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[分享]浅谈高性能混凝土的质量控制与验收

发表于2018-01-30     673人浏览     2人跟帖    复制链接  只看楼主

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[摘 要] 详细论述了高性能混凝土的质量控制与验收,阐明从原材料的选择、配合比的优化、高性能混凝土的施工等几个方面对其进行质量控制;从工作性、强度、耐久性等几个方面对其进行质量验 收。
[关键词] 高性能混凝土;质量控制;质量验收

中图分类号:TU528.07   文献标志码: A   文章编号: 1002-3550-(2007)05-0096-03

1 高性能混凝土综述

1.1 高性能混凝土的出现背景
      当代大跨、高层、海洋、军事工程结构的发展对混凝土提出的更高的要求;
      处在恶劣环境下既有建筑不断劣化、退化导致过早失效;退役甚至出现恶性事故造成巨大损失的严重后果; 
      原材料生产、开采造成的生态环境恶化以及砂石料枯竭、资源短缺严重影响进一步发展的严酷现实。
      这就要求混凝土不断提高以耐久性为重点的各项性能,多使用天然材料及工业废渣保护环境,走可持续发展的道路,高性能混凝土就是在这种背景下出现并逐步完善与发展的。
1.2 高性能混凝土的定义
      高性能混凝土(High Performance Concrete 简写为 HPC) 一词是20世纪90年代前后提出的,目前尚未统一认识,各国学者各有不同的看法,主要的有:
      美、加学派认为:高性能混凝土是一种符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土,所谓特殊性能组合是指易于浇筑而不离析的工作性,好的力学性能、早强、韧性、体积稳定性以及严酷环境下的高耐久性等性能的组合;
      欧洲学派认为:高性能混凝土是一种水胶比小于0.4的新型混凝土;
      日本学派认为:高性能混凝土是一种高流态、自密实、免振的混凝土;
      我国学者认为:高性能混凝土是一种以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产与施工的混凝土,是一种环保型、集约型的绿色混凝土。
      从上可知,欧洲学派强调的是低水胶比条件下高强,高耐久性的特点,而日本学派强调的是良好的工作性能,我国学者则从发展的角度强调可持续发展与工业化生产,各有所侧重,而美、加学派阐述的比较全面,总之,高性能混凝土是具有高强度、高耐久、高流动性等多方面优越性能的新型混凝土。随着高性能混凝土的不断发展和完善,各国学派的观点也会逐步统一起来。
      中国工程院院士吴中伟先生对高性能混凝土提出以下定义:
      高性能混凝土是一种新型高技术混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土,它以耐久性作为设计的主要指标。针对不同用途要求,高性能混凝土对以下性能有重点地予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性。为此,高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比,选用优质原材料,并除水泥、水、集料外,必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。
      高性能混凝土不仅是对传统混凝土的重大突破,而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境等方面都具有重要意义,是一种环保型、集约型的新型材料,可称为“绿色混凝土”,它将为建筑工程自动化准备条件。
      总之,高性能混凝土是近代水泥基材料科学与工程学取得的新成就,是混凝土技术长期实践的结果,在性能上已达到了完善的程度。在科学技术飞速发展的今天,高性能混凝土的性能将取得更多更大的效益。材料与工程不断相互促进,将为人类带来更大的利益。
1.3 高性能混凝土的特点
      从目前实际运用的高性能混凝土的情况来分析,归纳起来和传统的普通混凝土(简称OPC)相比有以下几个特点:
      (1) 原材料上,除了常规的水泥、水、砂、石四种材料外,必须使用化学外加剂和矿物细掺料,一共是六种必不可少的材料,而且后两种可以是一种也可以是多种复合,这在选材上就要求与水泥具有良好的相容性,多种的外加剂之间(或细掺料之间)要求合理匹配,使之具有黄金搭配,叠加效应的效果,但
增加了选材的复杂性;
      (2) 配比上,为了适应高耐久、高强的要求,使用的是低用水量(≤180kg/m3 ),低水胶比(一般为 0.28~0.40 ),控制胶结材总量≤550kg/m3 ;
      (3) 性能上,具有高耐久性(抗渗、抗冻、抗蚀、抗碳化、抗碱骨料反应、耐磨等);良好的施工性(大流动、可灌性、可泵性、均匀性等);良好的力学性能,早强后强均高;良好的尺寸稳定性;合理的适用性与经济性等。总之,具有良好的综合技术性能,能满足各种工程结构的使用要求。
1.4 高性能混凝土的应用
      高性能混凝土适用于大跨度桥梁、高层建筑、海洋平台、宇宙航天、核能工程、军事防护、抗害防灾以及载重大处于恶劣环境下的特殊结构,世界各国都相继用于不同的工程结构中。


2 高性能混凝土质量控制

2.1 高性能混凝土配合比原材料质量控制
2.1.1 水泥
      选用水泥的流变性比强度更重要,与减水剂相容性要好,不宜用立窑水泥、早强水泥或其它掺混合材水泥。为避免混凝土因体积不稳定而产生的变形,应选择碱、C3A 、C3S 含量,低质量稳定的水泥。一般采用强度等级大于 42.5 级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或特种水泥(调粒水泥、球状水泥等)。
2.1.2 骨料
      混凝土中骨料体积约占混凝土总体积的75%~85% ,优质且级配良好的骨料可以提高混凝土的密实度,从而提高新拌混凝土的工作性和硬化后的强度及耐久性。此外,骨料的种类对高性能的体积稳定性也有显著影响。粗骨料的岩石种类、粒径、粒形、表面状况、级配以及软弱颗粒和石粉含量将会影响拌合物的和易性及硬化后的强度,而细骨料的粗细和级配对混凝土流变性能的影响更大。
      (1)砂:宜选用质地坚硬、级配良好的河砂或人工砂,细度模数宜为2.6~3.3,通过 0.315mm 筛孔的砂不应少于 15% ;含泥量≤1.0% ;泥块含量≤1.0% ;同时用不同粒径的砂混合,调整砂 级配。
      (2)碎石:宜用质地坚硬,级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石或碎卵石,母岩的立方抗压强度fg≥1.2fcu 以上;针、片状含量≤5.0% ,不得混入软弱颗粒;含泥量≤1.0% ;泥块含量≤0.5% 
吸水率≤1.0% ;一般最大粒径Dmax ≤25mm ,因为粒径小时界面周长小,厚度也小,难以形成大缺陷,不仅有利于界面强度,也有利于抗渗性;碎石的粒型、表面性质、石粉含量也很重要,应严格控制。

2.1.3 外加剂
      外加剂要有较好的分散减水效果,能减少用水量,降低水灰比,改善混凝土的工作性能,从而提高混凝土强度,且要与选用的水泥匹配适宜。高效减水剂是制备高性能混凝土必不可少的,掺入高效减水剂后,能在一定的和易性要求下显著降低用水量,使混凝土更密实,从而提高强度、耐久性等。宜选用减水
率高,与水泥相容性好,含碱低,坍落度经时损失小的品种,如接枝共聚物、聚羟基羧酸系、氨基磺酸盐类等,两种复合的效果比单一的好,掺量一般为胶结材总量的1.5%~2.0% ,掺量太多,超过饱和点后,不再提高减水率,并延缓凝结时间。
2.1.4 外掺料
      常用的高活性掺合料品种主要有硅灰、细磨矿渣、细磨粉煤灰、细磨沸石以及细磨烧粘土等。矿物细掺料不仅有利于水化作用和强度、密实度和工作性,2增加粒子密集堆积,减低孔隙率,改善孔结构,而且对抵抗侵蚀和延缓性能退化等都有较大作用。
      粉煤灰在混凝土中能发挥火山灰效应、形态效应、微集料效应、稳定效应等,起着不亚于水泥的胶凝作用,是混凝土必不可少的第六组分。一定要控制好粉煤灰,充分发挥它在混凝土中的有利作用。
      粒化高炉矿渣通过水淬后可以形成大量的玻璃体,另外还含有少量的CS 或C2S结晶组分,具有轻微的自硬性,矿渣的活性与碱度、玻璃体含量及细度等因素有关。
      沸石粉主要成分有SiO2 ,Al2O3 ,Fe2O3, CaO 等,是一种结晶矿物,其中含部分可溶性SiO2 与 Al2O3,参与火山灰反应。
       硅粉主要成分是无定形SiO2  ,活性极高。
      上述几种矿物细掺料使用时宜超细粉磨,多种复合,开发性能优势,大掺量的应用,建立可持续发展战略。
2.2 高性能混凝土配合比优化
2.2.1 配合比设计的基本原理
      (1)水灰比法则:根据这一法则确定水灰比,以保证混凝土的强度和耐久性,对高性能混凝土,由于将矿物细掺料当作胶凝材料的一部分,因此计算的应该是水胶比。
      (2) 最大密实度法则:该法则的基本思路是各项材料互相填充空隙,以达到混凝土密实度最大,换言之就是各项材料的密实体积总和等于1m3绝对密实的混凝土。根据这一法则可确定配合比中的浆集比与砂率,以确保混凝土的强度、耐久性与经济性。
      (3) 最小单位用水量法则:根据这一法则可在水胶比一定及原材料一定的情况下,确定能满足混凝土工作性的最小用水量,这和普通混凝土中的恒用水量法则相似。
      根据上述三大法则,可以初步确定混凝土配合比中的水胶比、浆集比、砂率与最小单位用水量这四个最基本的参数,再通过一定的方法,根据经验和试配确定外加剂和外掺料的用量。
2.2.2 配合比设计的方法
      由于高性能混凝土使用的原材料较多,技术要求较高,目前尚无统一的计算方法,下面介绍一种常用的方法供参考。
      该方法是一个经验试验法,具体思路是将混凝土按密实体积分为两大部分:
      胶凝材料浆体 = 水泥 + 水 + 外加剂 + 外掺料
      骨料基体 = 砂 + 碎石
      需要确定的参数为:水胶比、用水量、浆集比、砂率、外加剂掺量、外掺料掺量。
      具体步骤是先设计空白混凝土的初步配合比,根据经验初步确定外加剂与外掺料的掺量,通过流动性的试验调整,确定基准配合比,再经过强度与耐久性试验调整,确定试验室理论配合比
,最后通过含水率的换算确定施工配合比。
2.3 高性能混凝土的施工控制
2.3.1 混凝土的搅拌
      各种原材料的保管和堆放应有严格的管理制度。砂石不应露天堆放,砂的含水率应保持均匀。另外,应注意原材料的温度,温度过高过低都是不利的。高性能混凝土的各种原材料均应按质量计量,其允许偏差不应超过以下数值:水泥±2% 、外掺料±1% 、砂石±3% 、水 ±1% 、外加剂±0.1%,如果偏差过大,将会影 响混凝土的各项性能。
      高性能混凝土由于水胶比低、粘性大,同时又有较高的密实性要求,故对搅拌机的型式与搅拌工艺有一定的要求。应采用卧轴强制式搅拌机搅拌。不同的投料顺序与拌合方式对高性能混凝土拌合物的性能有很大影响,应结合实际情况选用。搅拌时应注意外加剂的投入时间,应在其他材料充分拌和后再加入,而不能使其与水泥接触,否则将严重影响高性能混凝土的质量并导致离析。若外加剂制成溶液后加入,则应在拌和用水中扣除这部分溶液用水。搅拌时间不低于3min,具体可视搅拌情况,以保证搅拌物均匀。施工过程中应经常实测搅拌机和泵管出口混凝土坍落度,并根据砂石含水率调整施工配合比。
2.3.2 混凝土的运输
      混凝土搅拌完毕应在 5h 内送到浇筑地点。从搅拌站到施工现场的运输主要应解决好坍落度损失问题。这就需要搅拌站和施工现场之间密切配合,使运输速度和浇筑速度相协调。运输时应尽可能缩短运输的道路和时间,采取有效的保温、防热、防雨和防风措施。
2.3.3 混凝土的浇筑和振捣
      由于高性能混凝土的坍落度大,流动性高,对模板的压力增大,接近于液体压力,因此设计时对侧压力的取值,对模板的选形、选材都要经过特别的计算,同时还应考虑模板的形状和大小,配筋情况,浇筑速度和高度、凝结速度、环境温度等因素。
      环境湿度和水化热对高性能混凝土拌合物的坍落度和强度都有较大的影响。减小水化热的影响主要应采取措施降低内外温差:在酷暑期应采取一定的冷却措施,如降低拌合物温度,浇筑安排在夜间等。
      混凝土应分层振捣,分层厚度不大于800mm ,振捣时采用插入式高频振捣器,局部采用插入式和附壁式振捣器共同振捣。振捣时应快插慢拔,每点振捣时间以混凝土表面呈现浮浆和不再沉落、不再冒气泡为止,振捣应连续进行。
2.3.4 混凝土的养护
      高性能混凝土早期强度增长较快,一般3d 达到设计强度的60%, 7d达到设计强度的80%,因而,混凝土早期养护特别重要。通常在混凝土浇筑完毕后采取以带模养护为主,浇水养护为辅,使混凝土表面保持湿润。养护时间不少于14d 。

3 高性能混凝土质量验收

3.1 高性能混凝土质量控制的三个阶段
3.1.1 试配控制
      (1)原材料选择和检测
      水泥:强度、体积安定性、碱含量等;
      砂:级配、清洁度、粗细程度等;
      碎石:级配、清洁度、粒径、粒形等;
      外加剂:减水率、与水泥的相容性、碱含量等;
      外掺料:需水量、含碳量、细度、胶砂强度比等。
      (2)配合比选择
      流变性检测:流动性、抗堵塞性、充填性、含气量等,控制因素有坍落度、强度、抗渗性等;
      强度检测:抗渗性和抗冻性检测;
      工艺确定:投料顺序、搅拌时间。
3.1.2 生产控制 
      包括原材料管理、计量控制、流变性控制、强度控制、温度控制等,控制因素有砂石含水量、坍落度、表观密度、强度、温度等。
3.1.3 验收控制
      包括工作性、强度、耐久性等,控制因素有坍落度、可泵性、强度、含气量、抗冻性、氯离子侵入性等。
3.2 高性能混凝土质量验收
3.2.1 工作性
      高性能混凝土的工作性主要通过坍落度试验、坍落度经时损失测定、L形流动试验、可泵性指标测定、外加剂与水泥的相容性测定等来验收。
3.2.2 强度
     高性能混凝土的强度可按GB50204《混凝土结构工程施工及验收规范》中规定的方法进行评定,应尽量选择统计方法进行评定。除验收混凝土的强度外还应当查看现场质量控制记录,包括各项主控性质的质量控制图和质量变化所采取的措施与结果。
      对于重要工程,应同时抽取多组标准立方体试件,分别进行标准养护、密封下同温养护和密封下的标准温度养护,以对实际结构中的混凝土强度作出明确的评估。高性能混凝土的强度在28d 以后有持续较大的增长。为了更充分地发挥混凝土的潜力,对于基础、高层建筑低层柱子等结构,根据其承受全部设计荷载的时间,建议按60d 甚至90d  的强度验收。
 3.2.3 耐久性
      高性能混凝土的核心是耐久性,无论是抗渗、抗冻、抗腐蚀、抗碳化、抗碱骨料反应等各方面其都比普通混凝土高很多。为了保证高性能混凝土的高耐久性,中国工程院土木水利与建筑学部提出了《混凝土结构耐久性设计与施工指南》。关于耐久性的质量检验,《混凝土结构耐久性设计与施工指南》规定,从现场拌合物中取样需测定含气量、抗冻等级与氯离子侵入性三项指标。氯离子侵入性指标可以用气压法测混凝土的渗透性能也可以按美国ASTMC1202快速电量测定法进行测定。其它耐
久性指标可按现行标准方法进行测定。

4 结束语

      高性能混凝土的质量控制与验收,牵涉到原材料、设计、施工工艺、气候环境等诸多因素,本文是作者从事高性能混凝土施工与研究的多年的经验积累,提出配制高性能混凝土的原材料选择应重视的问题和高性能混凝土施工的质量控制与验收方法,希望能促进高性能混凝土在工程上的广泛运用。

参考文献:
[1]胡耀华.高强、高性能混凝土质量监控探讨[J].建筑技术开发,2005,(2):37-39.
[2]苏传菊,孙养俊.高强高性能混凝土配合比设计技术研究[J].铁道建筑,2006,(5):90-91.
[3]赵德信,孙丽英.高性能混凝土施工技术[J].林业科技情报,2001,(2):13-14.
[4]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社,1999:90-91

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 发表于2018-02-01  | 只看该作者      筑龙币+20

2

好像很给力的样子、赞一个!

 发表于2018-02-01  | 只看该作者      筑龙币+10

3

不错很好的办法,要收藏学习。

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