摘要: 现浇大体积混凝土结构工程对水泥的体积安定性要求严格, 骨料应不含有害杂质, 粒径选择要考虑结构截面尺寸和输料导管的直径, 外加剂宜选用普通型木质素磺酸钙。
关键词: 大体积混凝土; 水化热; 原材料
中图分类号: TU37
文献标识码: A
文章编号: 1672- 0547( 2006) 01- 0081- 01
1. 概述
大体积混凝土目前国内尚无一个确切的定义。国外的说法也不尽一样, 美国混凝土学会(ACI) 认为:“任何现浇大体积混凝土, 其尺寸之大, 必须要求采取措施解决水化热及随其引起的体积变形问题, 以最大限度减少开裂。”日本建筑学标准( JASS5) 规定:“结构截面最小厚度在800mm 以上, 同时预计水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差超过25℃的混凝土, 称为大体积混凝土。”
我国的大体积混凝土以往用于水工结构, 且采用水化热低的专用水泥———大坝水泥, 其混凝土强度等级低。近几十年来, 由于高层建筑的发展, 基础多采用底板较厚的筏基、箱基等大体积混凝土。它与水工结构体积混凝土相比, 具有以下特点:
(1) 块体相对较薄, 体积相对较小;
(2) 混凝土强度等级较高, 单方水泥用量较多, 水化热引起的混凝土内部温度较一般混凝土高;
(3) 结构截面内配筋较多, 整体性要求较高;
(4) 基础结构大多埋置于地下, 虽然受外界温度变化的影响较小, 但对抗渗性要求较高。因此, 如何控制混凝土的内外温差、温度变形( 应力) 引起的裂缝,提高混凝土的抗渗、抗裂和抗侵蚀性能, 是建筑工程大体积混凝土施工中需要解决的一个关键问题。
2. 材料选择与要求
现浇大体积混凝土结构工程实践及理论研究表明, 在施工中选择好混凝土的原材料, 对降低大体积混凝土的水化热, 防止温度变形( 应力) 引起的裂缝,将会起重要的限制作用。
2.1 水泥
目前, 国内除少数水泥厂生产水化热低的大坝水泥外, 一般供应的水泥品种有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。对建筑工程中的大体积混凝土, 一般应优先采用水化热较低的矿渣水泥、火山灰质水泥和粉煤灰水泥, 当采取措施在混凝土发热量不增加的前提下, 也可选用普通水泥。但是, 值得注意的是这些发热量较低的水泥都具有早期强度低, 耐冻性差, 除粉煤灰水泥外, 干缩性还均较大的特点。
大体积混凝土对水泥的体积安定性要求较为严格, 体积安定性不良的水泥应作废品处理, 绝对不能用于大体积混凝土中。凡出厂的水泥, 必须按国家标准规定用沸煮法检验其安定性。同时规定水泥熟料中, 游离氧化镁含量不得超过5%, 水泥中三氧化硫含量不超过3.5%。安定性不符合标准的水泥不能出厂。在施工现场, 水泥使用前, 也一定要抽检其安定性, 以免酿成大的混凝土工程质量事故。
2.2 骨料
骨料除应符合普通混凝土用砂和碎石或卵石的有关质量标准外, 对于大体积混凝土, 尚应注意以下要求:
2.2.1 有害杂质砂石属于天然材料, 常混入一些有害物质, 如云母、粘土、淤泥等。特别是一些有机杂质、硫化物及硫酸盐, 它们对水泥有腐蚀作用, 降低混凝土强度。若使用混有碱性反应的骨料( 如白云石、石灰块等) , 经过一段时间的消化膨胀, 使混凝土出现开裂和剥落, 甚至可能导致结构破坏。因此, 要求大体积混凝土的骨料不含这些有害杂质。
2.2.2 品种和粒径细骨料宜采用粗砂或中砂。粗骨料宜采用粒径较大的石子。因为采用这种石子,混凝土的密实性较好, 并可减少水泥用量, 有利于减少水化热。但是, 为了便于捣实, 石子粒径最大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。当混凝土用泵输送时, 石子最大粒径与输送混凝土的导管的直径及石子的类型有关, 如当导管的直径为200mm 时,最大粒径, 卵石为80mm, 碎石为70mm, 当导管直径为280mm 时, 卵石与碎石的最大粒径均为100mm。对于大体积混凝土宜采用直径较大的导管输送。2.2.3 含泥量在大体积混凝土结构中, 过多的含泥量, 不仅增加混凝土的收缩, 还降低强度, 对抗裂性特别有害。因此, 在施工中采取严格措施控制砂石中的含泥量: 砂不超过3%, 石子不超过1%。
2.3 外加剂
在混凝土中掺入少量的外加剂, 可改善其性能,节约水泥, 降低造价, 缩短工期。因此, 它是一种使用方便, 效果显著的改性材料。由于它能显著改善混凝土的物理力学性能, 所以它在大体积混凝土工程中具有重要的地位和作用。
在品种众多的外加剂中, 宜选用普通型木质素磺酸钙( 简称木钙外加剂) 。试验表明, 掺水泥重量的0.2~0.3%的木钙, 与不掺的相比, 掺木钙的混凝土可以减水12%, 提高混凝土强度30%。同时, 还可改善初期混凝土的热性能和抗裂性。在保证质量的前提下, 尚可节约10%左右的水泥。木钙外加剂已为定型产品, 材源丰富, 包装运输方便, 是一种值得推广的外加剂。
此外, 在大体积混凝土中值得推荐的另一种减水剂是AF 型减水剂。它是一种以多环芳烃为主成分的新型早强减水剂。这种减水剂为棕褐色粉末物, 水溶液呈中性或弱碱性; 其产品来源广, 成本低, 是高效减水剂中价格较低的一种。AF 型减水剂的最佳掺量为0.5~1.0%, 若保持强度相近时, 可节约水泥15%; 若保持坍落度和水泥量不变时, 1~3 天的强度可提高20~50%( 28 天强度提高20~30%) , 减水率可达10~16%。据试验, 掺1%的AF 型外加剂, 在不减水的条件下,坍落度可增大至180~200mm。因此, 也特别适用于大体积泵送混凝土工程。
总之, 把好原材料的选择关, 对保证现浇大体积混凝土的工程质量, 起着关键性的作用。
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