凝土、原材质量不容忽视 合格 的混凝土必须有合格的材料为依托 。为确保混凝土耐久性，为使混凝土早期强度不至过高， 我们首先注重水泥中 C 3 A的控制和使用的缓凝型减水剂 ( 现用水泥中 C 3 A含量 79) 。因此提 高了混凝土极限拉伸值 ，更充分的发挥外加剂的减水率 ( C 3 A吸附外加剂多) 。 2 _ 3 1砂子 本工程所用砂最大特点是洁净，材质坚硬 ( 石英含量高) ，由于严格的控制，基本满足了 2 6 - - 2 9这个很严格的细度模数。而 2 3 6 mm筛孔的累计筛余量大于 1 5和 0 3 mm孔的累计筛余量宜 在 8 5 9 2 的范围，受资源影响很难达到 ，但其缺欠通过混凝土配 比调整得以弥补。总的感觉闽 江砂在所经历 的砂源中 邑属不可多得了。 2 3 2碎石 关于佛渡岛5 - 2 5 m m 碎石本工程中有争议，施工控制有难度，这个新矿还不很成熟，其弱点是 资源上不很匀质，岛上缺乏淡水，冲洗困难。碎石松散堆积密度偏轻。特别是泥含量问题没有能稳 定控制住砂石中含泥量高， 不仅将造成水泥和拌和水用量加大， 而且还降低混凝土强度和抗冻性、 抗渗 性【 2 J o由于海上施工，碎石堆场有限，当钻孔桩准备灌筑混凝土时，若恰逢雨天生产碎石，含泥量 大于0 5而无法生产混凝土，便会造成钻孔桩不能及时灌筑混凝土而发生坍孔的现象 。因此常有整 船碎石退货， 甚至将平台上不合格碎石丢弃海中。因此把泥含量放宽到国际要求是否可行值得商榷。 后面要进行的塔柱施工对混凝土的要求更高，预应力混凝土中要求的弹性模量 以及上部混凝土的外 观 ，色差等问题都应慎重考虑。但是佛渡 岛碎石有一个优点也不可忽视 ，佛渡 岛碎石属凝灰岩，其 配制的轻质混凝土极限拉伸值比普通混凝土高2 3 倍，因此在承台混凝土中克服混凝土出现 的拉应 力是有益的。 第 2期 任庆国，等 海工大体积混凝土耐久性控制 当然本工程中碎石的氯离子含量、坚固性、碱活性、三氧化硫含量、岩石强度；砂子的碱活性、 三氧化硫含量、氯离子含量；水泥中的碱含量、铝酸三钙含量；粉煤灰中的三氧化硫含量及常规检 测 ：减水剂中总碱量、减水率、固含量 、氯离子含量；矿粉的密度 、比表面积 、活性指数、流动度 比、三氧化硫、烧失量；阻锈剂的各项指标；各种配合比的氯离子扩散系数、总碱量及实体混凝土 的氯离子扩散系数、总碱量等经检测检测均合格。所有 已成混凝土结构从强度及其评定氯离子扩散 系数均达标。 2 4正交设计法的运用 还有一点值得一提，就是当前大建设的环境下，工程工期要求都相 当紧迫，而混凝土试拌工作 又偏有一个较长的周期，比如 2 8 d的强度龄期，8 4 d的氯离子扩散龄期，都不容试验工作按常规看 到结果后再提高一步从头再来之作法。如前所述现在混凝土原材多达 8 9种，各种材料交互作用互 相影响，比如聚丙烯纤维的掺入影响混凝土的坍损值，而阻锈剂的掺入与减水剂之间又影响混凝土 的泌水率和减水率，矿粉和粉煤灰相互也有影响，材料种类多也就是因素多。哪种材料掺多少能使 最后结果最佳，这要优化起来工作量是相当繁重的，耗时也长，这样工期不允许。据以往经验我们 想起了正交设计法，这个方法主要是利用正交表 “ 均衡的搭配性和整齐的可比性原理解决多因素、 多水平的繁杂一些的试验，通常采用 “ L 9( 3 4 )正交表” ，使用起来很方便，一般作 9次试验相当 2 7次试验 的效果。我们将这个方法推荐给承包单位，他们成功的运用正交设计法，在较短的时间里 解决了多因素、多水平的混凝土配合 比的优化 问题，赶在了四号墩承台混凝土浇筑前提出了满意的 混凝土配合 比，走 了捷径。因此也望还没有尝试此方法 的同仁不妨一试。 3 结论 综上所述，随着大体积混凝土愈来愈多地应用在众多实际工程中，尤其是海洋工程中，对大体 积混凝土温度裂缝的研究也在不断深入 。实践证明，要保证海工大体积混凝土的施工质量，除要满 足强度、刚度、整体性、抗渗等要求外 ，还应根据混凝土结构的不同特点、受力状况、约束条件等 因素进行综合考虑，本工程海工混凝土的试验方法有效的提高了耐久性：减少了温度裂缝的产生， 保证 了大体积混凝土的质量，保障了工程的顺利进行 ，取得 了可观的经济效益 。 参考文献： 【 l 】 吴崔华 大体积混凝土的施工技术探讨和质量控制分析【 J 】 黑龙江科技信息 2 0 0 9 ， 2 8 3 4 7 【 2 】 李志勇王海军 大体积混凝土裂缝分析及控制技术【 J 】 _ 内蒙古科技与经济 2 0 0 7 ， 2 1 4 6 2 4 6 4 Du r a b i l i t y Co n t r o l o f M a r i n e S t r u c t u r e M a s s Co n c r e t e R E N Qi n g - g u o MI AO L a n - d i ( S h a a n x i Rm l wa Y I n s t i t u t e We i n a n S h a a n x i 7 1 4 0 0 0 C h i n a ) Ab s t r a c t ：Co mmo n q u a l i t y p r o b l e ms o f ma s s c o n c r e t e i n c o n s t r u c t i o n i s t h e f o r ma t i o n o f c r a c k ， I n o r d e r t o p r e v e n t t h e f o r ma t i o n o f c r a c k ， t h e r e q u i r e me n t o f s t r e n g t h a n d a n t i p e r me a b i l i ty s h o u l d b e me e t and I n t e r n a l and e x t e rna l t e mp e r a t u r e d i ff e r e n c e s s h o u l d b e c o n t r o l l e d Du r a b i l i ty o f ma s s c o n c r e t e i s d i s c u s s e d f r o m c o n tr o l s o f c e me n t i n g ma t e r i a l a mo u n t ，c o n t r o l s o f ma t e r i a l q u a l i ty and a p p l i c a t i o n o f o r t h o g o n a l d e s i g n wi t h t h e c o n s t r u c t i o n e x p e r i e n c e t o i mp r o v e t h e q u a l i ty o f ma s s c o n c r e t e K e y wo r d s ：Mass c o n c r e t e Du r a b i l i t y Q u a l i ty c o n t r o l Or t h o g o n a l d e s i g n 23