硫铝酸盐快硬自密实混凝土的研制及应用.pdf

第 4 O卷第 1期 2 0 1 3年 1 月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c hn i q u e De v e l o p me nt Vo 1 40， No 1 J a n 2 O1 3 硫 铝 酸 盐快硬 自密 实 混凝 土 的研 制及 应 用 段桂珍 仲朝 明。 1 包头钢铁( 集团) 有限公司建设部 ， 内蒙古包头0 1 4 0 1 0 ； 2 中冶集团建筑研 究总院， 北京 1 0 0 0 8 8 摘要 通过使用快硬硫铝酸盐水泥和促凝剂配制出一种快硬 自密实混凝土 ， 该混凝土坍落度 2 6 0 m m、 扩展度 6 5 0 m m， 常温下 1 h抗压强度可达 3 0 M P a以上 ， 具有 良好 的工作性 能和早强性 能。该 混凝 土在包钢集 团轧机设备基 础抢修工程进行了应用 ， 使用效果 良好 ， 节省了大量时间 ， 保证 了产线按时投产 ， 经济效益显著。 关键词 硫铝 酸盐水泥 ； 自密实 ； 促凝剂 ； 抢修 中图分类号 T U 5 2 8 5 3 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 1 - 5 2 3 X( 2 0 1 3 ) O 1 - 0 0 1 2 - 0 3 1 概述 硫铝酸盐水泥 ( S A C ) 作为我国四大特种水泥品 种 ( 白水 泥 、 低热大 坝水 泥 、 铝 酸盐水 泥 、 硫 铝 酸盐水 泥) 之一 ， 经过 三 十多年 的开 发和应 用 已经形 成 了一 定的生产和使用规模 ， 其中快硬硫铝酸盐水泥( R S A C ) 因为其早强、 快硬 、 负温水化、 低干缩等特点 ， 在 抢修 、 抢建工程、 冬季施工工程等有较大量的应用。 自密 实 混 凝 土 ( S e l f C o mp a c t i n g C o n c r e t e ， S C C ) 的概念最早 由 日本东京大学 的混凝 土实验室 提 出 ，随 即 得 到 了 鹿 岛 ( K a j i m a ) 、前 田 工 机 ( Ma e d a ) 、 大成 建设 ( T a i s e i ) 等 日本 大型 建筑 公 司 的 认同 。自密实混凝 土仅靠 自重便可流过密集 的 钢筋并填充整个复杂的模型 ， 同时不离析 、 不泌水 ， 保持 自身的均匀性。这一特性使得 自密实混凝土在 浇 注过程 中省去 了人 工振捣 ， 这不 仅节 约 了人 力 、 减 少 了噪音 污染 ， 而且 避 免 了振 捣 工 人 因为 漏 振 或其 它操作失误带来的混凝土质量缺陷。 本文 将 自密实混 凝土技 术 和快硬 硫铝酸 盐水 泥 混凝土技术相结合 ， 通过使用快硬硫铝酸盐水泥和 混凝土外加剂配制 出一种超早强 自密实混凝土， 这 种 混凝 土坍落 度 2 6 0 m m、 扩展度 6 5 0 m m， 常温下 一 小时抗压强度 3 0 MP a以上 ， 并在包钢集团无缝钢管 生 产线轧 机安 装工 程 中进 行 了应 用 。 2原材 料与试 验方 法 2 1 原材 料 水 泥 ： 4 2 5级 快 硬 硫 铝 酸 盐 水 泥 ， 天 津 华 远 特 种 水泥 厂 ， 详 细性 能见表 1 。 收稿 日期 ： 2 0 1 21 01 5 作者简介 ： 段桂珍 ( 1 9 7 0 一 ) ， 内蒙包头人 ， 本科 ， 经济师 ， 现从事建筑工 程管理。 1 2 粉煤灰 ： I I 级灰 ， 北京石景山电厂 ； 集料 ： 中砂 ， 细度模数 2 4； 碎石 ， 52 5 m m连 续 集配 ； 产地均 为河北 涿州 ； 减水 剂 ： 萘 系 ， U N F一5高效 减 水 剂 ， 粉状 ， 产 地 天 津 ： 促凝 剂 ： 自制 ； 拌合 水 ： 饮 用水 。 表 1快硬硫铝酸盐水 泥的物理 力学性能 凝结 时间 强度 MP a 比表面积 初凝 终凝 抗折 抗压 ( m k g ) ( h： mi n ) ( h ： mi n ) l d 3 d 2 8 d 1 d 3 d 2 8 d 3 8 3 0： 3 7 1 ： 0 6 7 4 8 3 8 4 4 5 6 5 2 2 5 3 7 2 2试 验 方 法 2 2 1 基础配 合 比 参 考 国内外 有关 自密实 混 凝 土 的学术 论 文 ， 确 定 自密实混 凝土试 验 的基 础 配合 比 ， 并 进 行流 动 性 试验 ， 在此基础上添加促凝剂调节混凝土的凝结时 间和小时强度， 实验及养护条件按标 准要 求进行 。 基础配合 比见表 2 。 表 2混 凝 土 试 验 基 础 配 合 比 ( kg m ) ( C+F) Sp C S G UNF一5 FA 0 3 5 41 8 4 3 0 6 9 0 9 6 0 9 1 2 O 2 2 2 流动 性试 验 流 动性 也 可 以称 为 自填 充性 ， 这 一 指标 用来 衡 量 自密实混凝土在 自重下对模型的填充能力。国内 一 般采用坍落度和扩展度来衡量， 要求坍落度不小 于 2 5 0 m m， 扩展 度不小 于 6 0 0 m m ； 而 E t 本一 般对 坍落度没有要求 ， 要求扩展度不小 于 6 0 0 m m， 同时 第 4 O卷 段桂珍 ， 等 ： 硫铝酸 盐快硬 自密实混凝 土的研制及应 用 第 1期 要求扩展度达到 5 0 0 mm的时间不高于 1 5 S ； 流 动性有时也采用 U型箱试验来测量， 通过 u型箱两 边混凝 土 的高度 差来 衡 量 自密 实 混凝 土 的流 动 性 。本文 的流 动性试 验 主要通 过坍 落度 、 扩 展 度 、 u型箱试验来完成 ， u型箱示意图如图 1 。坍落 度试 验 的 同 时 观 察 粗 骨 料 是 否 被 均 匀 输 送 到 最 边 缘 ， 拌合物有无离析 、 泌水 、 抓底等现象。 钢筋网片 图 1 U 型箱 不 意 2 2 3抗压强度 、 抗渗及冻融循环试验 混凝土抗压强度试验按照 普通混凝土力学性 能试验方法标准( G B T 5 0 0 8 12 0 0 2 ) 进行 ， 试块 大小为 1 0 0 m m1 0 0 mm X 1 0 0 mm， 按标准要求折 算成标准试块强度。1 h和 2 h强度从加水搅拌开 始计算 ， 提前 5 rai n拆模 ， 其它龄期的试块按照混凝 土力学性能检测标准规定执行。 由于硬化后的混凝土 的密实性非常好 ， 按 照普 通方法无法检测其抗渗性 ， 因此抗渗性试验采用 1 d 龄期的混凝土 ， 2 0 MP a恒压 8 h ， 然后将抗渗试块 劈开 ， 观察 水 的渗 透高 度 。 冻融循环试验按照 普通混凝土长期性能 和耐 久性能试验方法标准 ( G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ) 中慢冻 法相关要求进行 ， 1 0 0 l n m1 0 0 l n n q 1 0 0 l n i i l 。 3试 验 结果 及分 析 3 1 流 动 性 试 验 按 照表 2所 列 混凝 土 的配合 比进 行试 配 试 验 ， 混凝土拌合物初始坍落度 2 7 0 m m， 扩展度 7 0 0 mm， 黏聚性 良好 ， 无离析、 泌水、 抓底现象。u型箱试 验 时 ， 拌合物从一侧通过钢筋网片流至另一侧 ， 没有骨 料堆积现象 ， 两侧高度差为零。 3 2促 凝剂 的掺 量 对 混 凝 土 流动 性 及 小 时强 度 的 影 响 在基础配合比的基础上按照水泥质量 的百分 比 掺入促凝剂进行试验。试验 中发现虽然混凝土坍落 度相同， 但是扩展度有大有小 ， 因此对于黏聚性 良好 的自密实混凝土来说 ， 扩展度数据 比坍落度更能真实 反应混凝土拌合物的流动性情况。试验结果如图 2 、 图 3 。 妻 0 1 2 3 4 5 促凝剂掺量， 图 2 促凝剂 掺量 对扩展度 的影 响 U I 2 3 q 促凝剂掺量， 图 3 促凝剂掺量对 1 h抗压强度 的影 响 从 图 2、 图 3可 知 ， 随着 促 凝 剂掺 量 的增 加 ， 混 凝土拌合物扩展度逐渐减小而 l h抗压强度逐渐增 大。当促凝剂掺量达到 3 时， 扩展度 2 6 0 m m、 1 h 抗压强度 3 3 2 MP a ， 流动性和小时强度两个指标都 比较理想 ， 因此促凝剂掺量选定为水泥量的 3 ， 最 终配 合 比如表 3 。 表 3混凝土最终配合 比( k g m ) W ( C+F ) S p C S G U N F一5 促凝剂 0 3 5 4 1 8 4 3 0 6 9 0 9 6 0 9 1 2 O l 2 9 3 3 抗压 强度 、 抗渗 及 冻融试验 按照 表 3的配 合 比进行 试 验 ， 1 h 、 2 h 、 1 d 、 2 8 d 的抗 压强 度分别 为 3 3 2 MP a 、 4 2 5 MP a 、 5 5 1 MP a 、 6 8 5 MP a ； 抗 折 强 度 分 别 为 3 6 MP a 、 4 2 MP a 、 6 0 MP a 、 8 5 MP a 。取 1 d龄 期 的抗 渗试 块 ， 在 混 凝土 抗渗 试验 机上 2 0 MP a恒 压 8 h后 劈 开 ， 平 均 渗透高度只有 4 1 c m， 抗渗性非常好。2 0 0次冻融 质量 损 失 0 8 、 抗 压 强 度 损失 1 2 ； 3 0 0次 冻 融 质量 损失 1 1 、 抗 压强 度损失 2 9 。 1 3 啪瑚姗枷姗瑚 0 如 如 0 龟 嘿 一 第 1期 段桂珍 ， 等 ： 硫铝酸盐快硬 自密 实混凝土的研制及应 用 第 4 0卷 3 4 温度 对 小时抗压 强度 的影 响 调整水温和料温 ， 保证混凝土拌合物的温度分 别为 1 0 C和 2 0 ， 成型后立刻带模放人低温试验箱 中， 低 温 试 验 箱 温 度 分 别 调 节 为 0 、一1 0 C、 一 2 0 C、 一 3 0 C， 测 量 1 h抗 压强度 ， 结 果如 图 4 。 2 O 1 O 0 1 0 - 2 0 - 3 0 环境温度， 图 4环 境 温 度 对 1 h抗 压 强 度 的影 响 由图 4可知 ， 随着环境温度的降低 ， 混凝土 1 h 抗压强度也降低。但是只要保证拌合物初始温度不 小于 2 0 ， 即使是在 一3 0 o I = 环境温度下 ， 硫铝酸盐 快 硬混 凝土 的 1 h抗 压强度 也能 达到 2 0 MP a以上 ， 这一点说明了硫铝酸盐快硬混凝土非常适合严寒地 区和冬 季 的抢 修工 程 。 4工 程应用 包 钢集 团 1 5 9连 轧无缝 钢管 生产线 轧 机机架 预 埋螺栓的位置偏差较大 ， 导致设备无法安装， 只能将 螺栓凿 出重新埋设。如果使用普通混凝 土进行 安 装 ， 虽然造价较低 ， 但是 由于正处于冬季 ， 气温较低 ， 达到设 计握 裹 力 至 少 需 要 2 8 d时 间 ， 严 重 影 响 工 期 。为 了保证设备按时完成安装 ， 项 目部决定采用 硫铝酸盐快硬混凝土进行螺栓锚固安装。考虑到冬 季气温较低 ， 现场采用热水进行搅拌 ， 施工完成后覆 盖岩棉被进行保温养护。施工后第二天进行现场螺 栓拉拔试验 ， 3根螺栓 的拉拔试验结果表 明硫铝酸 盐快硬混凝土对螺栓的握 裹力 全部 达到了设计要 求 ， 可 以进 行设备 安装 。 硫铝 酸 盐快 硬 自密 实 混凝 土 具有 流 动性 好 、 小 时强度高 、 耐久性好等优点 ， 可以为工程建设节省大 量时间， 值得在工程建设中推广应用 。 参 考 文献 1 P r o f D r P e t e r J M B a r t o s ， Me a s u r e m e n t o f K e y P r o p e r t i e s o f F r e s h S e lf c o mp a c t i n g C o n c r e t e ， Me a s u r e me n t ， t e s t i n g a n d s t a n d a r d i z a t i o “： F u t u r e n e e d s i n t h e fi e l d o f c o n s t r u c t i o n ma t e r i a l s ， P a r i s， 56 J u n e 2 0 0 0 2 黄 为民， 张勇涛 ， 玉万 贤等 C 6 0高抛免振钢 管混凝土 的研 究与 开发 J ， 混凝 土， 2 0 0 2， ( 1 2 ) 3N a K a j i ma ，Y ， N a k a z o n o ， A ， Mo r i ， S ， “H i g h S t r e n g t h S e l f C o mp a c t i o n C o l o r e d C o n c r e t e f o r R i t t o B r e d g e S u b s t r u c t u r e( N e w Me i s h i n E x p r e s s w a y ) ”， P r o c e e d i n g s o f t h e fi r s t fi b C o n g r e s s 2 0 0 2， P P 1 3 7 1 4 6 Oc t o b e r ， 2 0 0 2 4 常峰 聚羧酸减水剂 在银泰 中心 工程 C 5 0 、 C 6 0自密实混凝 土施 工 中的应用 聚羧酸系高性能减水剂及其应用技术 C ( 上接第 3页) 固 。 固 卜 固回 图 5 连体部分基础平 面布置 3 结论 1 ) 狭 长 的连 体 结 构 可 用 抗 震 缝 划 分 成 几 个 规 则的结构单元 ， 减小扭转效应 ， 单独建模计算 。这样 可 简化设 计 ， 结 构受力 更易 把握 。 2 ) 连体结构的扭转效应显著， 应尽量将剪力墙 布置在周边、 角部 ， 连接体与塔楼一般采用强连接 ， 可 减小扭 转影 响 。 参考文献 1 谭光宇 地震作用下高层 双塔 连体结构受力性能研究 D 湖南 大学 ， 2 0 0 7： 1 3 f 2 J G J 32 0 1 0， 高层建筑混凝 士结构技术规 程f S 北京 ： 中 国建筑 1 4 回 圆 工业出版社 ， 2 0 1 0 3 张玲 高层连体结构 抗震性 能与 内力 特性分析 D 吉林 大学 ， 2 0 0 8： 2 4 冷立群 ， 陈丽红 广州 某高层连体结 构方案选型 J 广东科技 ， 2 0 0 9 ( 6) ： 1 5 61 5 7 5 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ， 混凝土结构设计规范 s 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 1 0 6 朱鸣 ， 王春磊 ， 张徐 太原博物馆连 体结构分析 与设计 J 建筑 结构 ， 2 0 l I ， ( 9 ) ： 2 8 3 3 7 张春浓 ， 徐斌 凯晨广 场多塔连体 结构设计研究 J 建筑结构 ， 2 0 0 8 3 8 ( 1 )： 9 61 0 0 8 B G 5 0 0 1 1 2 0 1 0， 建筑抗震设计规范 s 北京 ： 中国建筑工业 出 版社 ， 2 0 1 0 加 O d 畚 氍趟 三