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大体积混凝土应用什么外加剂?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-03-27

凡结构物断面最小尺寸大于1m0.8m的混凝土就会有明显的 温升,应按大体积混凝土看待。大体积混凝土有如下特点:(1) 由于混凝土体积大,每个块体需 用大量水泥,水化时放出大量水化热。如硅酸盐水泥的水化热3d约为251J/g,7d约为335J/g, 28d约为418J/g,完全水化时约为502J/g;(2)大体积混凝土散热面小,混凝土导热系数较低, 水泥水化热积蓄在内部,致使温度升高,混凝土的温升可达50℃以上,从而容易产生由温度引起 的裂缝;(3)大体积混凝土常处于潮湿或与水接触的环境,除强度要求外还必须具有良好的耐久 性和抗渗性,有的要求具有抗冲击或抗振动作用、耐侵蚀等;(4)大体积混凝土在升温和后来的 降温过程中,因内外温差和收缩作用产生裂缝。

大体积混凝土中应用外加剂的目的在于:(1)延缓混凝土的凝结时间,防止产生“冷缝”。大体积混凝土的结构厚大,一般要分层浇筑和捣实,保证分层浇筑的混凝土之间在初凝前的良好 结合,故要求混凝土缓凝,在高温季节更需要缓凝,延长凝结时间,防止产生“冷缝”。(2)减少水化热,降低温升。用外加剂抑制水泥初期水化热,最大限度地降低温升,推迟热峰出现的时32间,防止产生过大的温度应力。控制温差不超过25℃,降低水泥用量能有效减少水化热;(3)降低水灰比及提高混凝土的早期强度,即提高混凝土的抗裂能力;(4)改善和易性。大体积混凝土 基本上都采用泵送浇筑,故要求混凝土有良好的流动性、保水性和粘聚性;(5)提高硬化混凝土 的物理力学性能,如强度、抗渗性、耐久性等,其中以抗渗性的要求更为突出。 

一、外加剂选择

在大体积混凝土中,采用各种外加剂可以减少水泥用量,降低混凝土温升,防止混凝土开 裂。大体积混凝土中常用的外加剂品种有:普通减水剂、高效减水剂、缓凝剂、缓凝减水剂以及 具有多种功能的如减水、缓凝、引气等的复合外加剂。

在大体积混凝土中采用缓凝型减水剂,主要目的在于延缓水泥水化放热速度,推迟热峰出现 时间,降低最高温峰值并减少总的发热量,减少混凝土因温度升降而引起的裂缝。同时由于延缓 了混凝土的凝结时间,有利于在浇筑和捣实大体积混凝土时不致形成施工冷接缝,有利于延长振 动时间或扩大振动范围。

在大体积混凝土中掺用膨胀剂配制补偿收缩混凝土,可降低温控指标,从而降低混凝土的综 合温差,防止开裂。使用硫铝酸钙类膨胀剂,应控制大体积混凝土内部最高温度不高于80℃,以 防止钙矾石变性造成补偿收缩作用失效。

在大体积混凝土中还可掺入适量的粉煤灰、矿渣、钢渣等矿物掺合料,在保证强度的前提下,代替一部分水泥,减少了总的发热量。引气剂在混凝土内部引入了大量微细气泡,从而增大 了变形能力,降低了弹性模量。所以掺引气剂混凝土的极限拉伸应变值比普通混凝土有所增大, 可提高抗裂能力。控制大体积混凝土的温升还可以使用水化热抑制剂。

为避免大体积混凝土开裂,常采取多种措施降低水泥用量和水化热:一类是将粉煤灰或矿粉 等矿物外加剂与缓凝减水剂(或泵送剂) 复合使用;另一类是将膨胀剂与缓凝减水剂(或泵送 剂)复合使用。

二、施工技术

除应注意按照材料和配合比要求以外,掺加外加剂的大体积混凝土施工工艺主要围绕有效地 控制裂缝的出现和发展来组织。 (一)降低水泥水化热

选用低水化热的水泥品种配制混凝土;添加粉煤灰等掺合料以减少水泥用量,充分发挥混凝 土后期强度;掺用缓凝剂和缓凝减水剂;使用粒径大、级配好的粗集料;在无筋或少筋混凝土中 可掺入总量不超过20%的大石块。但石块应尽量选无裂、不燃烧、粒径在15~30cm之间,填入 时大面向下,间距10cm以上,整块混凝土四面均应有10~15cm厚的混凝土覆盖层。

(二)降低混凝土入模温度

避开最炎热的气候浇筑混凝土,或用冰水搅拌混凝土,也可采取对集料和运输工具搭篷,避 免阳光直晒。

(三)加强施工中的温度控制

浇筑后做好混凝土保温保湿养护,夏季保湿,冬期保温;不要急于拆模,充分发挥“应力松 弛”效应;加强测温,及时采取多层保温等措施调节表面温度,将混凝土内部与表面温差控制不 超过25℃ (不是混凝土内温度与气温之差);浇筑时合理分层,既有利于散热,又保证两层混凝 土之间的结合,不使拌合物局部堆积过高形成温升中心。

(四)削减温度应力

分层、分块浇筑,或设置后浇带,采用平面浇沥青胶铺砂或刷沥青、铺卷材,在混凝土与地基之间设置滑动层。垂直面可铺沥青木丝板或泡沫塑料。

(五)提高混凝土极限拉伸强度

提高混凝土密实程度,减小收缩变形;掺加引气剂,加强早期养护;内部设置必要的温度配 筋,在截面突变等部位设置斜向构造配筋。

(六)大体积混凝土施工需注意的几点

施工工艺直接影响施工质量的好坏,人们遇到问题常向外加剂找答案,其实很多问题是由施 工引起的。施工工艺应与外加剂和当时的施工条件相适应,可注意以下几点: (1) 保持整体性, 既要分层浇筑、捣实,又要保证上下层在初凝前结合好;不形成缝隙,必要时可预留后浇带浇筑 补偿收缩混凝土;(2) 浇筑方式有三种:全面分层、分段分层和斜面分层,每层厚度约为20~ 30cm;(3)将泌水集中并抽掉混凝土表面无泌水后及时收光,防止早期裂缝的出现; (4) 进行 混凝土内部测温,适当布置测温点,加强对混凝土各部位温度的监测,及时保湿、保温,养护过 程中必须注意温差不要过大,温升不要过快;(5)基础中地脚螺栓、预留孔及预埋管道部分要采 取特殊措施使浇捣密实;(6)承受设备动力作用的基础上表面是二次浇筑成的,浇筑前将基础层 上表面洗净,设备底面应清淤、清油泥浮锈;二次浇筑层应较基础层强度提高一级,此层厚度小 于4cm时宜改用砂浆掺用灌浆料进行操作。

三、质量控制

原材料及质量控制要求如下:

(1)水泥。一般使用水化热较低的矿渣水泥作高强度等级的混凝土,必须采用硅酸盐水泥或 普通硅酸盐水泥时,应采取相应措施延缓水化热的释放。

(2)集料。一般应选用结构致密,并且有足够强度的优良集料(特别是粗集料),具体应符 合相关的标准规定。除此之外,结合大体积混凝土的特点,尚应注意以下几个问题:

①有害杂质:应限制有机杂质、硫化物及硫酸盐等有害物质。

②集料品种和粒径要求:在大体积混凝土中宜使用粗砂或中砂。石子的最大粒径不得超过结 构截面最小尺寸的1/4,也不得大于钢筋最小净距的3/4。

③含泥量要求:含泥量高,不仅增加混凝土的收缩,又降低强度,而且对抗裂性特别有害。 含泥量要求:砂小于3%;石子小于1%。

④石子级配:宜采用连续级配,如果单一材料满足不了级配要求时,可以采用不同粒级进行 掺配试验。

⑤水:拌制混凝土宜用饮用水,为降低混凝土的初始温度也可用冰水。

四、配合比要求

设计混凝土配合比的任务,是要根据原材料的技术性能及施工条件,确定出能满足工程所要 求的混凝土配合比。大体积混凝土配合比设计任务与考虑原则如下:

(1)大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下,应提高掺合料及集料的含量,以降低每立方米混凝土的水泥用量。试验证明,每立方米混凝土的水泥用量每增减10kg,由水化 热引起的混凝土温度增减1℃,在施工条件许可的范围内,应尽可能降低用水量,从而少用水泥, 就能减少水泥总的发热量,以降低混凝土内部的最高温度,这是设计大体积混凝土配合比中应考 虑的首要问题。在减少水泥用量的同时,要注意到有些取代水泥的掺合料(矿渣、膨胀剂等) 也 参与水化,有相应的水化放热。

(2)大体积混凝土应掺用缓凝剂、减水剂和减少水泥水化热的掺合料。掺量是影响效果的重要因素。

(3)必须注意大体积混凝土内部温度对混凝土组成材料在硬化过程中性质的影响。因为我们进行配合比设计时都是根据材料的一般性能考虑的,各种参数的选取也都按标准状态或一般状态进行。受大体积混凝土内部温度的影响,水化过程会加速,强度发展增速,温度继续上升,一些外加剂的性质会发生变化。比如,粉煤灰有潜在的活性,在标养条件下,粉煤灰掺量达到20%以 上时28d强度降低较多,但60d以后的强度一般能达到设计强度。温度升高会使粉煤灰的活性提高,加快与水泥的反应。大体积混凝土的内部温度一般都在50℃以上,在此温度下,硬化的粉煤 灰混凝土28d强度可以达到或超过标养条件的普通混凝土强度,这说明大体积混凝土的水化硬化条件与标准条件下的混凝土是有差别的;再如,矿渣微粉一般能取代等量水泥而不降低强度,减少了早期水化热,但在一定温度条件下,矿渣微粉会加速水化,随水化加速拌合物温度进一步提高,即使没有外加热量,水化还会进一步加速,导致拌合物温度持续升高,称为自催化效应。例某高炉基础的大体积混凝土的长宽高分别为33.5m,31.1m,5.82m,水泥用量300kg/m,矿渣 粉200kg/m,9d时内部温度达93.9℃,远超出计算的温度,对比实验发现,按现行标准测得的水化热与在具体条件下测得的水化热有一定差异。大体积混凝土与标准养护的混凝土性能不同,应以动态的眼光看待大体积混凝土的硬化过程。

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