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用于防辐射工程的大体积混凝土如何配制?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-10-19

随着混凝土技术的发展,泵送混凝土、大体积混凝土、高强混凝土等技术也已较为完善。近年来,由于建筑业的迅猛发展,高层、超高层的建筑随之增多,建筑结构及结构功能日益多样化,各种特种混凝土(如:轻集料混凝土、防辐射混凝土、高性能混凝土等) 在工程中的应用也越来越广泛,同时也越来越受到混凝土专业人士的重视。

一、工程概况

武警总医院地下核磁共振构筑物,墙体周长多达70m,墙体厚2400mm、墙高4000mm;顶板厚为1400mm,每个核磁共振构筑物混凝土用量超过600m3,强度等级为C30。该工程位于原有武警总医院门诊楼地下室,由于地下室空间的限制,要求对墙体和顶板分两次进行混凝土浇筑,混凝土不能出现任何裂缝。

工程施工时间为9月中旬、由于工程处在原有建筑物地下室施工环境温度基本稳定。

二、技术难点分析

(1)该工程用混凝土属大体积混凝土的范畴,如何解决大体积混凝土的水化热、降低混凝土的内部升温及内外温差、防止混凝土的温度裂缝是配制混凝土首先要考虑的问题;在此工程中,我们应保证混凝土内外温差控制在25℃之内。

(2)该工程为防辐射工程,不允许设置施工缝,对混凝土的整体性要求很高,而且混凝土一次浇筑量较大,所以如何保证混凝土的整体性,控制混凝土干缩裂缝的发生是要考虑的第二问题。

(3)由于混凝土施工场所在已有建筑物地下室,混凝土只能用泵送的方式进行施工,而且混凝土施工场地狭小,混凝土施工振捣的难度很大,因而要求混凝土有较大的坍落度,砂率不能太低,而这点对控制混凝土裂缝极为不利。

三、技术措施

(1)为有效降低混凝土的水化热,降低混凝土温差裂缝产生的可能性,在配制混凝土时我们考虑以下措施:

①选用P.S32.5水泥配制混凝土,同时在混凝土中掺用缓凝型外加剂,控制混凝土的初凝时间在12~14h的范围内,以降低和延缓混凝土的水化热峰值的出现。

②在混凝土中掺用II级粉煤灰,而且尽量选用满足II级粉煤灰指标前提下的粗灰,因为经过试验表明,粉煤灰的细度对混凝土的早期强度影响较大。对于同一发电厂的粉煤灰,细度越好,活性越高,混凝土的早期强度也越高,混凝土水化的放热速度越快,因此对该工程宜采用II级粉煤灰(注意:用I级粉煤灰如果大量提高掺量、降低水泥量,同样也能有效降低混凝土的水化热,但由于该工程为防辐射工程,混凝土中水泥的用量不宜过低,否则防辐射性能会有所影响)。

③通过对原材料的降温降低混凝土的出机温度。主要措施有:控制水泥进场温度,通过对材料洒水进行降温等。

(2)为降低混凝土的干缩,采取以下措施:

①在满足混凝土工作性和泵送性良好的前提下,尽量降低混凝土的胶结料用量,降低混凝土的砂率;根据有关的文献资料表明,混凝土胶结料用量越低、砂率越低,混凝土收缩程度也越低,这与我们的实践经验是相符合的。基于以上原因,结合经验,我们确定混凝土胶结料不大于400kg/m,混凝土的砂率不大于43%。

②在配制混凝土时,尽量采用较高减水率的外加剂,降低混凝土的用水量,降低混凝土的水灰比。在水泥用量一定的情况下,混凝土的干缩率与用水量成线性关系;有资料显示混凝土水灰比为0.6是收缩比水灰比为0.4时的收缩约增加40%。

③采取有效的施工和养护措施:良好的施工方法是保证混凝土整体性的重要条件。混凝土的养护条件对混凝土的收缩影响很大,环境的相对湿度越高,对控制混凝土的收缩越有利;环境温度过高、风速过大会加快混凝土失水,进而加大干缩对混凝土的裂缝控制不利。

④采用复合膨胀剂配制补偿收缩混凝土,用混凝土的自身膨胀抵消部分收缩。

对于以上几点措施,我们只能从定性的角度去分析控制混凝土裂缝发生的措施,因此我们还不能完全保证混凝土不出现裂缝。要真正保证混凝土浇筑后不出现裂缝,必须运用钢筋混凝土的防裂原理进行计算,用科学的数字来保证。掺膨胀剂钢筋混凝土的抗裂原理是:使未被抵消的混凝土残余收缩值小于钢筋混凝土的极限拉伸值。计算可按以下五个步骤进行:a.混凝土中掺加混凝土膨胀剂,测量混凝土的膨胀率(对用于计算的混凝土的膨胀率,我们有自己的确定方法,在下一段中将简单进行描述,仅供参考);b.计算施工部位的混凝土配筋率、混凝土的抗拉强度,计算钢筋混凝土的极限拉伸值;c.计算混凝土内部绝热升温(按最不利的条件考虑),计算混凝土的内外温差,然后计算因温差造成的混凝土收缩率;d.计算混凝土的干缩率;e.按原理综合计算,计算结果满足原理要求,混凝土可有效的控制裂缝。

混凝土膨胀率的确定方法:对于混凝土的膨胀率,我们进行了较多的试验,结果发现,即使不掺加膨胀剂的空白混凝土,在水中养护的的条件下,也存在万分之05左右的膨胀率,也就是说混凝土膨胀剂存在滥用问题。而在多数实际工程部位中(特别是墙体),混凝土不可能进行水中养护,因而也不存在湿胀问题。因此,如果我们在确定用以裂缝验算的混凝土膨胀率时,用水中的膨胀率来计算是不合理,为了更准确的求得混凝土的实际膨胀率,应对所施工部位的环境进行环境湿度的检测。

四、混凝土配合比

(一)混凝土配合比原材料情况

(1) 水泥:选用新港水泥厂生产的P.S32.5水泥,碱含量小于0.6%,其他指标符合P.S32.5水泥标准。

(2)粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰、性能符合Ⅱ粉煤灰标准;

(3)碎石:C类集料,5~25mm连续粒级,指标符合混凝土用石标准;

(4)砂:C类集料,二区中砂,指标符合混凝土用砂标准。

(5)膨胀剂:复合膨胀剂,具有减水、膨胀、缓凝和功能,性能指标符合相应的标准要求。

(二)配合比情况

混凝土配合比设计参考现行《普通混凝土配合比设计》进行,同时充分考虑以上分析技术措施。经过多次的试验我们最后确定混凝土配合比见表1。

 

对选用的混凝土配合比,在用于实际生产前我们通过有关类似混凝土的膨胀率、混凝土劈裂抗拉强度数据积累,及施工单位提供混凝土的配筋率等进行验算,符合有关公式的防裂关系式,说明用该配合比生产的混凝土用于本工程的施工在理论上完全符合抗裂要求。

五、混凝土生产、施工过程中采取的措施

(一)生产过程中的控制措施

(1)严格按混凝土配合比进行生产,控制计量误差在标准要求之内。

(2)在满足混凝土泵送、施工的条件下,尽量控制稳定混凝土坍落度,本工程生产时控制混凝土坍落度为14~16cm。

(3)为有效降低混凝土的出机温度,我们对集料进行浇水降温,对生产用的水泥经过10d以上的贮存,使水泥的温度由进场时的大于50℃,降低到40℃以上。从而在生产中有效控制混凝土的出机温度在22℃以内。

(4)生产过程中,做好车辆调度工作,安排现场调度随时与搅拌站联系,做到现场不断车,不长时间压车,压车时间不超过30min,混凝土坍落度损失在40min内不大于20mm。

(二)施工措施

在施工墙体时,我们建议施工单位在混凝土内部设立冷却水管的方式对混凝土进行降温,但由于施工条件的限制,施工单位无法做到上述要求。经过我方与施工方的多次研究讨论,最后确定以下施工措施。

(1)墙体每层的施工厚度为30cm,确保上下两层浇筑时间在混凝土初凝时间之内。

(2)加强混凝土振捣,明确振捣器有效振捣范围,避免混凝土欠振和过振现象。欠振容易使混凝土产生蜂窝孔洞,过振容易使混凝土离析,不利于混凝土裂缝的控制。同时要注意上下两层混凝土间的振捣,振捣上层混凝土应插入下层10cm左右。

(3)建议施工单位准备粒径6~10cm低活性集料15~20t,在墙体每浇筑一层时,往施工部位分散而均匀投入一定量的集料,并必须保证投入的集料事先用凉水湿润和降温。投入的集料起以下几方面作用:①混凝土浇筑后,由于集料温度较低,因而起到混凝土内部温度的作用,②加入的集料粒径;较大,有利于控制混凝土的裂缝;③加入集料后,降低了混凝土整体的砂率,提高墙体的整体强度;④加入集料后,提高混凝土的容重,提高混凝土墙的防辐射性能。

六、混凝土的养护措施

混凝土的养护是保证混凝土整体性最为关键的因素,应给予高度的重视,对于该工程我们提出以下养护措施:

(1)混凝土浇筑完毕后,用事先备好的潮湿的麻袋或草帘挂在混凝土墙壁的周边,以保证混凝土的温度,并带模养护7d(麻袋或草帘应事先备好,并保证温度与地下温度相同)。

(2)要经常对地面进行浇水,始终保持地下室的地面处在湿润状态,以提高环境的相对温度。

(3)在养护过程中做好混凝土的保温工作,以降低混凝土的内外温差。在混凝土温度达到最高点后的降温过程中,特别要注意降温速度不能过快。

(4)混凝土生产完后的7d内,不能直接在混凝土的表面浇水养护,因为混凝土内部温度很高,直接浇水将增加混凝土内外的温差,增加混凝土开裂的危险。

(5)混凝土外模板拆除后,要按规范要求对混凝土保温保温的养护不少于14d,本工程要求养护时间不少于28d,最好不要直接浇水。

七、工程质量情况

该工程施工完毕后,混凝土墙体和顶板表面光洁度良;经检测混凝土内部最高温度为40.8℃,混凝土温差均小于18℃;混凝土28d平均强度为39.2MPa,符合强度要求:混凝土抗渗等级大于P12;混凝土施工完毕到现在已有3个多月,混凝土墙体和顶板没有出现在任何裂缝,经检验混凝土完全符合防辐射性能的要求。

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