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 产品介绍-》慕湖产品

1023 MNC-P1型混凝土泵送剂
Pumping aid

一、用途及特点
泵送剂适用于商品混凝土、泵送混凝土及现场搅拌泵送混凝土;适用于素砼钢筋混凝土和预应力混凝土;工业与民用建筑及其它构筑物的泵送施工;特别适用于大体积混凝土、高层建筑和超高层建筑;也适用于滑模施工用混凝土。
1、可满足0℃~40℃气温下的泵送混凝土施工要求,垂直泵送≥100m,水平泵送≥500m,减水率达25%,大流动性坍落度为250mm,1h坍落度损失≤20mm,f7达到设计强度,采用P?O42.5水泥等普通材料,可制备高强度C60~C100免振自密实高性能混凝土,属无氯低碱型产品。
2、本产品较目前国内泵送剂大大地降低了钾、钠和氯离子的引入量,可防止砼碱—骨料反应和钢筋锈蚀等危害,提高混凝土结构的使用寿命。引气缓凝高效减水剂 air entraining and retarding superplasticizer
二、执行标准:JC473-2001
三、推荐掺量

代 号

品   名

型   号

砼强度等级

掺量C×%

粉体

液体

1023

普通泵送剂

MNC-P1

C20~C40

0.4~0.8

1.5

1025

高效泵送剂

MNC-P3

C20~C70

1.8~2.2

4.0

1026

早强泵送剂

MNC-P4

C50~C100

 

1.4

四、用法
1、同掺法,搅拌时间≥3min。2、泵送混凝土砂率宜为35~45%。3、泵送混凝土水胶比不宜大于0.6。
4、泵送混凝土含气量不宜超过5%。5、泵送混凝土坍落度不宜小于100mm。
五、部分试样参考数据
混凝土
强度等级
混凝土配合比(kg/m3)
抗压强度(MPa)
元/m3
水泥
中砂
石子
泵送剂
粉煤灰
龄期(d)
3
7
28
C10
150
830
1130
4.0
120
170
9.1
13.1
19.2
240
C15
170
830
1140
5.0
110
170
10.5
15.3
24.8
255
C20
230
790
1100
6.0
100
165
12.2
17.7
29.6
270
C25
250
780
1100
7.0
100
165
16.7
23.8
37.5
285
C30
280
740
1100
10.0
100
165
21.0
21.5
42.0
300
C35
320
720
1100
10.5
100
165
24.0
37.4
52.2
315
C40
350
720
1068
11.0
95
165
27.0
37.1
54.3
330
C45
380
720
1045
12.0
90
165
29.0
38.2
56.8
345
C50
420
700
1040
16.8
120
165
31.0
39.4
61.0
370
C60
480
670
1000
18.0
120
170
33.2
49.8
71.5
400
《预拌混凝土》(GB/T14902-2003) Ready-mixed concrete
工程施工过程中应该合理控制混凝土坍落度,教育员工把握“较小坍落度原则”,也就是在满足施工条件时,混凝土用较小坍落度来施工。建筑工人目前好像不习惯小坍落度施工了,总是抱着料子越稀越好施工的心理,混凝土坍落度失控会对工程造成很大的危害。工程实际中很多的监理技术人员也不太懂混凝土技术,所以对混凝土施工链上的岗位人员加强技术培训很有必要。预拌混凝土施工的混凝土裂缝问题越来越多,在很大程度上是由于混凝土的坍落度控制不严格,过大的坍落度造成混凝土收缩较大,造成混凝土裂缝。怎么解决混凝土的裂缝问题?人们发明了聚丙烯单丝和网状纤维和钢纤维等等,但仍然认为尽可能的用小坍落度来施工是最为有效最为经济的方法之一。
通 用 品 Normal concrete 特 制 品 Special concrete 交货地点 Delivery place
出厂检验 Inspection at manufacturer 交货检验 Inspection at delivery place
因混凝土拌合物脱水引起阻塞
1 、汾河二库是山西引黄工程中的一座大型水库。坝体为碾压混凝土,全部掺用我厂生产的相关混凝土外加剂,取得了良好的效果。图为修建中的大坝和工地混凝土搅拌站

2 、李家峡水电站是黄河上游一座大型水电站。坝高 l 90 多米,全部是混凝土浇筑而成。我厂生产的 H 系列混凝土外加剂,曾在该坝使用,取得了很好技术经济效果,该图是李家峡大坝施工全景和运行情况。

3 、河北西柏坡电厂是坐落在革命根据地平山县西柏坡的一座大型热电站,是电站建设中的优质工程。该电站全部采用我厂生产的各种㈠系列混凝土外加剂,在冬季施工和夏季施工中,均取得了很好的效果,获得良好的信誉。图为西柏坡电厂部分主体工程的全景。

泵送剂
  
能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂称为泵送剂。所谓泵送性能,是指混凝土拌合物具有能顺利通过输送管道、不阻塞、不离析、塑性良好的性能。泵送剂是流化剂中的一种,它除了能大大提高拌合物流动性以外,还能使混凝土在 60 ~ 180min 内保持其流动性,剩余坍落度应不小于原始的 55 %。此外,它不是缓凝剂,缓凝时间不宜超过 120min( 特殊情况除外 ) 。
   混凝土的质量控制目前已达到相当高的水平,这有助于成功地采用混凝土泵送工艺。现在用泵送浇筑的混凝土数量已日益增多,日本每年浇筑的混凝土约 60 %是用泵送的。泵送是一种有效的混凝土运输手段,可以改善工作条件,节省劳动力,提高施工效率。泵送混凝土要求有良好的流动性及在压力条件下较好的稳定性,即混凝土的坍落度大、泌水性小、黏聚性好。能改善混凝土泵送性能的外加剂有:减水剂、缓凝减水剂、高效减水剂、缓凝高效减水剂、引气减水剂等。尽管这些化学外加剂可以改善混凝土的泵送性,但严格地讲,它们不属于泵送剂类,因其广泛用于混凝土,可视为混凝土的正常组分。随着泵送工艺的发展,专用于泵送混凝土的外加剂 - 泵送剂得到了发展。

1 、泵送剂的组成
  泵送剂大多是复合产品,具有如下组分。
   组分一: ( 减水剂或高效减水剂 ) 其作用是在不增大或略降低水灰比的条件下,增大混凝土的流动性,即基准混凝土的坍落度为 6 ~ 8cm ,而加泵送剂后增大到 12 ~ 22cm ,并且在不增大水泥用量的情况下, 28d 抗压强度不低于基准混凝土。
   组分二:其作用是在混凝土中引入大量的微小气泡,提高混凝土的流动性和保水性,减小坍落度损失,提高混凝土的抗渗性及耐久性。
   组分三:其作用是减小运输及泵送过程中的坍落度损失,降低大体积混凝土的初期水化热。
   组分四:如早强组分、防冻组分等,其作用是加速模板周转、防止冻害等。

2 、泵送剂的种类
   泵送剂按其在混凝土中的作用可分为以下几类:
   (1) 天然和合成的水溶性有机聚合物。这类泵送剂可以提高拌合物的黏度。该类物质有纤维树脂、环氧乙烷、藻酸盐、角叉胶、聚丙烯酸胺、羟乙基聚合物和聚乙烯醇等。掺量为水泥质量的 0.2 %~ 0.5 %。
   (2) 吸附在水泥颗粒表面的水溶性有机絮凝剂,由于促进粒子间的相互吸附而提高黏度。该类物质包括带羧基的苯乙烯共聚物,合成的多元电解质和天然水溶胶。此类物质掺量为水泥质量的 0.01 %~ 1.0 %。
   (3) 各种有机物质能提高粒子间的相互吸附力,并同时在水泥浆体中提供了补充的超细粒子。该类材料包括石蜡乳液、聚丙烯乳液以及其他聚合物,其掺量为水泥质量的 0.10 %~ 1.5 %。
   (4)比表面积大的无机材料。这类材料能提高混凝土拌合物的保水能力。该类物质包括细硅藻土、硅灰、石棉粉和其他纤维材料,掺量为水泥质量的 1 % ~25 %。
   (5)无机材料。这类材料对砂浆体提供了补充的细颗粒。该类物质包括粉煤灰、氢氧化钙、高岭土、硅藻土、未处理或烤烧的火山灰材料及各种石粉等,掺量为水泥质量的 l %~ 25 %。只有本身有火山灰活性或水硬活性材料的掺量才可超过 2 %。这种外掺料一般作为减少水泥的替代物。
   (6)复合泵送剂。除了上述五类泵送剂外,目前还有根据不同泵送目的配制的各种复合泵送剂。配制复合泵送剂的其他外加剂有引气剂、减水剂、缓凝剂等。混凝土拌合物的泵送性能与多种因素有关,其中最重要的是水泥浆体的数量与水泥浆体的黏度。我们应根据需要选择最合适的泵送剂。

商品混凝土的质量控制措施

商品混凝土的使用,能加快施工进度、减少环境污染、改善城市环境、提高工程质量和节约材料成本等等,这些优点为人们所瞩目。因此,在城市工程建设中。商品混凝土得到了广泛的使用。但是,在工程施工中因使用商品混凝土而出现质量问题与质量事故的现象也很多,尤其是用于大体积混凝土、高强混凝土和自密实混凝土中,质量控制问题就显得尤为突出。

1 、优质原材料的选用
混凝土的组成材料为水泥、砂、石、掺合料、外加剂和水,这些材料各项性能指标的优劣及其质量稳定性,直接影响到混凝土的质量及其性能。对原材料进行认真的筛选,,是确保商品混凝土质量的基础。
1.1 水泥
水泥是混凝土中的主要胶凝材料,对混凝土质量影响重大。水泥质量控制的重点是稳定性控制。为确保混凝土质量,可从以下方面加以控制:
( 1 )采用旋窑水泥。从总体来讲,旋窑水泥的生产规模较大,其水泥安定性好。质量稳定,批与批之间强度及矿物组成波动小.有利于混凝土质量控制。
( 2 )优先选用抗冻性好、抗硫酸盐能力强、标准稠度低、强度等级不低于 42.5 早强的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。
( 3 )将水泥强度富余量、强度标准差、初终凝时间、对外加剂的适应性和经时坍落度损失率等技术指标相结合,综合评价水泥质量的优劣,实行优胜劣汰,选择水泥供应商 ( 厂家 ) 。
( 4 ) 运用数理统计方法对水泥质量的稳定性进行评价。并根据统计结果,确定混凝土配合比及调整的依据。
l.2 骨料
在选择骨料时注重骨料的强度、级配、粒径、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量及其有害物质含量,这都将对混凝土质量产生影响。如砂、石中含泥量偏高,将影响混凝土的强度和耐久性;如石子针片状含量过高,则会影响混凝土的流动性.易造成堵泵,并降低混凝土的密实度。
1.3 掺合料
能够用于混凝土的掺合料种类很多,特别是粉煤灰在混凝土中得到了广泛的应用。但不同火力发电厂的粉煤灰由于使用的煤种及采用的燃烧工艺不同,粉煤灰在混凝土中表现出来的性质也不尽相同,因此在选用粉煤灰时,宜考虑选用相对固定的厂家,要求其货源供应充足,其质量波动就相对较小。
1.4 外加剂
外加剂是混凝土中不可缺少的一部分。外加剂使用不当而造成的危害和经济损失远远大于其本身的价值。选用混凝土外加剂以其减水率、保水性和保塑性为主要指标,在进行质量控制时,除对外加剂的常规指标进行检验外,同时对外加剂与水泥的适应性、掺加的组分进行复试,掌握其质量特性。在不增加用水量的前提下。使商品混凝土具有大坍落度、不离析、不泌水、坍落度损失小等性能的外加剂作为优选产品。

2 、生产前期管理措施
2.1 加强原材料的管理
( 1 )石堆场有良好的排水设施,以免料堆底部积水。水泥、粉煤灰等粉料筒仓有防潮、防湿措施。
( 2 )砂、石按品种、规格分隔堆放,严防混料,避免混用或错用。
( 3 )各种材料标识清楚,特别是水泥、粉煤灰、外加剂贮存仓,进料口加盖上锁.并由专人管理,以防止进错料或受污染。
2.2 混凝土配合比设计
混凝土配合比设计是保证混凝土质量的核心环节,因此,必须高度重视,确保工程所需的耐久性。
混凝土配合比设计原则:
( 1 )用低水胶比、富配合比配制的混凝土具有良好的抗氯离子扩散、硫酸盐侵蚀性能和对钢筋的长期防腐蚀性能。
( 2 )掺适量的优质高效减水剂,大大增加减水效应.显著降低水胶比,提高混凝土强度。
( 3 )掺加适量优质粉煤灰、矿粉,取代部分水泥和部分细骨料,在保证混凝土强度等级与稠度要求的前提下,可以显著提高混凝土的密实性。增强对钢筋的保护作用。
2.3 混凝土配合比管理
( 1 )结合具体工程设计要求、施工工艺:原材料性能状况,按照有关技术规程进行混凝土配合比理论设计计算、试验和调整。由试验室通过试验取得的配合比在生产前再进行复验,符合规定要求后,方能应用于生产。
( 2 )混凝土配合比在生产过程中要进行动态控制,动态控制在基准混凝土配合比基础上进行,由试验室掌握,根据工程情况、设计要求、气候变化、运输距离、原料状况等因素,结合实践经验进行调整。

3 、过程控制措施
3.1 强化生产过程质量控制
( 1 )确保计量精度。配料系统是混凝土生产的重要部分,有条件的工程尽量采用计算机自动控制,当混凝土配合比或混凝土配合比编号输入计算机后,电子秤对混凝土所需的原材料进行精确计量,混凝土需按配比严格配料,这使混凝土的离散性大大减小。定期进行计量动静校验,以确保达到《预拌混凝土》 (GBl4902) 规定的计量要求。
( 2 )确定合理搅拌时间。根据搅拌机类型、实际搅拌效果、运输时间、坍落度大小等情况而设定搅拌时间。
( 3 )加强过程检测。在生产过程中,当班人员除随机抽样检测外,还应该在出厂前目测每车混凝土的坍落度及和易性,如果有异常情况,应查明原因并采取措施,坍落度及和易性不合格的混凝土不准出站。
3.2 加强施工现场的技术管理
( 1 )根据工程要求、施工方案和原材料特点。将混凝土的性能特点如缓凝性、强度增长规律、养护方式等 ) 情况在技术交底时告知施工班组,使有关人员更加深刻认识和熟悉混凝土的特性,进行正确的施工操作。
( 2 )确保混凝土浇筑的连续性,并且严格控制混凝土从出站到浇筑的间隔时间。保证混凝土结构的整体性及质量。
( 3 )在施工现场随机进行混凝土取样,并按规范制作试件,妥善养护,作为判定混凝土是否合格的依据。
( 4 )为控制好施工现场混凝土质量,搅拌站派出现场服务员或技术人员,监督处理现场的质量问题,并及时与搅拌站有关部门联系、反馈信息。
3.3 加强质量检验
质量检验是进行混凝土质量控制中不可缺少的组成部分,是保证混凝土质量的主要手段。强化原材料、混凝土质量检验应做到:
( 1 )把好五关、做到三个不准:即原材料检验关、配合比设计关、计量关、混凝土搅拌时间关、坍落度及强度关;不合格材料不准使用、计量不准的设备不准生产、不合格的混凝土不准出站,确保混凝土符合质量要求。
( 2 )做好事前控制,预防质量事故,通过原材料和混凝土的质量检验和生产全过程的质量监督,及时掌握混凝土的质量动态,及时发现问题,及时采取措施处理,预防发生工程质量事故,使混凝土的质量处于稳定状态。
( 3 )加强信息反馈,通过对检验资料的分析整理,掌握混凝土的质量情况和变化规律.为改进混凝土配合比设计、保证混凝土质量、充分利用外加剂和掺合料性能、加强管理等提供必要的信息和依据。

4 、总结
获得操作性能好、质量稳定的商品混凝土。是混凝土结构工程施工质量保证的前提。因此严格控制商品混凝土的质量意义重大。尤其是在大体积混凝土、高强混凝土和自密实混凝土中,商品混凝土的质量控制绝对不容忽视。
对于商品混凝土的质量控制,应按不同的厂家(搅拌站)条件、不同的工程结构特点、不同的地点与气候条件,有区别地采取合适的技术措施。

新拌混凝土与水泥性能指标的关系对比

混 凝 土

水 泥

性能指标

检测指标,方法

性能指标

检测指标,方法

与混凝土相关性

流动性

维勃稠度, GB/T5008 0 — 2002 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》
坍落度, GB/T5008 0 — 2002
扩展度, GB/T5008 0 — 2002

净浆流动度

GB GB50119 — 2003 《混凝土外加剂应用技术规范》; GB/T 8077 — 2000 《混凝土外加剂匀质性试验方法》

一般

胶砂流动度

GB/T241 9 - 2005 《水泥胶砂流动度测定方法》

标准稠度用水量

GB/T1346 - 2001 《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》

泌水性

泌水(常压), GB/T5008 0 — 2002
压水泌水, GB/T5008 0 — 2002

比表面积

GB/T8074 - 1987 《水泥比表面积测定方法(勃氏)》

间接

凝结时间

GB/T5008 0 — 2002

凝结时间

GB/T1346 - 2001

可泵性

综合指标, JGJ/T1 0 - 85 《混凝土泵送施工技术规程》

胶砂流动度标准稠度用水量

GB/T241 9 - 2005

GB/T1346 - 2001

易浇注性

综合指标, CECS 203 : 2006 《自密实混凝土应用技术规程》

胶砂流动度标准稠度用水量

GB/T241 9 - 2005

GB/T1346 - 2001

坍落度损失

GB/T5008 0 — 2002

 

黏聚性

GB/T5008 0 — 2002

 

保水性

GB/T5008 0 — 2002

比表面积

GB/T8074 — 1987

间接

水泥与高效减水剂相容性

 

净浆流动度

GB50119 — 2003

GB/T8077 — 2000

一般

[ 应用实例 1]

混凝土外加剂与水泥适应性

1 、前言
  
随着现代建筑技术的不断发展,特别是预拌混凝土的不断商品化,对混凝土的技术要求也越来越高,已不仅仅是满足于达到设计强度即可,而是必须满足环保性、安全性、耐久性以及工程的一些特殊要求,如:抗渗、抗冻、防辐射、自密实等。这就使得混凝土的搅拌生产适应不了现代生产技术的发展需要。在这种情况下,各种掺合料及以减水和缓凝为主要组分配制的混凝土外加剂已经成为现代混凝土中不可缺少的组分。 ( 本文以后提到的外加剂均指减水和缓凝型外加剂 )
   我们都知道,混凝土外加剂能改善新拌混凝土的工作性能,从而提高混凝土质量及满足某些复杂构件及特殊环境对混凝土的要求,同时也能节约水泥,降低成本,加快施工速度。化学外加剂和矿物掺合料的发展为预拌混凝土的生产和应用提供了必要的技术保障。
   混凝土外加剂即指在混凝土、砂浆和净浆的制备过程中,掺入少量 ( 不超过水泥用量的 5 % ) 的能对混凝土、砂浆或净浆改变性能的—种产品。
   尽管在现代混凝土中已广泛应用混凝土外加剂,但就我国现状而言,各地区的经济、技术发展不均衡,预拌混凝土步伐和对混凝土技术水平的认识差别很大,因此在实际生产过程中—直存在着外加剂与水泥不适应的问题。我们可以这样理解混凝土外加剂与水泥的适应性的概念:按照混凝土外加剂应用技术规范,将经检验符合有关标准的某种外加剂掺加到按规定可以使用该品种外加剂的水泥所配制的混凝土 ( 或砂浆 ) 中,若能够产生应有的效果,就认为该水泥与这种外加剂足适应的;相反,如果不能产生应有的效果,就认为该水泥与这种外加剂不适应。在实际工程中因外加剂与水泥不适应带来的技术难题和质量事故也较为普遍,因此在混凝上的技术发展过程中首先应解决混凝上外加剂与水泥适应性的问题。

2 、混凝土外加剂与水泥适应性分析
  
混凝土外加剂与水泥不适应主要表现在以下几个方面:新拌混凝土的和易性 ( 流动性、保水性、粘聚性 ) 差,不能满足工作要求,坍落度经时损失大;混凝土出现速凝、假凝或过度缓凝。所有这些现象均会对混凝土的质量及正常生产产生较为严重的影响。
   外加剂与水泥的作用机理为:水泥粒子对外加剂具有吸附作用以及外加剂对水泥具有分散作用。水泥加水转变成水泥浆后形成一种絮凝状结构,当外加剂分子被浆体中的水泥粒子吸附,即在其表面形成扩散双电层,成为一个个极性分子或分子团,憎水端吸附于水泥颗粒表面而亲水端朝向水溶液,形成单分子层或多分子层的吸附膜。这就降低了水的表面张力释放出絮凝体中被包裹的水分子。同时,出于表面活性剂的定向吸附,使水泥颗粒朝外一侧带有同种电荷,产生了相斥作用。其结果使水泥浆体形成一种不很稳定的悬浮状态。同时使水泥颗粒表面具有润滑作用:外加剂的极性亲水端朝向水溶液,多以氢键形式与水分子缔合,再加上水分子之间的氢键缔合,构成了水泥微粒表面的一层水膜,阻止水泥颗粒间的直接接触,起到润滑作用。因此分析外加剂与水泥适应性可以从“分散”和“吸附”考虑。

2 . 1 外加剂自身特性对水泥塑化效果的影响 ( 分散作用 )
   混凝土外加剂主要有木质素磺酸盐 ( 简称木钙 ) 、萘系、密胺和聚羧酸盐高效外加剂。从外加剂的组成上分析,外加剂分子是由极性的亲水官能团 (SO 3 H 、 COOH) 和非极性的憎水基两部分组成。含有 SO 3 H 官能闭的外加剂具有显著的坍落度保持值、适宜的引气性和减水率;含 COOH 则具有缓凝保坍性能。在所有的高性能外加剂中,不是含 SO 3 H ,就是含有 COOH ,或者同时有之。 SO 3 H 、 COOH 官能团主宰着外加剂的关键性能,并反映出该外加剂所起的主要作用,因此外加剂也可以分成:磺酸、羧酸及磺酸—羧酸:三大系列,它们对水泥的分散作用取决于分子特性、聚合性质 ( 碳链、碳环或杂环甚至还含有 NH 、 OH 等极性基 ) 。高效外加剂的品种从总产量来看, 90 %以上是萘系外加剂。目前萘系外加剂由于其原料供应充分,价格也较为适中,预计在今后一段时间内,仍将成为我国高效外加剂的主要品种。就萘系外加剂自身的特性来讲,它属于磺酸类外加剂,影响其对水泥塑化效果的因素有:磺化度、平均分子量、分子量分布及聚合性质。实验表明:萘系外加剂在合成时的磺化越完全,则转化带有磺酸性的萘环就越多,对水泥的分散作用也越强;分子量的大小 ( 也即聚合度大小 ) 对其塑化效果的影响非常显著,当聚合度为 10 左右时塑化效果最理想;聚合性质自接关系到亲水官能团 (SO 3 H) ,和非极性的憎水基的组成,对水泥塑化效果影响也非常显著。
   表 1 中的两组数据是两种不同的外加剂与两种不同的水泥的适应性交叉试验。工程名称:浙江清华长三角研究院创业大厦 A 段楼面;混凝土: C35 。
   ( 水泥: 1 — 6 湖州达强 P.O.42.5 , I — Ⅵ浙江桐星 P.O.42.5 ;外加剂:杭构 SP403 ,湖州大东吴 JH — 2 ;粉煤灰:嘉兴电厂Ⅱ;石:中石( 5 - 25 );砂:中砂( M X =2.6 );水:自来水。 )

表 1 外加剂与二种水泥的适应性试验

编号

配合比(㎏ /m 3 )

实测坍落度(㎜)

坍落度损失值(㎜)

结论

水泥

粉煤灰

矿粉

外加剂

1h

2h

4h

1

330

80

40

1120

660

190

5.1(SP403)

180

10

30

60

适应

2

330

80

40

1129

658

183

6.4(SP403)

190

10

30

55

适应

3

330

80

40

1137

657

176

7.7(SP403)

185

5

20

55

适应

4

330

80

40

1120

660

190

5.1(J H - 2)

180

10

30

55

适应

5

330

80

40

1129

658

183

6.4(J H - 2)

195

10

25

55

适应

6

330

80

40

1137

657

176

7.7(J H - 2)

195

10

25

50

适应

330

80

40

1120

660

190

5.1(SP403)

175

10

35

60

适应

330

80

40

1129

658

183

6.4(SP403)

175

10

30

60

适应

330

80

40

1137

657

176

7.7(SP403)

185

5

30

50

适应

330

80

40

1120

660

190

5.1(J H - 2)

180

100

180

不适应

330

80

40

1129

658

183

6.4(J H - 2)

180

80

180

不适应

330

80

40

1137

657

176

7.7(J H - 2)

185

80

185

不适应

  试验表明, SP403 对两种水泥的适应性均较好,而 JH — 2 对达强水泥的适应性较好对桐星水泥的适应性较差。对桐星水泥进行化学分析,发现水泥中掺加了一种铁矿渣 ( 后经水泥厂证实 ) ,它对 TH — 2 产生强烈的吸附作用, TH — 2 是低钠型萘磺酸盐改性复合产品,是以磺酸为主导的亲水官能团和以脂肪酸得来的直链烷基为主导的憎水基聚合而成。根据这一信息对 TH — 2 进行配方调整,调整后的 TH — 2 对桐星水泥的适应性较好,在工程的实际使用中混凝土的流动性、保水性等各项指标均满足工程要求,混凝土 3 天平均强度已达 73 %, 28 天平均强度达到 138 %。实例说明,单凭外加剂本身我们难以评价其好坏,关键是要先做适应性试验,然后在工程上应用。

2 . 2 水泥特性对减水剂塑化效果的影响 ( 吸附作用 )
   在混凝土外加剂和矿物掺合料方面我国已制定了较齐全的标准和规范,有些地区也制定厂相应的地方标准。但我国混凝土外加剂厂有 500 家以上,水泥,生产厂家更是超过 2000 家,生产质量不稳定。在不同厂家生产的水泥中,熟料的矿物组成、水泥中石膏形态和掺量、水泥碱含量、水泥细度、掺合料种类及掺虽、水泥新鲜程度和温度都对混凝土外加剂与水泥的适应性产生较大的影响。

2 . 2 . 1 水泥熟料矿物组成的影响
   硅酸盐水泥是建筑:工程中最常用的水泥,它由硅酸盐水泥熟料、石膏调凝剂和混合材料三部分组成。硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙 (C 3 S) 、硅酸二钙 (C 2 S) 、铝酸三钙 (C 3 A ) 和铁铝酸四钙 (C 4 AF) 组成,它们对混凝土外加剂的吸附能力,对于混凝土的流动性及强度增长都有很大的影响。其吸附混凝上外加剂能力的顺序为: C 3 A >C 4 AF> C 3 S > C 2 S 。总的来说铝酸盐 (C 3 A , C 4 AF) 在水化初期其动电位呈正值,对外加剂分子 ( 阴离子表面活性剂 ) 吸附较强,而 C 3 S , C 2 S 在水化初期其动电位呈负值,因此吸附外加剂的能力较弱。所以,在混凝土外加剂掺量相同的情况下, C 3 A 和 C 4 AF 含量高的水泥浆体中,混凝土外加剂的分散效果就较差,混凝土单方用水量大幅增加,坍落度损失加快。水泥熟料矿物组成的变化将对外加剂的作用效果产生很大的影响。

2 . 2 . 2 水泥中石膏形态和掺量的影响
   石膏在水泥生产中用于调节水泥凝结时间,常采用天然的或合成 CaSO 4 · 2H 2 O ,石膏掺量控制在 1.3 %~ 2.5 % ( 以 SO 3 %计 ) 。但如果石膏掺量不够或细度不够会使石膏不能充分溶解,当溶解度含量小于 1.3 %时,不能阻止水泥快凝,则容易产生速凝的现象,但如果溶解度含量大于 2.5 %时,凝结时间的增长也很少。而在混凝土中, CaSO 4 · 2H 2 O 的调凝效果优, CaSO 4 · 1/2H 2 O ,但在水泥的生产过程中,石膏与熟料的粉磨温度通常较高,使二水石膏脱水成半水石膏再脱水成硬石膏,从而影响了石膏的调凝效果。另外有些水泥厂为厂节约成本,采用无水石膏代替, CaSO 4 · 2H 2 O ,这种水泥在碰到以木钙和糖钙为主要成分的外加剂时会表现出严重的不适应性,因为对木钙和糖钙的吸附能力为 CaSO 4 > CaSO 4 · 1/2H 2 O > CaSO 4 · 2H 2 O 因此在无水石;特表面会大量吸附木钙、糖钙分子,被吸附膜层严密的包围起来无法溶出为水泥浆体系统提供必要的 SO 造成 C 3 A 大量水化,形成大量水化铝酸钙结晶体并相互连接。这一结果轻者导致混凝土坍落度损失过快,严重者将导致混凝土异常快凝。因而石膏的成分、溶解度含量直接影响混凝土的凝结时间,也影响混凝土外加剂与水泥的适应性。

2 . 2 . 3 水泥碱含量的影响
   水泥中碱含量主要来源于生产所用的原材料,是按 Na 2 O+0.658K 2 O 计算的重量百分率来表示。水泥中过量的碱会和集料中的活性物质 SiO 2 反应,生成膨胀性的碱硅酸盐凝胶,一方面会导致混凝土开裂,另——方面碱含量的增大降低了外加剂对水泥浆体的塑化作用,使水泥浆体流动性损失加快,凝结时间急剧缩短,减弱了高效外加剂的作用。但当可溶性碱的含量过低时,不仅在外加剂剂量不足时坍落度损失较快,而且当剂量稍高于饱和点时,会出现严重的离析与泌水。大量实验数据表明,碱含量在 0.4 %~ 0.8 %以内时,其对外加剂与水泥的适应性影响很小,而在国家标准中,低碱水泥的碱含量不得大于 0.6 %,因此为了使外加剂与水泥的适应性较好,碱含量宜控制在 0.4 %~ 0.6 %。

2 . 2 . 4 水泥细度的影响

图 1 取自嘉兴某水泥熟料与 CaSO 4 · 2H 2 O 的配料进行粉磨后的试验结果。

图 1 水泥细度对外加剂塑化效果的影响
  
试验表明:随着水泥细度的增加,外加剂塑化效果下降。在水泥生产过程中,许多厂家为了满足强度的要求,一味地提高水泥的细度。细度越小比表面积越大,而水泥对外加剂的吸附性随比表面积的增加而增加,在相同的外加剂掺量下,水泥的需水量随比表面积的增大而增大,同样混凝土坍落度损失也随比表面积的增大而加快,所以,本来在一定掺量下表现为适应的外加剂在水泥细度的提高下会表现出不适应现象。

2 . 2 . 5 掺合料种类及掺量的影响
   在水泥及混凝土的生产过程中,均掺有一定量的掺合料,如矿渣粉、粉煤灰等。由于这些掺合料的品质及掺量的不同,对混凝土外加剂的作用效果也会产生一定的影响。例如,单掺一定量的粉煤灰,由于粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起到“滚珠轴承作用”,随着掺量的增加混凝土流动性增加,外加剂的适应性表现较好。另外由于粉煤灰中的碳会吸附较多的外加剂而使混凝土坍落度下降,因此,当粉煤灰掺量一定时, I 级粉煤灰烧失量较小 ( 含碳量低 ) ,对外加剂的适应性表现较好,而Ⅱ、Ⅲ级粉煤灰烧失量大 ( 含碳量高 ) ,对外加剂的适应性表现就差。单掺矿粉对外加剂的适应性与粉煤灰相似但没有粉煤灰表现得这么明显。由于矿粉的粒径比水泥小,从而产生“微集料效应”,填充了水泥颗粒间的空隙,使水泥颗粒间水分得到释放,提高了混凝土的流动性。但掺量超过—定量时,随着比表面积的增加会表现出坍落度损失加快等不适应现象。而当粉煤灰和矿粉以一定比例掺加到混凝土中去时,二者的作用可互相促进。试验表明,双掺 40 %,矿粉:粉煤灰= 2 : 1 时最佳,此时表现出的混凝土与外加剂的适应性最好。

2 . 2 . 6 水泥新鲜程度、温度的影响
   由于粉磨时会产生电荷,新鲜的水泥出磨时间短,颗粒间相互吸附凝聚的能力强,正电性强,吸附阴离子表面活性剂多,因此表现出外加剂减水率低,混凝土坍落度损失快的现象,因此新鲜水泥与外加剂的适应性差。另一方面刚磨出来的水泥温度很高,当水泥温度小于 7 0 ℃ 时对外加剂的塑化效果影响不大,当水泥温度超过 8 0 ℃ 时对外加剂的塑化效果降低明显,当水泥温度更高时,可能会造成 CaSO 4 · 2H 2 O 脱水变成无水石膏,需水量及外加剂吸附量明显增大,坍落度损失也会明显加快,使外加剂适应性明显变差。

3 、结束语
  
综上所述,混凝土外加剂对水泥的扩散作用和水泥对外加剂的吸附作用是影响水泥与外加剂适应性的两大关键因素,为了使外加剂与水泥达到最佳适应度,对水泥和外加剂做适应性试验和化学分析是非常必要的。

[ 应用实例 2]

水泥品质对预拌混凝土的影响

  水泥和预拌混凝土是由两个完全独立的生产者分别提供的产品,水泥又是预拌混凝土的原材料。它们都要执行国家相关标准。由于生产者们难以完全沟通,以至于对各自的产品质量有相当的隔阂,甚至互相误导。他们都以强度为第一需求,其结果是高强、早强水泥更受欢迎,从而高钙、高铝、高比表面积的水泥应运而生。然而,预拌混凝土的水化热越来越大,抗裂性、抗腐蚀性越来越差,混凝土强度的后期增长缓慢甚至倒缩,从而严重地影响了混凝土结构抵抗环境作用的耐久性能。
   面对可持续发展的挑战,水泥和混凝土生产者双方能否转变思维方式和传统观念,互相沟通、互相了解、互相支持、共同前进,这关系到我国工程建设的百年大计。
   本文主要从水泥的强度、三氧化硫含量、细度、凝结时间和影响水泥强度的水泥熟料矿物质组成成分的波动,探讨对预拌混凝土的影响。

一、水泥的特性和现状

( 一 ) 水泥的特性
   硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥国家标准 (GBl75 — 1999) 技术要求共有 9 项,其中:不溶物、烧失量、氧化镁三项指标,在控制上,应该是越低越好;安定性和碱含量两项指标,应该合格;强度指标应该在标准值以上,尽量减少各批号之间的强度差别和标准偏差,并确保有足够的富余强度;三氧化硫、细度和凝结时间三项指标,要求比较灵活,控制的“技术含量”较高。它们一方面要符合标准要求,即水泥中三氧化硫的含量不得超过 3.5 %,硅酸盐水泥比表面积大于 300m 2 /kg( 普通水泥 80μm 孔筛筛余不得超过 10.0 % ) ,凝结时间不得迟于 6 . 5h( 硅酸盐水泥 ) 或 10h( 普通硅酸盐水泥 ) ;一方面要充分考虑混凝土生产的要求。符合标准要求,只能说是合格产品;符合混凝土生产的要求,才是好水泥。

( 二 ) 水泥的现状
   水泥作为一种工业产品,为了追求自身的“高质量”,在符合“国际”的前提下,—般采取“高强”和“早强”的工艺措施。“高强”的措施主要有:提高水泥熟料中 C 3 S 的比例,但其难度是熟料难以烧制,并容易出现不利水泥安定性的 fCaO 。“早强”的措施主要有:提高水泥熟料中 C 3 S 和 C 3 A 的比例,提高水泥的细度。“早强”水泥由于早期强度发挥快,对施工进度是有利的,在一段时期内深受广大用户的欢迎。但同时也存在着严重的缺陷:混凝土水化热高,且有浮浆现象,后期强度增长率低。高水化热和水泥浮浆不利于施工,尤其是大体积工程的施工,同时由于该混凝土的膨胀和收缩率高,是出现混凝土裂缝的主要原因,不利于工程的质量;后期强度增长率低甚至倒缩,对工程的质量更是不利。另外,水泥生产者无法提供水泥在混凝土中与外加剂的相容性,出厂水泥 ( 尤其是散装水泥 ) 温度太高一一对混凝土的拌制和混凝土结构的温度应力控制有不良的影响等,都是存在的问题。

二、预拌混凝土的特性及其存在的问题

( 一 ) 特性
   高效减水剂等外加剂的使用,大大改变了预拌混凝土的配制、性能和生产工艺,它使混凝土能在低水灰比下,达到比水泥强度高得多的强度 ( 如 C100 以上高强混凝土已成为可能 ) ,而施工性能却很好,改变了传统混凝土的强度不能高于水泥强度而依赖于水泥强度的规律。水泥强度对混凝土的强度不再起主导作用,水泥的性质也不再代表混凝土的性质。预拌混凝土有如下特性:

1 .预拌混凝土是一种产品,也是建筑工程的材料,它必须按国家标准要求,进行工厂化集中生产,并在规定时间内,由专用运输车输送到施工现场,经验收合格,才准予浇筑施工。
2 .使用外加剂,而不完全依靠水泥的特性进行混凝土改性,已越来越普遍。特别是掺加高效减水剂,能大大改善混凝土的流动性;掺加增强剂,能有效提高混凝土的强度;掺加抗渗剂,能有效提高混凝土的抗渗性能。
3 .使用掺和料,进一步改善混凝土的性能。掺加粉煤灰和磨制矿渣等,能明显减少水泥用量,并且有降低水泥水化热的作用,有利于提高混凝土质量和改善施工进程。

( 二 ) 存在的问题

1 .混凝土配比的多组分,增大了生产和质量控制的复杂性。随着技术的不断进步,混凝土生产除了水泥、砂、石、水等 4 种传统材料之外,为了工程及施工的需要,不断增加了外加剂和掺和料,它们有无机物,也有有机物,可以是单掺,也可以是多掺。因此,对水泥的性能和适应性,提出更高的新要求。
2 .搅拌的匀质性问题。预拌混凝土普遍要求较低的水灰比和适当的坍落度,这就对在规定搅拌时间内,达到充分的匀质性,提出了难题。
3 .矿物掺和料的大量使用,会消耗水泥中的 SO 3 ,致使 SO 3 不足,而水泥的水化和矿物掺和料活性的激发都需要 SO 3 ,因此,不当量的掺和物,会影响水泥的水化进程和混凝土强度的正常发挥,同时还会使混凝土的凝结时间难以控制。

三、水泥品质对预拌混凝土生产和质量的影响
  
作为预拌混凝土原材料的水泥,不但要符合自身的质量标准 ( 基本要求 ) ,更要适应预拌混凝土的特殊要求。水泥质量对预拌混凝土的生产过程、质量控制、施工工艺等,都有不同程度的影响。

( 一 ) 水泥强度的影响
   水泥基材料的强度是在一定的标准条件下测得的。如果水灰比、试件尺寸、养护条件、试验方法都相同,按传统理论,则认为净浆强度高于砂浆强度,砂浆强度高于混凝土强度。然而,事实是水泥强度和混凝土强度的定义不同,检测强度的标准条件不同。预拌混凝土生产时,高效减水剂等外加剂的掺和,使混凝土的水灰比降到比检测水泥强度时的水灰比低得多,从而使混凝土的强度比水泥的强度高得多,即强度等级为 32.5 的水泥,能配制 C60 混凝土已是事实。
   提高水泥强度的工艺技术措施,主要是改善水泥熟料的矿物组成,提高 C 3 S 和 C 3 A 的含量,增大水泥的比表面积。但是,高 C 3 A 和高比表面积,出现的高水化热和后期强度增长缓慢甚至倒缩,给混凝土质量和施工带来的后果已是弊大于利。虽然提高混凝土强度能有效减少构件断面的面积,减少“肥梁、胖柱、厚板”的现象,减少建筑物的自身重量,提高有效面积和空间,但由于混凝土构件断面不能小到超过保证构件稳定的极限,所以,过高的混凝土强度等级其实是浪费。再说,混凝土施工技术已今非昔比,有了很大的进步,模板不再是木板拼凑的,而是钢模或整体模板,而且是多套模板轮翻上;模板的支柱也已是钢管代替木支柱。所以,片面追求水泥的早强,确实是没有必要了。

( 二 ) 水泥细度的影响
   水泥的粉磨细度与时间、强度、干缩以及水化放热速度率等一系列性能都有密切的关系。水泥细度越细或比表面积越大,水泥水化热反应就越快,早期强度发挥就越快。同时,水泥粉磨采取“窄级配”,即水泥颗粒大小越均匀时,水泥强度也越高。因此水泥的细度相对细得多,且可能采取“窄级配”。但是,其水化热就越大越集中,水泥标准稠度需水量越大,混凝土的水灰比也越大,与外加剂相容性越差,开裂敏感性越大。而且,水化后浆体内凝胶含量增多,是引起干缩率增大的一个原因。
   水泥细度是影响水泥流变性能的重要因素,水泥流变性能对混凝土施工和工程质量有重要影响。水泥中粒径在 3 ~ 30μm 的颗粒起强度增长的主要作用;大于 50μm 的颗粒则对强度基本不起作用,但有稳定体积的作用;小于 3μm 的颗粒,水化时需水量大,反应很快,水化热很高,只起促进早期强度的作用,对后期强度基本没有贡献。水泥比表面积相对较大且颗粒级配恰当的水泥,可得到良好的流变性能,对混凝土和工程质量有利。

( 三 ) 水泥凝结时间的影响
   凝结时间对混凝土施工有很大的影响。初凝结时间过短,往往来不及施工,甚至来不及运送到施工工地;终凝时间太长,又会使施工人员难以适应,妨碍工程进展。影响凝结时间的水泥矿物成份主要是 C 3 S 和 C 3 A ,而在水泥磨制时掺加适当的二水石膏 ( 水泥中三氧化硫的来源 ) ,不仅可以调节凝结时间,同时还能提高早期强度,降低干缩变形,改善耐蚀性、抗冻性、抗掺性等一系列性能。然而,水泥在磨制时,如果磨机内温度过高,就会使二水石膏脱水,变成硬石膏,失去调节凝结时间的作用,并可能出现快裂、缓凝或假凝现象,使凝结时间难以控制。

( 四 ) 水泥与混凝土外加剂的适应性
   混凝土外加剂的种类繁多,可分为无机和有机外加剂两大类。无机外加剂主要是一些电解质盐类,有机外加剂大多是表面活性物质。较常用的外加剂主要有减水剂、调凝剂和加气剂等。为了达到设计的质量指标,外加剂可能是单掺,也可能是多掺。这就对水泥的适应性提出了难题。水泥的高水化热矿物成份,水泥的石膏掺量 ( 即 SO 3 含量 ) 的波动,水泥中碱含量偏高,或者出厂水泥的温度过高 ( 主要是散装水泥 ) 等,对外加剂都有不利的影响,甚至阻碍外加剂性能的发挥,达不到混凝土设计的质量要求,从而影响工程施工和工程质量。这就是不同厂家生产的同种相同强度等级的合格水泥,有不同适应性的原因。

四、结语
  
水泥品质是影响混凝土质量的主要原因。水泥生产者没有必要片面追求水泥的早强、高强,而不断提高水泥 C 3 S 、 C 3 A 的含量和比表面积,而应该充分考虑水泥强度的后期增长率,避免高比表面积而出现水泥颗粒“窄级配”;应该充分考虑预拌混凝土生产的特点,适当调整水泥的 SO 3 含量,找出并确定合理的初凝和终凝时间;尽量降低水泥的碱含量,并寻找适应外加剂特性的规律,使水泥能与外加剂完美的结合。  总之,合格的水泥并不是好水泥,只有能充分满足混凝土生产要求,具有良好的匀质性、稳定性、与外加剂良好的相容性,有利于混凝土结构长期性能的发展,具有耐久性的水泥,才是预拌混凝土生产所需要的水泥。

[ 应用实例 3]

大流动度泵送混凝土与裂缝种类的关系控制技术及防治措施

  城市现代化建设正向新的领域发展,在高性能混凝土高强度、高流动性的研究方面取得了显著成果。本世纪高性能聚羧酸外加剂在泵送混凝土中的应用,水胶比最小达到 0 . 25 ,混凝土抗压强度达到了 110MPa 以上。泵送混凝土具有便于城市运输,便于垂直供料,已是当代建设不可缺少的主要方式。随着商品混凝土的发展,混凝土塑性收缩裂缝及其它原因引起的裂缝却日益突出,成为影响工程结构耐久性的焦点,也是当前工程技术人员十分关注的问题。

一、产生裂缝原因分析
   根据笔者近几年对本市现浇混凝土工程裂缝长度、宽度、深度检测,对裂缝的种类归纳为:混凝土收缩有早期收缩,它包括塑性收缩、干燥收缩和化学收缩,温度变形收缩及碳化收缩。
   混凝土裂缝产生的原因又分为:结构不均匀沉降裂缝、外力结构荷载作用裂缝、混凝土粗骨料塑性沉降裂缝、温差裂缝、收缩裂缝、干燥裂缝及冻融侵蚀、硫酸盐侵蚀、钢筋锈蚀等引起的裂缝。
   早期收缩—早期混凝土由于技术或施工不当引起的缺陷将使混凝土的质量遭受不可弥补的损害。早期收缩是引起混凝土早期开裂的主要原因,因此时的混凝土抗拉强度较低、抵抗力很弱。

  1 .塑性收缩裂缝。由于新浇筑的混凝土骨料下沉,引起泌水,一般发生在新拌混凝土 3 ~ 12h 以内,在终凝前比较明显。因此,混凝土塑性收缩裂缝是混凝土在塑性状态时表面失水过快造成的。
  2 .干燥收缩裂缝。新拌混凝土处于干燥环境,在凝结过程中内部水分蒸发,是引起混凝土体积变化的主要因素。混凝土在凝结硬化强度增长阶段,除水泥水化所需的内部水分外,多余的游离水会由表及里逐渐蒸发,导致混凝土干燥收缩。另外,在混凝土毛细管内游离水分蒸发,毛细管内负压增大,也使混凝土产生干燥收缩。在约束条件下,当收缩变形导致的收缩应力大于混凝土的抗拉应力时,混凝土就会产生由表面向结构纵深发展的干燥收缩裂缝。在混凝土达到终凝时间后,混凝土外部不能及时补充水分养护,环境的相对湿度越低,混凝土的干燥收缩程度也就越大。影响混凝土干燥收缩裂缝的主要原因是水泥用量、水泥品种、水灰比、骨料的种类和粒径、砂率等。成型后的混凝土早期养护的温度和湿度至关重要。一般条件下,混凝土的极限干缩值为 (50 ~ 90) × l 0 -5 ) 左右,即收缩系数 0.5 ~ 0.9mm /m 。
  3 .化学收缩裂缝。由于水泥水化生成物的体积比反应前物质总体积小,而引起混凝土的收缩,称为化学收缩又称为自身收缩。化学收缩导致出现裂缝,主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量,用水量和水泥用量越大,混凝土的收缩就越大。目前,天津市由传统的现场自搅拌转化为商品混凝土集中搅拌,大流动性泵送混凝土水泥浆量增加,骨料粒径减小,水泥浆量是决定自收缩变形大小的主要因素。高强度混凝土增加水泥用量和提高水泥细度,当磨细矿渣粉和粉煤灰超量加入,导致毛细孔隙的平均直径变小,使混凝土内部最大拉力增加,混凝土自身收缩加大,当自身收缩应力超过该结构混凝土极限抗拉强度时,就会在混凝土中产生收缩裂缝。
   4 .地基不均匀沉降及骨料沉降裂缝。 (1) 因地基沉降或支座沉降不均匀造成的墙体裂缝。 (2) 基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构中产生附加应力,导致结构开裂。 (3) 建筑物下采用同一种基础,如基底标高差异太大,也会引起地基不均匀沉降。 (4) 建筑物地基建在砂砾层、回填土层上,如基底处理不规范也会发生不均匀沉降。 (5) 冬施季节地基冻胀,建筑物施工阶段或建成后原有地基发生变化也会引起建筑物不均匀沉降;以上种种情况均会导致混凝土结构出现裂缝,一般早期不易发现,但如果发生则后果严重。目前在本市的框架剪力墙结构检测过程中,发现地下室剪力墙及主体结构标准层中剪力墙出现不同程度的水平及竖向裂缝。裂缝产生的原因是由于地下室属连续超静定结构,墙体受到下部基础底板和上部楼板或梁的约束,当墙体混凝土收缩变形产生内应力大于混凝土早期抗拉强度时,则墙体混凝土就会出现开裂。同时,由于泵送混凝土配合比中水泥浆体、磨细矿渣粉、粉煤灰等胶结材与粗细骨料颗粒组份的比重不同,会发生石子的沉降,胶结体上浮,导致材料的不均匀沉降与表面议水现象的发生。在施工过程中浇筑墙体高度不符合要求时,一次性投料过大,在振捣过程中骨料下沉,在初凝前混凝土处于塑性状态骨料会继续下沉,浆体上浮,当下沉的粗骨料受到水平绑扎的钢筋阻拦时,就会与周围的混凝土形成沉降差,因此,墙体就会造成塑性沉降裂缝。
   5 .温差裂缝。在水泥水化过程中必然导致水化升温,尤其在大体积混凝土中昼夜温差引起的温度应力作用使混凝土出现开裂。升温阶段一般在 2 ~ 5 天达到峰值,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成了较大的温度差,当温差超过 25 ℃ 时,就会产生温度应力与应力变形,混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当混凝土内部应力超过表面混凝土抗拉强度极限时,则会在混凝土表面产生裂缝。混凝土的温度变形系数为 a=1 0 × 10 -6 / ℃,即每升降 1 ℃ ,每 m 胀缩 0.01mm 。
   6 .混凝土级配不合理,所用原材料质量不符合要求造成的裂缝。混凝土粗细骨料级配不合理,造成粗细骨料之间孔隙率大,混凝土中游离水隐藏量多,水分蒸发后形成一定的孔隙与贯通的毛细孔道,会导致混凝土强度下降出现裂缝。当原材料中砂、石含泥量、泥块含量偏高时,经原材料搅拌个别部位会在骨料之间形成一种泥浆膜,它会降低水泥石与骨科的粘结强度,使抗压强度、抗剪强度降低,导致混凝土早期裂缝,并会发展为贯通性裂缝。当砂子细度模数偏低,石子粒径偏小,就会增加水泥用量和用水量;水泥用量越多,用水量越大,混凝土干缩也就越大,出现裂缝的概率也就越大。另一个原因是机制人工砂中石粉含量过高会引起混凝土早期膨胀增大,使混凝土产生裂缝。
   7 .施工过程不当造成的裂缝。当混凝土结构未合理选择浇筑方案,剪力墙一次性投料过高会导致粗骨料下沉,浆体上浮产生混凝土离析,造成塑性沉降裂缝。振捣过程中做不到快插慢拔,气泡不能充分排出,振捣棒有拖带现象,均会造成裂缝出现。当混凝土浇筑时,不是从同一方向浇筑,而是相向浇筑时,混凝土终凝后中间钢筋受到两个方向的拉应力,会对中部的混凝土产生约束,导致混凝土受拉产生裂缝。春冬季风大,气候干燥,混凝土结构浇筑后,当温度低在不便于浇水养护条件下,又不及时用塑料薄膜覆盖缠绕,导致混凝土结构失水过快,直接影响混凝土的抗裂能力,出现不同程度的塑性收缩裂缝,并对混凝土强度增长相应造成影响。夏季混凝土结构浇筑后,因气温过高,在混凝土初凝后如不注重覆盖,不及时浇水养护,养护周期不能满足规定龄期要求,就会造成混凝土失水过快或达不到水化要求,造成混凝土强度增长不利和收缩应力加大,会过早地出现裂缝。
   混凝土出现裂缝是不可避免的,混凝土收缩是混凝土材料本身固有的一种物理现象,其微观裂缝是由本身物理力学性质决定的,但可以通过合理调整混凝土配合比设计,提高混凝土生产质量。设计过程中根据工程结构条件采取“抗放结合”的综合措施,超长结构可采取后浇带或膨胀加强带方法施工,尽量减少侧壁长度。在相同的配筋率下,选择细筋密布配筋,重视水平分布筋的配筋率。加强混凝土施工质量来控制高强混凝土非结构性裂缝的有害程度,满足建筑使用功能的要求。
   1 .搅拌站混凝土设计质量控制。商品混凝土的合理设计首先是混凝土配合比设计与材料制定,单方混凝土水泥用量应合理,水泥用量大,用水量大,水泥浆体体积大,收缩亦大。从理论上讲,混凝土中掺加水泥过多,不仅使其产生大量的水化热和较大的温度应力,而且还会使混凝土产生较大的收缩质量问题,水泥细度愈大,干缩率愈大。从工程实践经验证明,在配制高强混凝土时,如果混凝土强度等级在 C50 ~ C80 之间时,水泥用量宜控制在 400 ~ 500kg /m 3 ,当混凝土强度等级大于 C80 ,水泥用量宜控制在 500 ~ 550 kg 。当每立方米混凝土水泥用量超过 550kg 时,强度增长并不明显,并会使混凝土加大收缩。在配制泵送混凝土时,可通过掺加硅粉、矿渣粉、粉煤灰等矿物料来提高混凝土强度。混凝土水灰比是影响强度和裂缝的主要因素之一。水灰比大的混凝土其收缩亦大,也就是越容易产生裂缝。塑性沉落裂缝、干燥收缩裂缝都是由于混凝土单方用水量过大,混凝土稠度过低、塌落度过大、水分蒸发过快造成的。因此,在保持合适的工作性始终不变的条件下,只要能达到泵送的条件,水灰比应当尽可能低,严格控制混凝土水灰比即严格混凝土的用水量是减少裂缝的根本措施。
   另外,对于大跨度的现浇板、超长剪力墙结构等,可以在混凝土中加入一定比例的碳纤维、聚丙烯纤维来阻止裂缝的发生。纤维的掺入可以在混凝土中起到一种乱向支撑作用,能改善混凝土早期泌水性,阻止混凝土发生塑性沉降,有利于提高混凝土的抗拉、抗折强度,从而有效地防止混凝土发生塑性收缩和早期干缩裂缝。
   2 .混凝上搅拌站材料质量控制。商品混凝土搅拌站应严格控制原材料的质量,在选用水泥方面应优先选用低热、低收缩量水泥。夏季优先选用低热矿渣硅酸盐水泥,水泥细度应符合国家标准,细度大的水泥易产生干燥收缩裂缝。在选用骨料方面,粗细骨料的含泥量应尽可能低,应满足国家标准要求,因为泥的膨胀性大于水泥的膨胀性,并且含泥量大的砂石与水泥粘结界面强度低,粘结力弱,影响混凝土抗拉强度,使混凝土产生裂缝。在使用机制人工砂时应尽量避免单一使用,应与河砂按最佳比例混合使用。机制人工砂石粉含量应严格控制,应符合 GB / T1468 4 — 2001 · 5 · 2 · 2 建筑用砂石粉含量规定要求,防止因石粉含量超标而引起混凝土早期膨胀而产生裂缝。另外,搅拌站粗、细骨料场地堆放,应保障粗、细骨料的连续级配稳定,粗、细骨料堆放高度应有控制,不易过高,砂、石粗颗粒滚落到底部会造成上部颗粒细,下部颗粒粗。材料不稳定会造成混凝土离析,强度偏低,也会增大混凝土出现裂缝的机率。因此,加强对料场的管理意义十分重大。在混凝土砂率设计方面,应优先选用最佳砂率,一般泵送混凝土可控制在 38 % -43 %之间,砂率过小混凝土容易产生离析,不宜泵送。砂率过大,会降低混凝土的工作性和强度,并能增大混凝土的收缩和裂缝。粗骨料应根据混凝十构件的最小断面尺寸和泵送管内径来确定,一般情况下粗骨料最大粒径与输送管径之比不宜大于 1.3 ,选择合理的最大粒径,优先选用连续级配的粗骨料,即降低水泥用量,减少泌水、收缩和水化热。细骨料应优先选用级配良好的中、粗砂,细度模数在 2.6 ~ 2.8 之间为最佳。还可以在混凝土中掺加适量的磨细矿渣粉、粉煤灰和外加剂。磨细矿渣粉可以降低混凝土的水化热,提高混凝土的后期强度,节约水泥,降低造价。粉煤灰可以降低混凝土拌合物的屈服剪切应力,大大提高混凝土拌合物的坍落度,改善和提高新拌混凝土和硬化混凝土的性能,改善混凝土的和易性及可泵性,降低水化热,降低泌水率和干缩程度,减少在管道中的堵塞和分离,降低混凝土与管壁的阻力,从而提高混凝土拌合物的流动性和稳定性。粉煤灰颗粒在泵送过程中起着“滚珠”效应。
   3 .施工方法预防及施工质量控制。施工队伍应尽量减少混凝土施工缝的留置,如必须留置时,应合理设置施工缝位置,避开应力集中和结构刚度比较弱的部位。在浇筑时,应采用连续流水施工,从一端向另一端浇筑,不允许从两端相向浇筑。
   浇筑完毕后,应留足下道工序间歇时间,控制施工荷载,不允许在现浇混凝土上部码放建筑材料,避免集中载荷,不允许超载施工。拆模时,要按混凝土强度要求,合理安排拆模时间,不允许提前拆模。
   超长混凝土结构,应按设计要求留置后浇带,达到混凝土温度收缩应力与混凝土强度的抗衡稳定后,再进行后浇带混凝土施工,后浇带混凝土应加 12 %的 UEA 膨胀剂。
   夏季对于大体积混凝土所用砂、石应采取物理降温,水泥应优先选用低热矿渣水泥,外加剂宜选用缓凝型减水剂。严格管理混凝土浇筑时间及入模温度,有条件最好是夜间浇筑,严格控制混凝土的浇筑速度,控制好现浇混凝土的内外温差,重点工程大体积混凝土应埋设管道循环降温,并做好温度观测记录。为使大体积混凝土的内外温差降低,可采用混凝土表面保温方法,使混凝土内外温度降低。
   钢筋混凝土施工验收规范 GB50204 要求,应严格控制现浇混凝土钢筋保护厚度,对于梁、板结构,特别是悬挑结构,在施工绑扎钢筋铺设垫块工序时,应采取有效的措施来保证钢筋位置因施工踩踏振捣过程中的不移位,避免因钢筋保护层厚度不符合规范要求而使混凝土结构开裂。
   在混凝土振捣过程中,如振捣方式不正确会造成混凝土分层离析,对于板类构件如过振会使粗骨料下沉,表面出现浮浆,会造成混凝土面层开裂;对于剪力墙结构如投料振捣不正确,会使骨料不均匀沉降,也会造成墙体出现收缩裂缝。为提高混凝土的密实度,振捣要适宜,不过振,不漏振,以混凝土表面无气泡冒出为宜,振捣棒移动距离以 400mm 左右为宜,时间以 10 秒 / 次左右为宜,振捣棒插入时应快插慢拔。混凝土浇筑高度不允许超过 500mm ,采用两次振捣技术可以防止因塑性沉降而引起的混凝土内部分层,消除因混凝土泌水而出现的毛细孔道及石子下部隐含的气泡,来提高混凝土强度和减少混凝土裂缝,时间应掌握在浇筑混凝土 1 小时左右即进行二次振捣。混凝土板类结构浇筑完毕后,在混凝土初凝前应用木抹子对混凝土表面进行 2 ~ 3 次搓平,即可愈合裂缝,也可阻止裂缝出现,施工过程中要保证模板的刚度,防止模板变形,支撑下沉,根据不同构件的要求确定拆模日期,避免过早拆模,也是防止裂缝出现的条件。
   养护条件对混凝土的收缩影响很大,做好对混凝土的早期养护,可以对裂缝的出现起到至关重要的作用,对于天津地区混凝土养护应不少于 14 昼夜。环境温度越高,风速越大,收缩越大。当混凝土表面暴晒,表面与底面温度不一样;或者大风吹袭会造成混凝土表面水分急剧蒸发,两种情况均会形成上下部硬化不均匀而出现表面收缩裂缝。应在建筑物四周采取围挡措施,或采取混凝土表面覆盖保持混凝土表面湿润,防止水分蒸发。对不同的梁、板、柱、剪力墙结构应采取不同的覆盖与拆模措施及喷雾浇水养护方案,从而防止裂缝产生。
   为防止混凝土裂缝的发生,在普通混凝土中掺入膨胀剂可以配制成补偿收缩混凝土、填充混凝土和自应力混凝土。膨胀剂的主要功能是在水泥水化过程中使混凝土产生体积膨胀,通过膨胀能对限制力做功,产生的限制膨胀抵消混凝土干燥、降温以及荷载等作用引起的限制收缩,在配筋条件卜能使混凝土内部产生 0.2 ~ 0.7MPa 的压应力,它可抵消混凝土收缩所产生的拉应力,从而防止和减少混凝土因收缩产生的裂缝。另外,膨胀性晶体的填充作用使水泥石中的大孔变小,总孔隙率下降,改善了混凝土的孔结构,从而减少或消除塑性收缩裂缝,使混凝土中微裂纹难以扩展成贯穿裂纹,起到抗裂防渗的目的。 UEA 膨胀剂的最佳掺量为水泥用量的 10 ~ 12 %。
   笔者 2006 年 8 月份与北京清华大学专家共同对本市某一高层建筑地下室一层、二层剪力墙出现不同程度的竖向裂缝进行了鉴定,对下一步继续施工的部位制定了补救措施,经笔者整理列出,特向读者介绍,仅供参考。
   根据裂缝宽度、深度、长度、道数,分析裂缝产生的原因,按以下方案进行施工:

  (1) 调整混凝土施工配合比,降低坍落度,由 180 ~ 200mm 调整为 160 ~ 180mm ,保证混凝土和易性,混凝土入模温度不高于 28 ℃ 。
  (2) 混凝土配合比增加粉煤灰用量,为降低混凝土水化热,粉煤灰掺量不超过水泥用量的 30 %;磨细矿渣粉占水泥用量的 10 ~ 15 %; UEA 膨胀剂掺量为水泥用量的 12 %,加强带按照图纸设计要求再提高一个强度等级。
  (3) 钢筋直径 16mm ,牌号 HRB400 ,间距 150mm ,按等面积代换调整。牌号不变由直径 16mm 调整为 12mm ,水平筋加细加密,与设计部门协商。
  (4) 剪力墙长度为 60 米 ,图纸要求设置加强带,与设计部门协商加强带是否可以断开。如不同意断开就必须等到混凝土收缩稳定后,钢筋受拉徐变结束后,再浇筑混凝土。
   (5) 混凝土浇筑前,木模应先浇水,钢筋要浇水冷却,夜间气温下降后,再浇筑混凝土。
   (6) 为防止底板与剪力墙的约束力对剪力墙造成约束影响,在混凝土浇筑前先在底板上抹一层与混凝土强度等级相适应的砂浆,在砂浆初凝前立刻浇筑混凝土,来降低底板对剪力墙的约束力。
  (7) 剪力墙应分层浇筑,每层为 50cm 高,在一小时左右进行二次振捣,排除钢筋下部粗骨料底部气泡。上一层混凝土浇筑时,振捣棒插入下层混凝土 10cm 厚为宜。
   (8) 混凝土终凝后,可把侧模打 开 1 ~ 2cm ,剪力墙上部设喷壶浇水养护,但需控制水温,防止混凝土内部与外部的温差大,而直接用冷水激。
   (9) 混凝土浇筑后,侧模 3 天后再拆,从浇筑时算,连续养护 14 昼夜。
   (10) 已发生小于 0.3mm 以下的裂缝,涂刷渗透结晶型涂料起到自密实作用;大于 0.3mm 的裂缝,采用聚胺脂防水材料压力灌浆,以起到隔绝空气防止钢筋锈蚀,满足堵塞裂缝的作用。

 

[ 应用实例 4]

  混凝土配合比是现场混凝土质量控制的关键因素,它直接影响着混凝土施工的难易,影响着混凝土工程的内在质量及外观,影响着混凝土的成本,因此对混凝土的配合比如何进行优化调整就显得尤为必要和迫切。本文根据混凝土理论及现场实际经验,来谈一下施工混凝土配合比在性能和经济方面优化的一些措施。  普通混凝土配合比设计就是依照工程设计和施工要求,选择适于制作所需混凝土的原材料,按照设计确定的混凝土性能和经济性原则,选择恰当的组分和材料用量。虽然混凝土配合比设计技术已有一整套完整的标准和规范指导操作,但由于现场施工环境条件制约及当地特定地材等原因,决定了配合比设计不全是科学进行,它只能是在当地通用的材料中选择合适的组成材料,并确定其特性能够满足配比设计性能最低要求的同时又是最经济的组合。一般混凝土配合比设计主要包含两个方面的内容,一是依照规范要求选择适合配制所需混凝土性能的原材料;二是对各原材料合理组配,求得满足工程设计和施工要求技术指标的混凝土,使强度富余适宜、工作性满足施工需要、环境耐久性满足工程设计要求、经济性满足成本最低的要求等。本文重点论述第二方面的相关问题。

1 、混凝土理论配合比设计
  
配合比设计是根据现场施工特点在混凝土最大密实度理论的基础上,考虑集料比表面积对起润滑作用的浆体数量的影响,根据工艺特点,使填满集料孔隙外提供混凝土工作性的过剩浆体量最佳、性能最优的过程。配比设计应优先采用正交法设计统计分析技术确定合适的各配比参数,提高工作效率。对于配合比设计方法,规范已有详细规定,但不论采用假定容重法、体积法还是经验法,主要有以下几个过程:

(1) 根据施工要求确定混凝土配制强度和施工坍落度。配合比设计应保证混凝土在浇筑时达到要求的性能,这就要求设计初始工作性能高于浇筑工作性,应考虑运输、密实等过程对工作性的要求及经此过程引起的工作性损失问题。在室内试配设计时,可先设计低坍落度混凝土,然后通过掺入推荐掺量外加剂或增加水泥浆量来调整至设计坍落度。配制强度的富裕 ( 标准差 ) 应与施工控制水平相一致,考虑到经济和安全因素,一般现场配比设计标准差不宜低于 5.0MPa ,现场配比设计 28d 强度富裕宜控制在 8~12MPa 。
(2) 确定单位用水量,选择水灰比。根据集料粒形、级配和外加剂的性能来综合确定用水量。由于水灰比决定着水泥浆体的空隙率,对于给定的材料,混凝土强度只取决于水灰比,因此应尽量找到选定材料水灰比和强度之间的关系,以确定合适的水灰比。在没有经验资料前,应依照鲍罗米公式根据水泥强度和设计强度来计算水灰比,但无论何时水灰比均应同时满足强度和耐久性要求。
(3) 确定混凝土砂率,计算单位混凝土粗、细集料用量。砂率根据混凝土类型、坍落度及砂的细度模数和超粒径颗粒含量等综合因素确定。按照密实度理论,在配比设计时应使单位体积混凝土中尽量拥有较大体积的集料,以减少水泥浆体量,而单位体积混凝土中粗骨科体积与最大粒径和砂的细度模数相关,因此,砂率设计应根据施工工艺和结构特点,尽量采用较大粒径的级配碎石和级配中粗砂,并应尽量满足集料整体密级配,以使混凝土性能处于最佳集料组合状态。
   另外,当在配合比设计时发现混凝土粘聚性欠佳,一般可采用提高砂率、用较细砂替代部分粗砂和增大水泥浆量等措施来加以调整。
(4) 外加剂和掺和料的类型和掺量的选择确定。外加剂优选应贯彻性能价格比最优原则。首先应进行不少于 3 种外加剂的混凝土性能现场优化比对 ( 外加剂可现场优化调整 ) ,根据外加剂标准要求和工程对混凝土的要求,选用具有最优指标的外加剂,对单位混凝土的减水剂价格进行经济性比对,然后确定一种外加剂供现场使用,并同时备用一种供应急采用。
   当掺和料的掺入目的是为改善混凝土和易性时采用较低掺量,对粉煤灰一般控制在 10 %以下;当掺和料掺入是为降低水泥量时,粉煤灰一般可掺入 10 %~ 30 %,矿渣可掺入 20 % ~60 %,具体掺量应经试配检验并综合各性能指标来确定。
(5) 对理论基准配合比设计的结果进行试拌调整并确定试验室配合比。由于在理论计算中运用了一些假设和经验参数,因此有必要对试拌结果进行相应调整,检查实际工作性及相应的技术指标,根据混凝土工作性和强度确定最合适的参数。

2 、配合比优化设计应注意的问题

(1) 在进行混凝土配合比优化设计时,关键要考虑的是水泥的价格比集料的价格贵得多,因而所有可能采取的步骤都首先应该是用以减少混凝土拌合物中的水泥用量,并满足工艺性和工程技术性能;或者用价格更便宜的磨细材料 ( 如粉煤灰、矿渣、高岭土等 ) 替代部分水泥用量并保证混凝土拌合物的主要性能特征,以此来提高混凝土性能,降低混凝土造价。
(2) 从结构的安全角度出发,强度等级应作为最低强度。由于材料、拌和方法、运输、灌注以及混凝土试样的制作、养护和测试等各方面发生的波动,按照统计学原则,为保证达到工程设计强度的概率满足规范规定要求,则混凝土设计强度必须有一定的富裕,该富裕值应与混凝土的生产控制水平相联系,即一定阶段同规格混凝土的强度变异性即标准差决定。技术上要求的工作性与现场结构类型、运输及密实方式相关,要想优化混凝土配合比就必须与现场施工工艺控制水平相联系。在配比设计计算中,配制强度应是试拌或施工平均强度,因此控制材料稳定、计量精密、拌和规范是优化混凝土配合比的前提和基础。
(3) 工作性是混凝土的重要性质,混凝土拌合物的工作性通常用新拌混凝土的粘聚性、保水性和坍落度、扩展度以及它们的经时变化来衡量。当集科棱角减少、表面粗糙颗粒减少时,混凝土的工作性会有所提高;混凝土中微气泡含量适量增加时,混凝土流动性会有所提高,但含气量应控制在 3 %~ 6 %范围内;否则,对强度影响较大。粘聚性与施工时的振捣易密性和实体及外观质量密切相关,设计拌和物工作性的重要依据是混凝土的坍落度 ( 稠度 ) 不应超出运输、浇灌、捣实和抹面的需要。混凝土流动性在运输或灌注时间较长或气温较高时,必须事先确定经时损失能满足要求的配合比。工作性差的混凝土,易产生离析、泌水、坍损快等有害现象,不仅使施工难于灌注和捣实,增加施工费用,而且使混凝土强度、耐久性和外观质量变差。(4) 提高混凝土的密实性首先要考虑混凝土的骨料级配,在相同条件下,良好的骨料级配其孔隙率最小,拌制的混凝土在一定坍落度下所需的用水量最少。

3 、优化混凝土配合比在施工生产中应注意的问题

(1) 配料计量。为保证施工配比与室内理论配比的一致,现场材料计量应准确,各种材料用量都应以重量计量,避免采用体积或时间 ( 水、液体外加剂 ) 计量。当外加剂以粉剂掺入时,应在施工前以袋装称量并随时抽检,不应现场边生产边称量,以降低人为误差。
   虽然影响混凝土强度的因素比较多,对于一定的材料而言,一般主要以水灰比和含气量作为影响强度的主要因素,因此如何控制含气量稳定、如何控制集料含水量以保证混凝土水灰比的稳定,是现场施工控制的一个重要方面。现场应经常检测砂石材料的含水量,必要时应采取措施,例如用铲车经常翻拌集料来保证生产中配料的均一稳定性。
(2) 减水剂应优先采用滞水法掺入,即在水泥 ( 掺和料 ) 、水、砂、石全部投入搅拌 30~60s 后投入减水剂,再拌和 60~90s 后出料。实践证明,滞水法掺入可提高减水率、增加保水性、降低坍落度经时损失、提高减水剂与水泥的适应性,优化混凝土性能。
(3) 随着季节和材料变化,混凝土配合比应适时调整。由于混凝土温度不同,水泥水化速度不一样,而且减水剂的减水率也不一样,因此,随着季节改变,配合比应及时试拌调整,优化配比。同时,施工中,细集料变化若导致细度模数波动大于± 0 . 2 ,就需调整配合比,以满足施工要求。
(4) 对已施工混凝土各技术参数,如细度模数、坍落度、强度、含气量等应定期进行统计分析,并根据分析结果及时调整、优化当前的配合比。

4 、当前混凝土配合比优化的发展
  
随着我国交通建设的发展,过去的混凝土设计寿命 30~50 年已远不能满足目前我国对建设工程 50~100 年的要求,由于环境氯离子、硫酸根离子、弱酸侵蚀和碳化、冻融破坏等,对混凝土耐久性要求越来越高。同时现场施工的规范化、标准化、快速化和精确化对混凝土的性能要求也越来越高,提高混凝土工艺性能,降低施工难度和施工成本并保证工程质量、提高工程耐久性是工程各方的希望,因此采用低成本、高效能的高性能混凝土就成了一个必然选择。
(1) 一般设计混凝土配合比主要以混凝土龄期强度和工艺施工性能为其主要指标,耐久性指标往往考虑不多,实际上耐久性好的混凝土往往是采用了多种磨细掺和料和高效减水剂,常常是相对经济的,与优化混凝土配合比设计并不矛盾。高性能混凝土与普通混凝土的区别在于掺入了粉煤灰、高炉矿渣、微硅粉中的二种或三种掺料,并且往往采用低碱、高效减水剂,水灰比较普通混凝土配合比设计偏低,坍落度一般在 160mm 以上。 由于以矿物掺和料置换部分水泥,一方面降低了混凝土成本,另一方面由于掺和料的表面效应、填充效应和火山灰活性等优化了混凝土工作性能,增加粘聚性,降低大流动度下的泌水率,而且经时损失小。对成型混凝土,后期强度提高大,抗冻融、抗渗性、抗氯离子渗透和抗化学侵蚀性强等,还可降低干燥收缩、降低水化热、抵抗水及离子渗透性能高等,能显著提高混凝土性能。
(2) 当前,在工地现场高性能混凝土主要采用磨细粉煤灰和高炉矿渣,配以高效减水剂并微量引气技术,水泥整体置换量达 20 %~ 40 %,一般坍落度在 160~ 230mm 。当然,掺和料置换量还必须兼顾施工周期对混凝土强度的要求,必须兼顾混凝土其它综合性能。试验证明,从改善混凝土某单一性能方面考虑,当矿粉掺量达到 60 %时水化热降低效果较好;粉煤灰、矿粉复合掺量达到 60 %时,降低水化热具有明显作用; 当粉煤灰掺量达到 30 %或矿粉掺量达 50 %时,改善混凝土收缩作用较强;当单掺粉煤灰 30 %时,氯离子渗透电量最小;矿粉单掺达 40 %,混凝土具有最佳强度及渗透电量值。

[ 应用实例5]

水泥与减水剂相容性

1 水泥与减水剂相容性检验方法
1 . 1 水泥与减水剂相容性分类
   水泥与减水剂相容性不好是一种笼统的说法。即将发布的行业标准 JC/T1073 《水泥与减水剂相容性试验方法》对“水泥与减水剂相容性”的定义为:“使用相同减水剂或水泥时,由于水泥或减水剂质量的变化而引起水泥浆体流动性、经时损失的变化程度以及为获得相同的流动性而导致减水剂掺量的变化程度”。这个定义中包含了初始流动性、流动性经时损失和减水剂用量 3 个要素。水泥与减水剂相容性可以分为 4 种典型的类型,图 1 是 4 种类型相容性的 Marsh 筒检验结果。
   图 1(a) 相容性优良:高效减水剂的饱和点明显,大约为 0.8 %~ 1.0 %,达到饱和点时的高效减水剂掺量不高,初始流动性较大,且 1h 后浆体的流动性损失很小。图 1(b) 相容性最差:达到饱和点的高效减水剂掺量较大 ( 大于 2.0 % ) ,初始流动性不好,同时 1h 后浆体的流动性损失很大。图 1(c) 初始相容性较好,但流动性损失显著,相容性介于 (a) 和 (b) 之间。图 1(d) 初始相容性不良,饱和点时高效减水剂的掺量较大,但流动性损失不大,相容性介于 (a) 和 (b) 之间。除上述以外,水泥与减水剂相容性另一种表现是减水剂掺量在饱和点附近混凝土出现泌水、离析。
   区分水泥与减水剂相容性的类型对质量控制有重要意义。除图 1(a) 以外,图 l 中 (b) 、 (c) 、 (d) 以及泌水离析均属于水泥与减水剂相容性不良,但引起的原因和调整方法不同。

图 1 水泥与高效减水剂相容性的不同类型

1 . 2 水泥与减水剂相容性和水泥流变性能
   水泥与减水剂相容性和水泥的流变性能是两个不同的概念。水泥的流变性能是由水泥自身性质决定的,与减水剂无关。例如水泥的标准稠度用水量反映的是水泥自身的流变性能。目前的水泥与减水剂相容性检验方法对上述两个参数未加区分,反映的是水泥流变性能和水泥与减水剂相容性的综合结果。区分这两个参数对水泥与减水剂相容性不良的原因分析和确定调整方法是有益的。

1 . 3 水泥与减水剂相容性检验方法
   水泥与减水剂相容性的检验方法国内主要有微型坍落度仪法和 Marsh 筒法。 GB50119 — 2003 《混凝十外加剂应用技术规范》和 GB/T8077 — 2000 《混凝土外加剂匀质性试验方法》都规定了使用微型坍落度仪的净浆流动度检验方法。曾经在一次高强混凝土的生产试配中发现,微型坍落度仪的检验结果与混凝土的坍落度和扩展度之间相关性不好。徐永模等提出使用砂浆坍落扩展度表征水泥与减水剂相容性,并证明与混凝土坍落扩展度有良好的相关性。曾经长期使用了一种在跳桌上检验的净浆流动度方法,对比证明,该方法在与混凝土坍落度相关性方面优于 GB/T8077 — 2000 规定的净浆流动度方法。
   —个混凝土搅拌站曾经多年使用 GB/T8077 — 2000 规定的净浆流动度检验方法控制水泥与减水剂相容性,并用作混凝土试配的依据。后按建议改用方法进行日常的生产控制。年半的使用结果证明,水泥砂浆坍落扩展度与混凝土坍落度的相关性明显好于净浆流动度。将连续半年测定的砂浆坍落扩展度、净浆流动度分别与混凝土坍落度进行一元线性回归,分别见图 2 、图 3 。

图 2 砂浆坍落扩展度与混凝土坍落度一元线性回归结果

图 3 净浆流动度与混凝土坍落度一元线性回归结果

  图 2 、图 3 显示,砂浆坍落扩展度和混凝土坍落度的相关性明显好于净浆流动度。使用砂浆坍落扩展度表征水泥与减水剂相容性更加合适。
   即将发布的行业标准 JC/T1073 中并列了 Marsh 筒法 ( 标准法 ) 和净浆流动度法 ( 代用法 ) ,两种方法均规定了使用 6 个不同的减水剂掺量进行试验,净浆配比见表 1 。这样会大大增加试验数量。参照国外同类试验方法,建议在水泥厂的日常质量控制中只进行一个减水剂掺量的试验,当水泥与减水剂相容性出现异常,为了分析异常的类型和原因可以按行业标准的净浆配比试验。使用单一减水剂掺量试验时,为了增加对水泥与减水剂相容性的区分,建议减水剂掺量设置为略小于饱和掺量。建议的净浆配比见表 l 。

表 1 行业标准规定和本文建议的净浆流动度法净浆配比

方法

水泥 /g

水 /ml

水灰比

基准减水剂掺量 /%

行业标准

30 0 ± 2

87 ± 1

0.29

0.4 、 0.6 、 0.8 、 1.0 、 1.2 、 1.4

本文建议

500 ± 2

145 ± 1

0.29

0.65

2 水泥与减水剂相容性控制方法
2 . 1 水泥与减水剂相容性影响因素
   水泥与减水剂相容性影响因素包括:熟料矿物组成;熟料烧成温度、烧成速度及冷却速度;混合材料种类和质量;水泥碱含量、可溶性碱含量;水泥比表面积和颗粒分布;石膏品种和掺量;水泥粉磨温度;水泥 fCaO 含量;水泥新鲜度;出磨水泥的冷却速度;夏季出厂水泥温度。

2 . 2 提高水泥与减水剂相容性的方法
   尽管上面列出了几乎全部已知影响水泥与减水剂相容性的因素,但在实际生产中面对水泥与减水剂相容性的波动时,很多时候还是不能及时判断是哪些因素在起主要作用。其原因一是影响因素的复杂多样;二是这些影响因素缺乏可靠的影响程度的定量结果。依赖水泥厂试验得到这些定量关系相当困难。在生产条件下各种因素同时作用,很难观测到单一因素的影响程度;工业试验几乎只能改变参数使得相容性更好,而不能轻易进行使相容性变差的试验。
   下面的生产 ( 试验 ) 数据和控制经验来自一个国内合资工厂和两个国外工厂,这些控制经验已经在这 3 个水泥厂得到验证,证明是有效的。

2 . 2 . 1 控制石膏类型、不同类型比例和水泥粉磨温度
   天然石膏一般以二水石膏为主,很多天然二水石膏均伴生有一定数量的无水石膏和少量半水石膏。天然无水石膏仅伴生少量二水石膏。磷石膏、湿法脱硫石膏几乎全部为二水石膏。二水石膏在 8 0 ~ 14 0 ℃ 时逐步向半水石膏转化,半水石膏在 13 0 ~ 200 ℃ 时逐步向无水石膏转化。二水石膏、半水石膏和无水石膏在水中的溶解度和溶解速度差异很大,见表 2 和图 4 。

表 2 不同类型石膏在纯水中的理论溶解度 g/L

温度

CaSO 4 · 2H 2 O

α - CaSO 4 · 1/2H 2 O

β - CaSO 4 · 1/2H 2 O

Ⅲ α - CaSO 4

Ⅲ β - CaSO 4

Ⅱ β - CaSO 4

0 ℃

1.756

8.838

10.919

8.876

11.721

3.793

10 ℃

1.937

7.801

9.494

7.793

10.182

3.313

20 ℃

2.047

6.841

8.198

6.784

8.789

2.879

30 ℃

2.104

5.956

7.024

5.852

7.508

2.486

40 ℃

2.115

5.144

5.965

4.997

6.362

2.134

50 ℃

2.087

4.403

5.018

4.220

5.336

1.820

图 4 不同类型石膏在水中的溶解速度

  图 4 显示,半水石膏在水泥与水混合的最初几分钟内的溶解速度显著高于二水石膏和无水石膏,水泥中存在一定数量的半水石膏对抑制 C 3 A 的早期水化具有重要意义,可以改善水泥的流变性能。无水石膏的溶解速度最慢。水泥粉磨时如果全部使用无水石膏,尽管水泥中有足够的 SO 3 含量,但仍不足以抑制 C 3 A 的早期水化,会导致水泥的流变性能劣化,与高效减水剂相容性变差。另外,当使用木钙、糖钙减水剂时,水泥中的无水石膏会导致混凝土凝结时间异常。
   使用二水石膏,在水泥粉磨过程中控制磨内水泥的温度 ( 实际上可以方便测量的是出磨水泥的温度 ) ,可以控制半水石膏和硬石膏的数量。二水石膏转化为半水石膏的程度可以用石膏的半水化率表示,是指二水石膏转化为半水石膏的质量百分比。水泥的粉磨温度主要与入磨熟料温度、磨机通风量和磨机的大小有关,最有效的控制粉磨温度的措施是在磨内喷水 ( 以喷水量的多少来控制 ) 。国外某水泥厂的试验结果表明,二水石膏的半水化率与粉磨温度的关系如图 5 所示。

图 5 出磨水泥温度与二水石膏半水化率的关系

  图 5 显示,出磨水泥温度小于 110 ℃ 很少产生半水石膏,出磨水泥温度达到 13 0 ℃ ,几乎全部二水石膏都转化为半水石膏和硬石膏。
   国外某水泥厂以磨内喷水量控制石膏的半水化率,得到不同半水化率的水泥样品。在这些水泥样品中掺入不同数量的聚羧酸减水剂,检验水泥的砂浆初始流动度 ( 本文的砂浆流动度均为加入一定数量的高效减水剂后测定,与 GB/T2419 — 2005 《水泥胶砂流动度测定方法》不同 ) ,结果见图 6 。

图 6 石膏半水化率与砂浆初始流动度的关系

  图 6 显示,随着石膏半水化率增加,水泥砂浆初始流动度增加。
  报道了国外以水泥流变性能确定石膏半水化率的研究结果。以凝结时间最长、用水量最低作为硫酸盐最佳化的标志,则粗磨水泥的石膏最佳配比为半水石膏 30 %,无水石膏 70 %,最低用水量约 23 %;细磨水泥的石膏最佳配比为半水石膏 80 %,无水石膏 20 %,最低用水量约 32 %,若石膏调配不当用水量可超过 35 %。
   A 厂的生产实践表明,石膏中含有过多的硬石膏会损害水泥与减水剂的相容性。一方面,硬石膏与木钙、糖钙类减水剂会导致混凝土的异常凝结;另一方面,过多的硬石膏会减少水泥中二水石膏的含量。 A 厂规定天然石膏中硬石膏比例 [CaSO 4 /(CAS0 4 · 2H 2 O+CaSO 4 )]<10 %。
  石膏中的酸不溶物大致反映了石膏中黏土矿物的含量,黏土矿物会明显损害水泥与减水剂相容性。 A 厂规定天然石膏中的酸不溶物 <8 %。
   A 厂的水泥磨台时产量 100t/h ,在夏季控制出磨水泥温度 12 0 ~ 12 5 ℃ 。 在水泥磨温度偶然失控产生较大变化时,多数情况下观测到水泥与减水剂相容性的变化。表 3 是 2 次出磨水泥温度变化前后的水泥净浆流动度的变化。

表 3 出磨水泥温度变化对水泥净浆流动度的影响

序号

粉磨温度变化

出磨水泥温度 / ℃

净浆流动度 / ㎜

1

变化前

124

295

变化后

137

278

2

变化前

122

301

变化后

109

281

  从表 3 可以看出,水泥磨内温度偏低或偏高都对水泥与减水剂的相容性不利。这是因为水泥磨内温度偏低时,水泥中溶解速度和溶解度较大的半水石膏含量不足;温度偏高时,水泥中溶解速度慢的硬石膏含量较多。
A 厂的控制经验表明,为了保证水泥中含有一定数量的半水石膏,应该:

1) 控制石膏中硬石膏的比例,最多不超过 25 %。
2) 控制出磨水泥温度,最好在 12 0 ~ 12 5 ℃ ,最高不超过 130 %。
3) 控制出磨水泥温度的方法主要是调整磨内喷水量。
  上述经验与文献有些不同。文献主张按我国的国情,一般不宜使用半水石膏。相反,根据熟料情况掺适量的天然硬石膏是有利的。
   适宜的石膏掺量和不同形态石膏比例,与熟料中 C 3 A 含量和结晶状况、碱含量和碱的形态、水泥粉磨细度和水泥使用温度等因素有关,因此,应综合考虑各方面因素。 A 厂熟料中 C 3 A 含量约 7.2 %~ 7.8 %;碱含量 (Na 2 O · eq) 约 0.65 %~ 0.73 %;水泥比表面积约 35 0 ~ 370m 2 /kg ,这些条件只在一个很小的范围内波动, A 厂控制水泥中不同形态石膏的比例 ( 出磨水泥温度 ) 是根据这些条件确定的。水泥中石膏的掺量和形态不仅影响水泥的流变性能和水泥与减水剂相容性,而且关系到水泥的早期水化速度、收缩与开裂性能、强度等,确定水泥中适宜的石膏掺量和形态还应该考虑这些因素。
   目前国内还没有检验水泥中石膏半水化率的方法,为了准确描述水泥中不同形态石膏的比例对水泥性能的影响,和在水泥粉磨时准确控制水泥中不同形态石膏的比例,有必要制订石膏半水化率检验方法。

2 . 2 . 2 水泥中石膏掺量
   适当提高水泥中 SO 3 含量有利于提高水泥与减水剂相容性。 A 厂水泥中 SO 3 含量约 2.2 %左右,由于某些原因始终未能提高。为解决水泥与减水剂相容性不良的问题,曾建议某水泥厂将水泥中 SO 3 控制目标值从 2.0 %提高到 2.8 %,按 GB/T 8077 — 2000 检验的水泥净浆流动度由 16 5 ㎜ 增加到 187mm ,水泥与减水剂相容性明显改善。普遍来说,目前我国水泥中的 SO 3 含量偏低。

2 . 2 . 3 熟料中 C 3 A 含量、碱含量和硫碱比
   将这 3 个因素放在一起介绍是因为它们有着密切的关联。熟料中 C 3 A 含量对水泥与减水剂相容性的影响已为大家所熟知;在工厂也实际观测到这种影响。 A 厂为了凋整水泥色度,曾经将熟料中 C 3 A 含量由 7 . 3 %提高到 8.5 %,检验的净浆流动度由 292mm 降低到 274mm 。国外某工厂为了探索在原料中掺入高铝工业废渣对水泥与减水剂相容性的影响进行了工业试验,固定其它条件,逐步增加熟料中 C 3 A 含量,在不同阶段取水泥样品, C 3 A 含量 ( 按鲍格公式计算 ) 与砂浆初始流动度具有一定的相关性,见图 7 。
   图 7 中的相关系数很小。考虑按鲍格公式计算的 C 3 A 含量并不是真实的含量,用 XRD 法检验了 C 3 A 实际含量,但没有得到更好的相关关系。这提示除了 C 3 A 含量尚有其它没有控制的因素。

图 7 熟料中 C 3A 含量与砂浆初始流动度的相关性
  
水泥中碱含量对水泥与减水剂相容性的影响很多时候被描述为一种成近似线性的关系,事实上,它们的关系曲线多数情况下是非线性的,有明显的最值。进行试验时所取的碱含量范围最低值偏高也许是没有发现非线性的主要原因。根据国外的试验结果指出,对于广泛使用的萘系减水剂水泥中最佳可溶性碱含量在 0.4 %~ 0.6 % (Na 2 O · ep) 。使用可溶性碱含量过低的水泥时,不仅当减水剂掺量不足时坍落度损失会较快,且当减水剂掺量稍高于饱和点时,又会出现严重的离析与泌水。可溶性碱与碱含量之间没有确定的关系,在不同工厂它们的比例可以在 25 %~ 75 %之间波动。 A 厂熟料中的可溶性碱与碱含量之比为: K 2 O 约 73 %, Na 2 O 约 38 %。 A 厂水泥中可溶性碱含量波动范围很小, Na 2 O · ep 波动于 0.45 %~ 0.50 %,无法清楚地观测到碱含量对水泥与减水剂相容性的影响。
   在熟料煅烧过程中,碱首先与氯化合成氯化碱,氯化碱大部分在窑的高温带挥发进入气相,少量随熟料一起出窑。其次碱与 SO 3 化合成硫酸碱。当 SO 3 数量相对于碱不足时,有部分碱固溶于熟料矿物中,主要是进入 C 3 A ;当有足够的 SO 3 时碱很少存在于 C 3 A 中。含有碱的 C 3 A 具有更高的活性,对水泥与减水剂相容性更加不利。因此控制熟料的硫碱比可以控制碱在熟料中的存在型式,从而影响水泥与减水剂的相容性。国外某水泥厂改变熟料的硫碱比,水泥的初始砂浆流动度和经时砂浆流动度的变化如图 8 所示。

图 8 熟料 SO 3 /Na 2 O · eq( 摩尔比 ) 与水泥砂浆流动度的关系
  
图 8 显示,随着熟料硫碱比的增加,砂浆初始流动度和经时流动度均加大,对经时流动度的影响更加明显。在熟料中碱含量一定的前提下,提高硫碱比,可溶性碱增加,进入 C 3 A 中的碱减少,对改善水泥与减水剂相容性有利。
   A 厂熟料硫碱比 ( 摩尔比 ) 控制范围多数情况下在 0.7 2 ~ 087 。

2 . 2 . 4 粉煤灰质量
   A 厂 P ·Ⅱ 42.5R 水泥掺入 3 %的石灰石, P.042.5R 水泥掺入 3 %的石灰石和 11 %的粉煤灰。两个品种的水泥使用同样的熟料,粉磨条件一致。当粉煤灰质量较好时,两种水泥检验的净浆流动度月平均值接近;当粉煤灰质量较差时,净浆流动度月平均值 P · Ⅱ 42.5R 明显大于 P · 042.5R ,显示了粉煤灰质量的明显影响。粉煤灰的烧失量越高、比表面积越低,水泥净浆流动度越小。

2 . 3 水泥与减水剂相容性的稳定性
   谈到水泥质量稳定性,往往习惯性地想到水泥 28d 抗压强度的标准偏差或变异系数。其实这个稳定性的观念有些过于简单了,稳定性至少还应该包括水泥与减水剂相容性。相容性突然变差,混凝土坍落度会明显减小,导致混凝土无法振捣密实,如果是泵送混凝土则可能导致无法泵送;相容性突然变好,混凝土坍落度会明显增大,可能出现泌水、离析。无论是哪种变化,都需要及时调整混凝土配比,而重新调整的混凝土配比是来不及进行性能验证的,混凝土生产就会存在一定程度的盲目性。接触的混凝土搅拌站的很多质量管理人员有一个共识:宁可容忍 2 ~ 3MPa 的抗压强度波动,也不愿意出现相容性的明显波动 ( 净浆流动度相差 20mm 以上 ) 。可见水泥与减水剂相容性稳定的重要性。
   为了控制水泥与减水剂相容性的稳定性,选择一种评价水泥与减水剂相容性的方法并作为日常检验项目是必要的。 A 厂前期使用文献中方法检验水泥净浆流动度,后来为了使检验结果与顾客的检验结果具有可比性,改为 GB/T8077 — 2000 方法。可以根据顾客需求、地区同行水平和工厂的实际情况制订水泥与减水剂相容性目标值,并规定允许波动范围。 A 厂将按 GB/T8077 — 2000 检验的净浆流动度波动范围超 过± 20mm 视为较大波动,当波动范围超过± 15mm 即需要查找原因,采取纠正措施。当波动范围超 过± 20mm 或遇到顾客对水泥与减水剂相容性投诉,则需要采取紧急措施。

2 . 4 水泥与减水剂相容性的调整措施
   当水泥与减冰剂相容性发生较大波动时,应该及时、有效地做出调整。分析原因和确定调整措施应区分是初始流动度减小还是流动度经时损失加大。

2 . 4 . 1 查找水泥与减水剂相容性波动原因的方法
   在相容性作为质量控制指标的水泥厂,相容性出现非预期的突然变好的可能性较小,大部分非预期的波动都是相容性变差。初始流动度变差应该重点考虑如下因素:

1) 水泥中的细颗粒 (<10μm) 含量对相容性产生明显的不利影响。比表面积用来表征水泥中细颗粒含量多数情况下是适宜的。比表面积对相容性是一个比较敏感的指标。
2) 石膏种类及水泥粉磨温度的变化。
3) 磨内喷水的变化。磨内是否喷水、喷水量大小、喷水时的磨内温度对相容性有明显影响。
4) 如果掺入粉煤灰,则需要检验其烧失量。
5) 熟料 SM 、 C 3 A 的变化。

流动度经时损失变大应该重点考虑如下因素:

1) 熟料中 C 3 A 的变化。
2) 熟料中碱含量、硫碱比的变化。
3) 石膏种类及水泥粉磨温度的变化。

2 . 4 . 2 水泥与减水剂相容性较大变化的调整
   对相容性突然较大变化的紧急调整要求能够迅速见效 (48h 之内 ) ,使相容性迅速恢复到正常水平。为达到这—要求,往往同时采取几项措施。确定调整措施之前,首先应该按 2 . 4 . 1 方法调查原因,尽量使措施有针对性。但很多时候调查原因是很困难的,可能在几十个小时内难以找到确切的原因。这时要把迅速使相容性回到正常水平放在首位,可以采取没有针对性但确实有效的措施。采取这些措施的时候应该考虑对水泥其它性能特别是强度的影响程度。能够迅速改善相容性的措施包括:

1) 将水泥颗粒分布的均匀性系数控制在 0.9 0 ~ 1.1 范围,提高平均粒径,降低比表面积,对提高混凝土初始坍落度有效。
2) 提高熟料 SM ,降低 IM ,对提高混凝土初始坍落度,减少坍落度经时损失均有效。
3) 提高水泥中 SO 3 含量 ( 条件是调整前水泥中 SO 3 含量低于 2.5 % ) ,对提高混凝土初始坍落度,减少坍落度经时损失均有效,侧重于减少坍落度经时损失。
4) 对于萘系减水剂,将熟料中可溶性碱含量 (Na 2 O · eq) 调整到 0.5 %± 0.1 %范围。对提高混凝土初始坍落度,减少坍落度经时损失均有效。

2 . 5 对相容性日常质量控制的几点建议

1) 建议按一定频度进行水泥净浆流动度检验,尽管水泥的净浆流动度与混凝土坍落度之间的相关性不太理想,但是,在目前没有更好的检验方法时,净浆流动度几乎是唯一的选择。
2) 定期以混凝土坍落度检验结果评价本厂水泥与高效减水剂的相容性,同时评价净浆流动度检验结果和混凝土坍落度的相关性。
3) 选择一种大公司生产的质量稳定的萘系高效减水剂用作水泥净浆流动度检验的基准减水剂,在其质量稳定期内使用。
4) 根据 GB/T8077 — 2000 规定的基准水泥的净浆流动度、用户需求、本厂生产条件,建立水泥净浆流动度控制目标值。
5) 当实测水泥净浆流动度偏离目标值较大时 (> 20mm ) ,根据上述水泥与高效减水剂相容性的影响因素查找原因,采取措施。

[ 应用实例 5]

泵送混凝土施工对温度裂缝的有效控制

一、温度裂缝产生的机理及特征
  
混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热。由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,使得混凝土结构内外出现较大的温差,这些温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大,或者是混凝土受到寒潮的袭击时,会导致混凝土表面温度急剧下降,而产生收缩,表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力而形成裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。
   温度裂缝的走向通常无一定规律,大面积结构裂缝常纵横交错。梁板类长度尺寸较大的结构,裂缝多平行于短边;深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行,裂缝沿着长边分段出现,中间较密。裂缝宽度大小不一,受温度变化影响较为明显,冬季较宽,夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细,而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

二、影响因素和防治措施
  
混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚,水泥用量越大,水化热越高的水泥,其内部温度越高,形成温度应力越大,产生裂缝的可能性越大。
   对于大体积混凝土,其形成的温度应力与其结构尺寸相关,在一定尺寸范围内,混凝土结构尺寸越大,温度应力也越大,因而引起裂缝的危险性也越大,这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。

1 .混凝土原材料及配合比的选用

  (1) 尽量选用低热或中热水泥,减少水泥用量。大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚,使混凝土出现早期升温和后期降温,产生内部和表面的温差。减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥,在掺加泵送剂或粉煤灰时,也可选用矿渣硅酸盐水泥。另外,可充分利用混凝土后期强度,以减少水泥用量。改善骨料级配,掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量,降低水化热。
   (2) 掺加掺合料。大量试验研究和工程实践表明,混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后,不但能代替部分水泥,而且由于粉煤灰颗粒呈球状,具有滚珠效应,起到润滑作用,可改善混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性,从而改善了可泵性。特别重要的效果是掺加原状或磨细粉煤灰后,可以降低混凝土中水泥水化热,减少绝热条件下的温度升高。在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂,改善混凝土拌合物的流动性、保水性,降低水化热,推迟热峰的出现时间。

2 .施工工艺流程改进
   (1) 改善搅拌工艺。采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石工艺,可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上,使硬化后界面过渡层结构致密、黏结力增大,从而提高混凝土强度 10 %或节约水泥 5 %,并进一步减少水化热和裂缝。改善混凝土的搅拌加工工艺,在传统的三冷技术的基础上采用二次风冷新工艺,降低混凝土的浇筑温度。
   (2) 严格控制浇筑流程,合理安排施工工序,分层、分块浇筑,以利于散热,减小约束。对已浇筑的混凝土,在终凝前进行二次振动,可排除混凝土因泌水,在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分,提高黏结力和抗拉强度,并减少内部裂缝与气孔,提高抗裂性。在高温季节泵送,宜用温草袋覆盖管道进行降温,以降低入模温度。
   (3) 注重浇筑完毕后养护混凝土。养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散,降低混凝土表层的温差,防止表面裂缝。混凝上浇筑后,及时用湿润的草帘、麻片等覆盖,并注意洒水养护,适当延长养护时间,保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节,混凝土表面应设置保温措施,以防止寒潮袭击。

三、温度裂缝的处理方法
  
混凝土裂缝的修补措施主要采取以下一些方法:表面修补法、嵌缝法、结构加固法、混凝土置换法等。

1 .表面修补法
   表面修补法主要适用于稳定和结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

2 .嵌缝法
   嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏和丁基橡胶等。常用的刚性防水材料为聚合物水泥砂浆。

3 .结构加固法
   当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采用加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的有以下几种方法:加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

4 .混凝土置换法
   混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
   温度裂缝的存在是混凝土施工中不可避免的普遍现象,泵送混凝土施工同样如此。但是,我们应该明白裂缝的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀、混凝土的碳化、降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力。因此,我们在施工中,应充分认识到裂缝的出现对 建筑物的危害性,采取各种有效的措施和合理的处理方法来预防裂缝的出现和发展,不断提高混凝上浇筑质量,满足建筑结构安全稳定等要求。


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