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      高性能混凝土在框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究

      2021-10-22 22:18:49胡聰孫國(guó)慶
      關(guān)鍵詞:高性能混凝土框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用

      胡聰 孫國(guó)慶

      【摘要】隨著建筑行業(yè)的工業(yè)化轉(zhuǎn)型,現(xiàn)階段增強(qiáng)了對(duì)高性能混凝土產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究,擴(kuò)大了高性能混凝土使用范圍,提升了建筑工程質(zhì)量。本文以此為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合某框架筒體結(jié)構(gòu)建筑工程,討論了高性能混凝土應(yīng)用中的工作度、配合比設(shè)計(jì)、施工應(yīng)用等內(nèi)容。

      【關(guān)鍵詞】高性能混凝土;框架結(jié)構(gòu);應(yīng)用

      【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.085

      以某建筑工程為例,建筑總面積為2.95萬(wàn)m2,設(shè)計(jì)方案采用框架筒體結(jié)構(gòu)。在混凝土工程中采用高性能混凝土,強(qiáng)度等級(jí)分別為C50、C60。由于該項(xiàng)目屬于框架結(jié)構(gòu)中的高性能混凝土施工,所以,對(duì)于原材料質(zhì)量控制、配合比設(shè)計(jì)、混合料運(yùn)輸、攪拌泵送澆筑,以及澆筑后的保養(yǎng)等要求相對(duì)較高。通過(guò)細(xì)化指標(biāo)、合理設(shè)計(jì)、精細(xì)化管理,積累了一些應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。具體分析如下:

      1、高性能混凝土工作度的選擇

      首先,對(duì)施工場(chǎng)地與攪拌站之間的距離進(jìn)行了信息分析,確定總距離為11.3km。采用常規(guī)運(yùn)輸方案,需要經(jīng)過(guò)40min才能將高性能混凝土送到施工現(xiàn)場(chǎng)。其次,根據(jù)對(duì)該路段的交通狀況分析,并計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)施工操作時(shí)間,預(yù)計(jì)要60min才能完成。同時(shí),混凝土澆筑采用泵送方式,要求在入模時(shí),將塌落度控制在140mm以上。通過(guò)綜合分析后,確定制作混凝土的配比設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)范圍:(1)以C60作為設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度等級(jí);(2)出廠(攪拌站)時(shí)的高性能混凝土坍落度應(yīng)該控制在200mm以上;(3)進(jìn)場(chǎng)混凝土坍落度應(yīng)該控制在160mm到180mm范圍以內(nèi)。

      2、高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

      2.1嚴(yán)格篩選原材料

      首先,在選擇水泥時(shí),以普通硅酸鹽水泥為準(zhǔn)(PO42.5標(biāo)準(zhǔn);生產(chǎn)企業(yè):內(nèi)蒙烏蘭水泥廠)。相關(guān)參數(shù)如下:(1)細(xì)度為0.08mm,篩余量(方孔篩)為3.7%;(2)標(biāo)準(zhǔn)稠度為24.5%;(3)初凝與終凝分別為1:44、3:19;(4)以3d為標(biāo)準(zhǔn),其抗壓、抗折性能分別為22.8、4.5。以28d為標(biāo)準(zhǔn),對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)為47.2、7.9。

      其次,粗骨料以反擊破葉麻巖為準(zhǔn)(生產(chǎn)企業(yè):包頭市西水泉石料廠),相關(guān)參數(shù)如下:(1)粒徑最大值25mm;(2)含泥量為1.2%;(3)壓碎值為9.7%;(4)堆積密度為1517kg/m3。細(xì)骨料為中砂,細(xì)度模數(shù)與含泥量分別為3.0和1.9%。

      第三,選用S75級(jí)礦渣微粉作為礦渣粉。粉煤灰為電廠生產(chǎn)的II級(jí)料,相關(guān)參數(shù)如下:(1)細(xì)度45mm;(2)篩余量為18%;(3)相對(duì)密度為2.2g/cm3。按照要求需水量為105,選用深井飲用水。

      第四,選用含固量為14%的聚羧酸作為外加劑,其中,引氣量為2%到3%,減少率范圍在20%到25%。

      2.2配制高性能混凝土

      第一,考慮到單位體積內(nèi)的骨料在水泥高用量條件下會(huì)相應(yīng)減少,并增加裂縫風(fēng)險(xiǎn)。所以,將其用量范圍控制在450kg到500kg以內(nèi)。

      第二,為了控制高性能混凝土強(qiáng)度,本次配合比設(shè)計(jì)中結(jié)合泵送需求,增加了高效減少劑,從而將水膠比控制在與進(jìn)場(chǎng)坍落度范圍相一致的范圍之內(nèi),設(shè)計(jì)值小于0.3。

      第三,通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析,不同的骨料參數(shù)下,混凝土強(qiáng)度會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。同時(shí),砂率也會(huì)受到影響。所以,在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)后,最后選用了中粗骨料,以5mm到25mm為范圍選用連續(xù)級(jí)配石子。砂率范圍控制在39%到41%范圍以內(nèi)。15%到20%的水泥用量由礦渣粉與粉煤灰進(jìn)行代替。正交試驗(yàn)中以3組配合比為準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并進(jìn)行復(fù)驗(yàn),最后確定選用以下配合比方案:(1)水膠比:0.32;(2)膠:1;(3)砂:1.03;(4)石:1.85;(5)外加劑:3.4%;(6)膠料總量:540;(7)7d強(qiáng)度:47.6;(8)28d強(qiáng)度:69.4。

      第四,混凝土性能檢驗(yàn)結(jié)果表明,在大氣溫度為12℃時(shí),在0、30min、60min、90min的坍落度分別為210mm、205mm、195mm、185mm。符合高性能混凝土應(yīng)用時(shí),等級(jí)強(qiáng)度大于C50后,坍落度大于180mm的要求。平均密度為2510kg/m3。對(duì)干縮試件(規(guī)格:100mm×100×515mm)進(jìn)行3d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后,轉(zhuǎn)移到20℃左右的常溫環(huán)境下,對(duì)其1d、3d、7d、14d、28d的齡期進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果表明其收縮值分別為每米-0.425mm、-1.064mm、-0.851mm、-0.431mm、-0.001mm。其中,3d時(shí)的處于微膨脹最高值,28d時(shí)處于最低值。通過(guò)這種微膨脹狀態(tài),有利于提高混凝土產(chǎn)品的密度,并改善其抗?jié)B性。同時(shí),對(duì)其碳化深度進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果表明,在28d時(shí),其碳化深度為0.5mm,說(shuō)明不容易碳化。

      3、高性能混凝土施工應(yīng)用

      在施工準(zhǔn)備階段,先對(duì)地下一層墻體柱板進(jìn)行檢查,確定鋼筋綁扎、模板施工等符合工藝標(biāo)準(zhǔn)后,采用一次性澆筑方案進(jìn)行施工。本項(xiàng)目的組織設(shè)計(jì)中,以項(xiàng)目經(jīng)理領(lǐng)導(dǎo),成立了高性能混凝土質(zhì)量控制小組。并開(kāi)展了動(dòng)員大會(huì),對(duì)澆筑施工技術(shù)專題相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了講解。進(jìn)入高強(qiáng)砼澆筑施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)后,先進(jìn)行了清理工作,復(fù)核了澆筑要領(lǐng)。確定柱墻澆筑用量為450m3。

      在澆筑施工階段,先用同成份的砂漿對(duì)泵管進(jìn)行了濕潤(rùn)處理,并配置了備用減水劑,預(yù)防不同澆筑階段坍落度不達(dá)標(biāo)時(shí),能夠通過(guò)添加減水劑進(jìn)行及時(shí)處理。具體澆筑方法,以分層澆筑為準(zhǔn)。每層澆筑厚度控制在50cm到60cm范圍之內(nèi)。設(shè)備采用拖式泵、混凝土布料機(jī),用泵管進(jìn)行連接。以一個(gè)澆筑段為單元,擺放布料機(jī)。按照澆筑順序,從基礎(chǔ)一直澆筑到剪力墻、柱、梁,直到與梁板頂面通高時(shí)停止作業(yè)。振搗作業(yè)時(shí),按照泵送形成的自然坡度,完成均勻振搗,要求以“快插慢拔”、“行列式”、“交錯(cuò)式”進(jìn)行操作。振搗插棒間距控制在40cm到50cm范圍,每點(diǎn)振搗時(shí)間控制在15s到30s之間。

      在養(yǎng)護(hù)階段,首先根據(jù)水泥用量(475kg)、中柱尺寸(1200×1200mm),預(yù)測(cè)裂縫風(fēng)險(xiǎn)。再按照混凝土最高水化熱溫升計(jì)算公式Tmax=Mc×Q/(C×p)進(jìn)行計(jì)算,其中,C=0.96,p=2400,Q=461,Mc=475kg,代入公式結(jié)果為95.04℃。再根據(jù)不同齡期的水化熱溫升值計(jì)算結(jié)果(3d、6d、9d時(shí)溫度分別為39.92℃、29.46℃、18.06℃),加上施工作業(yè)時(shí)的溫度25℃,可以得到3d、6d、9d時(shí)的混凝土內(nèi)部中心溫度分別為64.92℃、54.46℃、43.06℃。此時(shí),以模板施工方式為準(zhǔn),針對(duì)每一組合鋼模板進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù),主要通過(guò)加保溫層的辦法。測(cè)溫孔設(shè)置,以三根斷面最大柱為準(zhǔn)。拆模后的養(yǎng)護(hù)主要以塑料薄膜覆蓋、包裹、噴灑養(yǎng)護(hù)液為主,養(yǎng)護(hù)時(shí)間共計(jì)14d。

      4、高性能混凝土應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

      從應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)看,雖然高性能混凝土在框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用環(huán)節(jié),已經(jīng)證實(shí)了它的自密實(shí)性、工作性、高耐久性、體積穩(wěn)定性,以及較長(zhǎng)的使用壽命。但是,在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié),若要較好的發(fā)揮出高性能混凝土的此類特征中具備的功能及作用,使其在應(yīng)用后產(chǎn)出綜合效益。仍然需要對(duì)其應(yīng)用環(huán)節(jié)的諸項(xiàng)技術(shù)質(zhì)量進(jìn)行全要素分析,進(jìn)而在完善技術(shù)質(zhì)量控制指標(biāo)的條件下,保障其比較優(yōu)勢(shì)的有效發(fā)揮。具體注意事項(xiàng)如下:

      首先,高性能混凝土的造價(jià)相對(duì)較高、管理要求較多,按照一般的市場(chǎng)價(jià)格與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)看,比普通混凝土的造價(jià)高1/2左右。而且,對(duì)于原材料的質(zhì)量要求也表明,應(yīng)該將其中的水泥、集料粒徑、摻料、外加劑等進(jìn)行嚴(yán)格控制。例如,在本項(xiàng)目中,就按照質(zhì)量體系管理標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)格對(duì)上述原材料的構(gòu)成要素進(jìn)行了嚴(yán)格篩選與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。這種細(xì)化原材料質(zhì)量控制指標(biāo)的辦法,可以較好的控制高性能混凝土成本投入,保障在高價(jià)格下的高性能優(yōu)勢(shì)。

      其次,在高性能混凝土使用過(guò)程中,施工早期不能排除因混凝土收縮導(dǎo)致開(kāi)裂的問(wèn)題?,F(xiàn)階段,對(duì)于高性能混凝土的研究成果表明,在水膠比方面,高性能混凝土本身即低于常規(guī)混凝土。因而,在預(yù)防施工早期開(kāi)裂問(wèn)題時(shí),應(yīng)該在水膠比優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步利用細(xì)摻料、超塑化劑之類的輔助性材料,增加高性能混凝土的性能優(yōu)勢(shì)。另一方面,施工早期混凝土開(kāi)裂主要由收縮引發(fā),而收縮的原因來(lái)自蒸發(fā)與水化。此時(shí),需要按照實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法,對(duì)試塊內(nèi)的相對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)。待證實(shí)其干縮性滿足需求時(shí),再進(jìn)行配料應(yīng)用。例如,水膠比為0.26的高性能混凝土中,添加硅灰(10%)、萘系超塑化劑(1.8%)后,在3個(gè)月、6個(gè)月、1年中的相對(duì)濕度百分比呈現(xiàn)為持續(xù)降低狀態(tài),分別達(dá)到了75%、72%、69%。但是,在6個(gè)月時(shí)的總收縮率往往不大于常規(guī)混凝土。因而,應(yīng)該按照施工后不同階段的水化情況及收縮率,加強(qiáng)對(duì)高性能混凝土的早期養(yǎng)護(hù)。尤其是自收縮方面,水膠比越小、自收縮越大。在這種條件下,加強(qiáng)“自養(yǎng)護(hù)”相對(duì)重要。建議在高性能混凝土的養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié),從摻入料與外加劑方面,做好試驗(yàn)檢測(cè),確保在添加適量的粉煤灰與膨脹劑,以及保水外加劑的條件下,提高高性能混凝土的自養(yǎng)護(hù)能力。

      除以上造價(jià)控制與開(kāi)裂預(yù)防方面的注意事項(xiàng)外,當(dāng)前在高性能混凝土配合比環(huán)節(jié),已經(jīng)從工程質(zhì)量檢測(cè)的角度,配套設(shè)置了性能評(píng)價(jià)方案。因而,在針對(duì)原材料性能實(shí)施單一化評(píng)定的同時(shí),應(yīng)該借助軟件開(kāi)發(fā)技術(shù),開(kāi)發(fā)一些能夠?qū)ζ淠途眯?、其它性能進(jìn)行全面檢測(cè)評(píng)定方案。

      結(jié)語(yǔ):

      總之,通過(guò)使用配套性的綜合措施后,本項(xiàng)目中的高性能混凝土應(yīng)用比較成功。也為后續(xù)的高性能混凝土在框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用積累了一些有效經(jīng)驗(yàn)。建議在后續(xù)的高性能混凝土應(yīng)用過(guò)程中,盡可能在配合比設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),加強(qiáng)對(duì)砂率的實(shí)驗(yàn)研究,盡可能根據(jù)不同砂率下的粗骨料使用量、坍落度等進(jìn)行細(xì)致分析,提高配合比設(shè)計(jì)時(shí)的精準(zhǔn)度等。

      參考文獻(xiàn):

      [1]桂林.土木建筑材料中的高性能混凝土材料和綠色材料[J].商品與質(zhì)量,2021,9(2):375-376.

      [2]孔令陽(yáng),江晨暉,陳焱,等.復(fù)合礦物摻合料高性能混凝土的試驗(yàn)研究[J].浙江建筑,2021,38(1):65-69.

      [3]秦學(xué)明.高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及其存在的問(wèn)題研究[J].建材與裝飾,2021,17(10):35-36.

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