朱效荣  1970出生,教授、研究员级高级工程师,北京城建集团高级顾问,冀东发展集团首席科学家。
       技术成果
 
 
滨海地区高性能清水混凝土研发与应用
 

【摘要】滨?;肪匙饔枚曰炷两峁剐阅芰踊跋煅现?,尤其是清水混凝土必须考虑cl-离子渗透等引发的耐久性问题;同时还须考虑高性能混凝土的可施工性并能达到清水效果,满足清水混凝土结构耐久性要求。

本课题对滨海地区氯离子环境及其他环境作用下清水混凝土结构耐久性进行了研究,通过原材料检验、混凝土配比实验及高性能清水混凝土样板试验和样板实体检测等方法进行了滨海地区高性能清水混凝土的研制;经过研究分析,总结了符合结构耐久性要求的清水混凝土。

【关键词】清水混凝土      高性能         耐久性

 

工程概况

万科中心工程为大型公用建筑,位于深圳大梅沙海滨。地下一层,地上7层(6层),高度35m24m),总建筑面积120000平方米。结构形式为钢筋混凝土框架、钢结构+预应力拉索结构体系,由二层钢结构及预应力拉索将上部建筑荷载传递到主要竖向支撑构件――筒体及墙、柱,筒体、墙设计为清水混凝土。

 

1.1 滨海地区高性能清水混凝土研制与应用

1.1.1 背景

在滨海地区,混凝土用砂可能混入海砂,河砂也可能受海水污染,混凝土其它原材料,如碎石、水泥、掺合料等也可能含有微量的氯离子,在试配中应对混凝土中的水溶性氯离子进行检测和控制;还必须考虑环境中的cl-离子渗透带来的钢筋锈蚀引发的耐久性问题,试配阶段需增强混凝土密实性和抗氯离子侵入性指标。另外高强高性能混凝土的水化热及收缩开裂,会导致混凝土裂缝,影响结构的耐久性。这些都是滨海地区高性能清水混凝土试配应得关注和解决的问题。

1.1.2 研究思路与内容

1.1.2.1高性能清水混凝土研制思路

根据常规原材料、常规施工方法、市场成本控制的原则,通过变化水胶比、掺合料掺量,研究水胶比、粉煤灰掺量及龄期等因素对混凝土氯离子扩散系数及强度的试验,优化混凝土配合比,研究能够满足工程目标性能的经济的混凝土。试配技术路线如下图示:

 

图4.2.2.1  试配技术路线图

1.1.2.2研制内容

1)滨海地区高性能清水混凝土研制技术

通过对混凝土强度、外观质量、工作性能试验研究以及耐久性、抗裂性能指标的检测,确定滨海地区高性能清水混凝土配合比。

2)滨海地区高性能清水混凝土的应用

通过在工程应用,对试验配合比可施工性能、混凝土成型后外观质量及耐久性进行检验。

1.1.3 关键技术的研究

1.1.3.1滨海地区高性能清水凝土研制

4.2.3.1.1原材料选择及试验检测

1)试验用原材料

水泥:  三种南方地区常用普通硅酸盐水泥P.O42.5。

掺合料:妈湾电厂Ⅱ级粉煤灰;深圳沙角Ⅱ级粉煤灰;珠海Ⅱ级粉煤灰

        S95矿粉

外加剂:萘系SF2000高效减水剂;萘系KFDNSP8;聚羧酸

细集料:惠州河中砂,表观密度为2.63g/cm3,含泥量为1.1%,泥块含量为0.4%,细度模数为2.9,II区中砂;

粗集料:花岗岩,最大粒径为25mm,表观密度2.64g/cm3。

2)原材料检测

表4.2.3.1.1-1  水泥主要物理性能指标

标准稠度用水量(%)

凝结时间(h)

抗压强度(MPa)

抗折强度(MPa)

初凝

终凝

3d

28d

3d

28d

26.2

2.22

3.03

28.7

61.3

6.7

9.7

 

表4.2.3.1.1-2  水泥的各化学成分含量(%)

化学成分

CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

TiO2

MgO

SO3

含量

62.19

20.42

6.60

3.60

0.46

1.82

2.64

 

表4.2.3.1.1-3  河砂的筛分析结果

粒径(mm)

5.00

2.50

1.25

0.63

0.315

0.160

底盘

筛余量(g)

14

56

82

189

99

45

12

分计筛余(%)

2.8

11.2

16.4

37.8

19.8

9.0

2.4

累计筛余(%)

2.8

14.0

30.4

68.2

88.0

97

99.4

 

表4.2.3.1.1-4  碎石的级配

筛孔(mm)

25

20

16

10

5.0

2.5

筛余量(g)

146

1388

1757

1529

144

36

分计筛余(%)

2.9

27.8

35.1

30.6

2.9

0.7

累计筛余(%)

2.9

30.7

65.8

96.4

99.3

100

 

 

表4.2.3.1.1-5  混凝土用砂检测结果

检验项目

技术要求(中砂)

检测结果

结果判定

表观密度(kg/m3)

2300~3000

2610

符合

JGJ-52-2006

Ⅱ区中砂

标准要求

堆积密度(kg/m3)

1350~1500

1470

含泥量(%)

≤1%

0.9

泥块含量(%)

≤1%

0.2

细度模数

2.3~3.0

2.9(中砂)

 

表4.2.3.1.1-6  混凝土用碎石检测结果

检验项目

技术要求

检测结果

结果判定

表观密度(kg/m3)

2600~2650

2630

符合

JGJ-52-2006

5~25 mm

连续粒级

标准要求

堆积密度(kg/m3)

 

 

含泥量(%)

<1%

0.4

泥块含量(%)

<0.2%

0.1

压碎指标(%)

≤10

7.6

针片状含量(%)

≤8

2.9

最大粒径(mm)

25

25

级配类型

连续粒级

连续粒级

 

表4.2.3.1.1-7  混凝土用粉煤灰品质检测

检验项目

单位

技术要求(Ⅱ级)

检测结果

结果判定

细度(45um方孔筛筛余)

%

≤25.0

17.5

符合GB/T1596-2005标准要求

需水量比

%

≤105

102

烧失量

%

≤8.0

3.22

三氧化硫含量

%

≤3.0

1.1

含水量

%

≤1.0

0.2

 

表4.2.3.1.1-8  混凝土用外加剂匀质性检测

检验项目

技术要求

检测结果

结果判定

外观

 

棕褐色液体

符合GB8076-1997

标准要求

密度(g/cm3)

1.160±0.02

1.159

含固量(%)

28±3%

27.7

PH值

6-8

7.46(温度20±3℃)

硫酸钠含量(%)

≤5.0

4.72

氯离子含量(%)

≤0.5

0.48

流动性(mm)

采用42.5水泥

209

 

表4.2.3.1.1-9  混凝土用水化学分析检测

检验项目

技术要求

(用于钢筋混凝土)

检测结果

结果判定

pH值

≥4.5

7.9

符合JGJ63-2006

标准要求

不溶物(mg/L)

≤2000

9

可溶物(mg/L)

≤5000

51

氯化物(以CI计,mg/L)

≤1000

9

硫酸盐以SO42-计,mg/L

≤2000

2

碱含量(mg/L)

(按Na2O+0.658K20计)

≤1500

7

 

表4.2.3.1.1-10  混凝土用砂化学分析检测

检验项目

单位

技术要求

(有腐蚀介质作用)

检测结果

结果判定

氯离子(cl-)(用于预应力混凝土)

%

≤0.02

0.000

符合

JGJ52-2006

标准要求

 

氯离子(cl-)(用于钢筋混凝土)

%

≤0.06

0.000

硫化物及硫酸盐含量(折算成SO3)

%

≤1.0

0.1

云母含量

%

≤2.0

0.2

有机物含量(比色法试验)

/

颜色不应深于标准色

浅于标准色

轻物质含量

%

≤1.0

0.1

坚固性(循环后的重量损失)

%

≤8

5.6

 

表4.2.3.1.1-11  骨料碱活性试验检测结果

检验项目

单位

技术要求

检测结果

结果判定

砂的碱活性(快速法)

%

<0.10

0.04

无潜在碱活性

石子的碱活性(快速法)

%

<0.10

0.03

无潜在碱活性

4.2.3.1.2清水混凝土外观质量试验

1)配比选择对混凝土外观质量的试验研究

表4.2.3.1.2-1  C60 坍落度160mm-180mm混凝土配合比

序号

坍落度

(mm)

配合比(单位:kg/m3)

 

水泥

掺合料

外加剂

备注

1

160-180

155

395

75/75

595

1085

16.35/10.90

 

2

160-180

155

455

90

595

1085

16.35/10.90

 

3

160-180

155

545

0

595

1085

16.35/10.90

 

说明:

1、水泥选用了等级均为42.5的三种普通硅酸盐水泥;

2、掺合料 :配比1 采用S95矿粉和II粉煤灰各75kg/m3;

3、配比2 采用只掺II粉煤灰90kg/m3;

4、配比3 不掺掺合料;

5、外加剂选用了萘系、聚羧酸三种外加剂,掺量选择了   3.0%/2.0%两种掺量;

6、骨料: 惠州河砂中砂,细度模数2.8左右,龙岗5-25连续级配碎石。

试验结果分析:

①、以上配比1、2、3强度均能满足要求,在这里主要是考虑清水混凝土外观质量。

②、配比和易性较好,相比易出现轻微泌水现象,外观颜色灰白色。

③、配比和易性、粘聚性最适宜,无泌水,外观颜色青灰白色。

④、配比高标号C60水泥用量大,无粉煤灰润滑效果,过于粘绸,坍落度损失快,容易影响泵送,外观颜色深青色。

2)外加剂品种对混凝土含气量及外观影响的试验

使用萘系、聚羧酸三种外加剂,进行试拌。

表4.2.3.1.2-2  C60清水混凝土(坍落度160mm-180mm)配比

序号

坍落度(mm)

配合比(单位:kg/m3)

 

水泥

掺合料

外加剂

备注

1

160-180

155

455

90

595

1085

10.90

 

说明:

水  泥:选用P.O42.5水泥;

掺合料:选用深圳粉煤灰II级 掺90kg/m3;

外加剂:选用萘系、聚羧酸三种外加剂,掺量2.0%;

骨  料: 惠州河砂中砂,细度模数2.8左右;龙岗5-25连续级配碎石。

试验结果分析:

分别测试混凝土拌合物的含气量、泌水性。试验结果表明,几类外加剂拌出的混凝土坍落度、含气量较为接近,所有混凝土均无泌水,其中选用SF-2000外加剂混凝土容重最大,混凝土含气量为2.1%,在几个品种的外加剂中最低。

经外加剂厂家对外加剂的引气量调整,并与前一批作对比试验,从拌合物含气量试验结果来看,调整过后混凝土含气量在1%以内,基本上无大气泡,外观效果较好。

3)不同水泥品种对混凝土外观质量影响的试验

选用强度等级42.5的三种普通硅酸盐水泥,配比及材料选择表4.2.3.3-2中用配比及材料。其中深圳水泥稳定性好,强度较高,水泥热相对较低,试验与萘系外加剂适应性最好,颜色呈青灰白色,表面光感较好,气泡相对最少,气泡大小在3mm以下。

4)不同粉煤灰品种对混凝土外观质量影响的试验

分别选取深圳与珠海粉煤灰进行对比试验,配比及材料选择表4.3.12中用配比及材料。其中珠海粉煤灰呈褐黄色,沙角粉煤灰呈青黑色,试验拆模后气泡数量及大小接近,但用珠海粉煤灰混凝土颜色较深,略泛黄斑,用深圳粉煤灰混凝土颜色自然、更好。

5)振动时间及振捣工艺与混凝土气泡的试验

经筛选,混凝土配比确定只掺粉煤灰90kg/m³ 和外加剂选择掺添加有消泡剂的萘系高效外加剂试验,成型150mm试块4个,分别在振动台上振动10s、20s、30s、40s,第二天拆模后观察混凝土试件侧面气泡情况,试验情况为:振动10S混凝土试块侧面气泡数量较多,气泡直径2-3mm,振动20s30s混凝土试块侧成气泡数量及大小差别不大,比10s试块要少,振动40s试块侧面气泡数量最少,但气泡稍大,最大气泡直径达6mm左右,抺面一面有掉皮细微斑裂现象,为过振后表面浆体过多所致。

6)模拟试验

为检验混凝土在施工振捣工艺条件的,混凝土外表面气泡情况,在试配阶段进行了模拟试验??悸乔苛φ穸赡苁够炷帘砻娓〗?,又考虑到高标号C60水泥用量大,高流态工作性能,为增加润滑作用,粉煤灰选择掺量90kg/m³。模拟试验用配比及原材料见表4.2.3.1.2-3。

表4.2.3.1.2-3  C60清水混凝土(坍落度160mm-180mm)配比

序号

坍落度

(mm)

配合比(单位:kg/m3)

 

水泥

掺合料

外加剂

备注

1

160-180

155

455

90

595

1085

10.90

 

说明:

1、水  泥:选用广东 东莞  华润 P.O42.5R水泥;

2、掺合料:选用深圳粉煤灰II级 掺90kg/m3;

3、外加剂:选用萘系(添加有消泡剂),掺量2.0%;

4、骨  料: 惠州河砂中砂,细度模数2.8左右;龙岗5-25连续级配碎石。

5、水:自来水

试验结果分析

①、采用水性脱模剂涂刷模板浇筑的混凝土气泡数量及大小均优于用普通油性脱模剂。

②、使用的消泡剂的萘系外加剂的混凝土外观质量优于不加消泡剂的混凝土。

③、坍落度大的混凝土在相同振捣工艺及振捣时间的条件下,混凝土侧面的气泡比坍落度小的混凝土多。

④、对坍落度在160mm-180mm的混凝土,模拟高度200mm情况下,面积1000mm*1000mm9点振捣,振捣90-150S较为合宜。

7)清水混凝土外观质量试验小结

①、试验用原材料配制C60混凝土,强度均可达到要求;

②、萘系外加剂配制混凝土含气量可控制在1%以内,基本上无大气泡,外观效果较好;

③、华润水泥稳定性好,水化热相对较低,试验与萘系外加剂适应性最好,颜色呈青灰白色,表面光感较好,气泡相对最少。

④、深圳沙角粉煤灰混凝土颜色自然、更好。

⑤、振动时间20s30s混凝土试块侧成气泡大小、数量均较小。

4.2.3.1.3配比对混凝土耐久性指标影响

钢筋混凝土结构的主要劣化因子为氯离子的侵蚀,即海洋大气中的氯离子以吸附、扩散等方式通过混凝土?;げ愦锏礁纸畋砻?,达到临界浓度后,引起钢筋锈蚀,导致结构劣化。因此,在试配阶段进耐久性的研究,以抗压强度(为了满足结构设计的承载力要求)及混凝土抵抗氯离子进入混凝土内部的氯离子扩散系数为主要指标。

1)、混凝土抗压强度试验

①、粉煤灰对混凝土强度的影响

经测试不同掺量粉煤灰(从0~180),对混凝土的初期强度有一定影响,未掺加粉煤灰的试件甚至是掺量180kg的混凝土强度的3倍;但是随着时间的推移,28d养护以后,强度差别逐渐减小,到180d龄期差值基本在10%左右。也就是说,粉煤灰的掺入,只会影响早期强度,对结构正常使用的强度是会满足承载能力要求的。大量研究资料也表明,随着使用周期的延长,大掺量粉煤灰混凝土的强度会始终有增加的趋势。

此外,28d龄期的时候,水胶比0.45的试样强度均能达到40MPa以上;而0.350.40的试样,其强度均在50MPa之上,能满足一般混凝土结构设计计算时对混凝土抗压强度的要求。

②、水胶比对混凝土强度的影响

通过不水胶比试块强度检测,即便是大掺量粉煤灰的混凝土试件,在低水胶比(0.4以下),其28d强度能够满足大多数混凝土构件对抗压强度的需要,而且其后期强度都有良好的发展,待混凝土结构投入正常使用时(如180d龄期),其强度还会有约40%的提高。而且,此类混凝土,由于大量粉煤灰的掺入,大大降低了水泥的用量,其后期的其他性能也有较大的提高。

2)、混凝土氯离子扩散系数试验

①、粉煤灰掺量对氯离子扩散系数的影响

试验选择了水胶比0.35、0.40、0.45不粉煤灰掺量进行试验,试验表明,同一水胶比情况下,不同掺合料对混凝土氯离子扩散系数的影响。无论那种水胶比,随着龄期的增长,掺合料都会使氯离子扩散系数明显降低。特别对于大水胶比(0.45)的混凝土试件,该变化尤为显著,96d龄期的扩散系数降低到28d龄期的25%左右。说明粉煤灰的掺入,能够大大提高混凝土抗氯离子扩散的能力,这对于氯盐环境下的混凝土结构是非常有利的。随着结构使用时间的延长,该种混凝土有进一步提高抵抗氯盐能力的可能。

②、水胶比对氯离子扩散系数的影响

试验选择了粉煤灰掺量0、90、120、180不同水胶比试配,测试氯离子扩散系数,试验表明无掺合料的情况下,即使最小的水胶比,其氯离子扩散系数在56d90d的时候已经基本稳定,大于6×10-12m2/s;掺合料达到120kg的时候,96d的氯离子扩散系数已经减小到4×10-12 m2/s。

3)、配比对耐久性指标影响分析

①、粉煤灰的掺入,只会影响早期强度,对结构正常使用的强度是会满足承载能力要求的,大掺量粉煤灰混凝土的强度会始终有增加的趋势。

②、随水胶比提高时,28d、56d龄期混凝土氯离子扩散系数有较大的提高。无论那种水胶比,随着龄期的增长,掺合料都会使氯离子扩散系数明显降低,即粉煤灰的掺入,能够大大提高混凝土抗氯离子扩散的能力,这对于氯盐环境下的混凝土结构是非常有利的。

③、混凝土的氯离子扩散系数随龄期的增长而降低,在早龄期(如28天至56天)时降幅较大,随后降幅减缓;同时,随着粉煤灰掺量的增加,其降低的幅度更为明显。因此,如以28天的氯离子扩散系数来评价混凝土的渗透性,可能低估了粉煤灰掺量较大的混凝土的抗氯离子渗透能力,以56天或90天的氯离子扩散系数为控制指标可能更为合理。

4.2.3.1.4高性能清水混凝土试配

经过对清水混凝土外观质量、工作性能以耐久性指标测定,需对配合比进行调整。

1)试配一

①、原材料选择及配合比

保证强度的前提下,适当减少水泥用量,以降低水化热,更大程度的改善混凝土的消耗性能(坍落度损失减少)

表4.2.3.1.4-1  高标号C60清水混凝土(坍落度160mm-180mm)配比

序号

坍落度

(mm)

配合比(单位:kg/m3)

 

水泥

掺合料

外加剂

备注

1

160-180

155

455

90

595

1085

10.90

 

说明:

水  泥:选用广东 东莞 华润 P.O42.5R水泥;

掺合料:选用深圳粉煤灰II级 掺90kg/m3;

外加剂:选用深圳萘系高效减水剂,掺量2.0%;

骨  料: 惠州河砂中砂,细度模数2.8左右;龙岗5-25连续级配碎石。

②、试配情况: 

混凝土初始坍落度SL0达到190mm,SL1h降为180 mm SL2h降为170mm;和易性、粘聚性良好,无离析、泌水;凝结时间:初凝7 h 45 min,终凝9h55min;凝土表面情况:表面光泽度好,无大气泡,气泡含量较少;混凝土平均强度:R3=48.6MPa达到81%,R7=61.8 MPa达到103% , R28=75.6 MPa达到126%。

2)试配二

①、原材料选择及配合比

为了降低混凝土的粘稠度,而又不能使混凝土有离析、泌水;减少混凝土的消耗性能(坍落度损失减少),而又要控制好混凝土的初始坍落度;增加混凝土的密实度,而又要保证强度。措施就是在在保证混凝土强度的前提下,尽量减少水泥用量,加大砂率,加大细粉料掺量。表4.5.2、表4.5.3分别是掺硅粉和不掺硅粉的配合比

表4.2.3.1.4-2       高标号C60清水混凝土(坍落度160mm-180mm)配比

序号

坍落度

(mm)

配合比(单位:kg/m3)

备注

水泥

掺合料

外加剂

1

160-180

160

415

135

651

1019

11.00(2.0%)

 

说明:

水  泥:选用深圳 P.O42.5水泥;

掺合料:选用深圳粉煤灰II级 掺135kg/m3;

外加剂:选用深圳萘系高效减水剂,掺量2.0%;

细骨料: 惠州河砂中砂,细度模数2.8左右;

砂  率:增大到39%;

粗骨料:龙岗5-25掺配20% 5-10瓜米石的连续级配碎石。

②、试配情况: 

混凝土初始坍落度SL0达到 215mm,SL1h降为200 mm SL2h降为175mm;混凝土扩展度均值520mm;和易性、粘聚性良好,无离析、泌水;凝结时间:初凝8h35 min,终凝10h45min;混凝土表面情况:光滑、青灰白色择自然,无大气泡,气泡含量较少;混凝土平均强度:R3=45.6MPa达到76%,R7=55.9 MPa达到93%, R28=66.1 MPa达到110%。

3)试配三

①、原材料及配合比

试配三原材料及配合比见下表

表4.2.3.1.4-3 掺硅粉高标号C60清水混凝土(坍落度160mm-180mm)配比

序号

坍落度

(mm)

配合比(单位:kg/m3)

备注

水泥

掺合料

外加剂

1

160-180

160

387

135/28

651

1019

55.00(10%)

 

说明:

水  泥:选用深圳 P.O42.5水泥;

掺合料:选用深圳粉煤灰II级 掺135kg/m3及 外掺硅粉5% 即28kg/m3;

外加剂:JX防腐剂,粉剂掺量10.0%;

细骨料: 惠州河砂中砂,细度模数2.8左右;

砂  率:增大到39%;

粗骨料:龙岗5-25掺配20% 5-10瓜米石的连续级配碎石。

 

②、试配情况:

混凝土初始坍落度SL0达到225mm,SL1h降为210mmSL2h降为180mm;混凝土扩展度均值550mm;和易性、粘聚性良好,无离析、泌水,较配比1更密实;凝结时间:初凝9h5min,终凝11h0min;混凝土表面情况:光滑、青灰白色泽自然,无大气泡,气泡含量较少;混凝土平均强度:R3=42.6MPa达到71%,R7=51.9MPa达到86%,R28=63.1MPa达到105%。

4)初步结论

通过室内及模拟试验,对混凝土工作性能、强度、外观质量进试验研究结果,上述三种配比均能满足要求。另外根据前述混凝土耐久性指标的检测试验和氯离子扩散下结构耐久性分析,上述三种配比水胶比均控制在0.35以下,均掺加粉煤灰,28天氯离子扩散系数可达到5×10-12m2/s左右,配合40mm以上混凝土?;げ?,可以保证在氯离子扩散下结构耐久性。

4.2.3.1.5样板墙试验

为检验混凝土在实际模板工艺、施工振捣工艺条件、施工环境及运输条件的工作性能、成型后混凝土外表观感质量(色泽、色差、气泡)等情况,为进一步优化配合比、完善施工工艺,同时对结构实体抗裂性能和耐久性进行检验,我们在现场进行了样板墙试验。

1)第一次样板墙试验

采用配合比见表4.2.3.1.4-1,模板钢铝木组合大模板(面板为进口维萨板),钢筋?;げ愫穸?/FONT>25,浇筑时间安排在上午,泵送浇筑,主要目的是检验混凝土可施工性能和施工工艺。经检测进场时混凝土坍落度为210mm,40分后测混凝土坍落度为190mm,坍落度损失20mm。采用该配比的清水混凝土出场坍落度较大,浇筑出的样板墙上部有几处混凝土离析、顶端浮浆过厚(200mm左右)并有一定的泌水现象。

可施工性能与试配有一定差异,需进一步调整。 

2)、第二次样板墙试验

为减少混凝土的消耗性能(坍落度损失减少),而又要控制好混凝土的初始坍落度;增加混凝土的密实度,而又要保证强度。第二次样板墙试验与第一次样板墙试验相比,减少水泥用量,加大砂率,加大细粉料掺量等措施,调整后C60清水混凝土选用材料及配合比见表4.2.3.1.4-2、表4.2.3.1.4-3,钢筋?;げ愫穸?/FONT>45mm,其它施工工艺相同。

90分钟到达施工现场后测得混凝土坍落度损失2cm左右,扩展度490,和易性、粘聚性良好,无离析、泌水,可施工性能良好。

4.2.3.1.6混凝土样板墙耐久性检测

1)样板墙初始氯离子含量

表4.2.3.1.6-1   样板墙初始氯离子含量检测结果

编号

样品

重量(g)

溶液

用量(ml)

硝酸银浓度(mol/L)

硝酸银

用量(ml)

氯离子

含量1(%)

氯离子

含量2(%)

样品部位

1

20.00 

20

0.01

0.276

0.0049 

0.022 

样板墙1试件

2

20.00 

20

0.01

0.215

0.0038 

0.017 

样板墙2试件

3

20.00 

20

0.01

0.1217

0.0022 

0.010 

样板墙3试件

试验结果表明:

C60高强混凝土的初始氯离子含量很低,说明试验所用原材料中氯离子混入控制良好,这为结构提供良好的抵抗氯盐侵蚀,提供了有利的条件。

2)氯离子扩散系数检测

表4.2.3.1.6-2  样板墙结构混凝土氯离子扩散系数

编号

龄期

电流

阳极液

初温

阳极液

终温

阴极液

初温

显色

深度

扩散系数

终电流

备注

样板墙一

407

9.5

25

22

24.2

8.6

3.83E-12

8.6

现场

样板墙二

269

13.5

25

23

24.2

7.8

1.65E-12

12.1

现场

样板墙三

321

12.7

25

22.1

24.2

6.9

1.44E-12

11.5

现场

通过以上检测:

样板墙混凝土有较低而且平稳的氯离子扩散系数,抵抗氯离子扩散的能力较高。

3)混凝土表面透水性试验

①、样板墙透水性试验结果

1#样板墙:清水混凝土透明?;ね苛?/FONT>+调色剂,透水试验结果见表4.2.3.1.6-3,图4.2.3.1.6-4,吸水性系数0.24;

2#样板墙:清水混凝土透明?;ね苛?,透水试验结果见表4.2.3.1.6-5,图4.2.3.1.6-6;表面吸水性系数0.32

表4.2.3.1.6-3  1#样板墙透水试验结果

时间

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

时间的开方

2.24

2.45

2.64

2.83

3.00

3.16

3.32

3.46

3.60

3.74

3.87

吸水量

74

78

86

88

92

98

102

104

108

110

114

 

图4.2.3.1.6-4  1#样板墙表面吸水量曲线图

 

 

 

表4.2.3.1.6-5   2#样板墙透水试验结果

时间

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

时间的开方

2.24

2.45

2.64

2.83

3.00

3.16

3.32

3.46

3.60

3.74

3.87

吸水量

66

72

82

92

98

98

104

104

112

116

120

 

图4.2.3.1.6-6   2#样板墙表面吸水量曲线图

②、试验结果分析

表4.2.3.1.6-7   吸水率评定标准

吸水性系数

质量评定

≤1.30

很好

>1.30  ≤2.60

>2.60  ≤3.40

>3.40

很差

由实验结果看出:

C60混凝土的表面吸水性系数大约在0.81.8之间;在清水混凝土表面涂刷涂料,能较大程度减少混凝土表面的吸水性,从而减少氯离子的渗入,提高了混凝土的耐久性,

4)混凝土表面透气性

①、样板墙表面透气性试验结果

1#样板墙:清水混凝土,透气试验结果见表4.2.3.1.6-8,图4.2.3.1.6-9,透气性系数0.05;

2#样板墙:清水混凝土透明?;ね苛?,透气试验结果见表4.2.3.1.6-10表面吸气系数为0。

2#样板墙:清水混凝土透明?;ね苛?,透气试验结果与样板墙2基本相同。

表4.2.3.1.6-8    样板墙1表面透气性试验结果及曲线图

时间

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

压力

355

326

309

294

278

264

252

240

229

218

209

Ln(压力)

5.87

5.79

5.73

5.68

5.63

5.58

5.53

5.48

5.43

5.38

5.34

 

表4.2.3.1.6-9    2#样板墙表面透气性试验结果

时间

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

压力

519

519

519

519

519

519

519

519

519

519

519

Ln(压力)

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

6.25

②、试验结果分析

表4.2.3.1.6-10   透气性评定标准

透气性系数

质量评定

≤0.10

很好

>0.10  ≤0.50

>0.50  ≤0.90

>0.90

很差

由实验结果看出,样板墙透气系数质量指标很好,涂料能降低混凝土表面的透气性系数,即在清水混凝土表面涂刷这些?;ね苛?,能较大程度减少混凝土表面的透气性,从而减少氯离子的渗入,提高了混凝土的耐久性。

5)混凝土干燥收缩率和自收缩 

表4.2.3.1.6-11    干燥收缩率试验结果

试样

1d收缩率(%)

3d收缩率(%)

7d收缩率(%)

14d收缩率(%)

28d收缩率(%)

C60

0.005

0.010

0.016

0.021

0.026

C60

0.005

0.011

0.017

0.021

0.027

C60

0.005

0.011

0.017

0.021

0.027

 

表4.2.3.1.6-12   C60混凝土自收缩试验结果

试样

1d收缩率(%)

3d收缩率(%)

7d收缩率(%)

14d收缩率(%)

28d收缩率(%)

C60

0.004

0.009

0.014

0.019

0.024

C60

0.004

0.010

0.014

0.020

0.024

C60

0.004

0.09

0.014

0.019

0.024

由实验结果看出:

采用所选配合比,C60高强混凝土收缩率非常小,减少了干缩和自缩裂缝的产生;

6)混凝土?;げ悴馐?/FONT>

表4.2.3.1.6-13   样板墙混凝土?;げ悴馐越峁?/P>

序号

受力钢筋(主筋)?;げ?mm)

备注(部位)

1

30

29

29

25

30

29

26

27

样板墙一

28

28

26

27

32

29

28

28

2

43

42

59

44

38

49

40

44

样板墙二

46

44

43

46

49

39

56

45

3

55

53

39

44

47

41

48

55

样板墙三

50

46

45

45

44

59

50

58

通过以上检测,三片样板墙钢筋?;げ憧刂浦柿拷虾?,在规范允许偏差之内。为了保证结构耐久性,样板墙1钢筋?;げ愫穸炔蛔?,但同时要求达到清水混凝土效果,钢筋?;げ愫穸炔灰颂?。

4.2.3.1.7样板混凝土墙实验效果

根据样板墙试验及现场检测,试验用配合比工作性能良好,初始坍落度、现场坍落度、扩展度、初凝时间均符合要求;和易性、粘聚性良好,无离析、泌水;混凝土表面情况:光滑、青灰白色择自然,无大气泡,气泡含量较少;混凝土平均强度:R3=45.6MPa达到76%,R7=55.9 MPa达到93%, R28=66.1 MPa达到110%。

样板墙的混凝土采用了0.30左右的水胶比,而且掺入了16%32%、32%)的掺合料,混凝土浇筑质量良好,表面混凝土具有极好的抗渗透能力和抗裂性能。样板墙氯离子扩散系数最大为3.83×10-12m2/s,经无损检测样实际?;げ愫穸龋ò迩?/FONT>1均值28.1 mm,样板墙2均值45.4mm,样板墙3均值46.1mm),不考虑?;ね苛隙约跎俾壤胱由氲淖饔?,样板墙1不能满足氯离子扩散下结构耐久性要求;样板墙2、3均能满足氯离子扩散下结构耐久性要求。

4.2.3.1.8滨海高性能清水混凝土试验与配制结论

根据室内试配、样板墙施工及耐久性检测结果,深圳滨?;肪匙饔孟律鲜隽街峙浜媳龋ū?FONT face="Times New Roman">4.2.3.1.4-2及表4.2.3.1.4-3)施工的样板墙,耐久性、施工性能均满足要求。大掺量掺合料的混凝土(样板墙2、3)可施工性能更好,氯离子抗力指标(氯离子扩散系数)更好;混凝土表观色泽呈表灰白色;样板墙3(掺硅粉,外加剂掺量10%)成本相对较高。实际施工时,可根据建筑师对清水混凝土色泽上选择,兼顾成本方面的考虑选择。

滨海地区高性能清水混凝土在施工阶段,对混凝土原材料进行选择,防止碱骨料反应和混凝土氯离子含量超标,在保证混凝土强度的前提下,进行混凝土外观质量、施工性能试验研究,并对耐久性指标检测和抗裂性能试验,经样板试验验和检测后,确定施工配合比、材料性能和构造要求,为施工提供控制依据。工程所处环境作用等级,可根据当地研究资料或进行环境检测后确定。滨海地区高性能清水混凝土应满足以下基本要求:

1)混凝土性能要求

①水胶比0.35,拌合用水量不大于160kg/m3。

②胶凝材料用量450kg/m3,粉煤灰用量为胶凝材料总量的30%或者40%。

③使用PI、PII以外的掺有混合材料的硅酸盐类水泥时,矿物掺和料中应计入水泥中已掺入的混合料。在无确切水泥组分的数据时,PO可按80%硅酸盐水泥、15%的活性混合材料估算。

④用作矿物掺和料的粉煤灰应选用CaO含量不大于10%的低钙灰。

⑤混凝土配制中不应使用含有氯化物的外加剂?;炷林新壤胱拥淖畲蠛浚ǖノ惶寤炷林新壤胱佑虢耗牧系闹亓勘龋┎怀?.1%(28d水溶值)。

⑥采用无潜在碱活性的骨料,最大骨料粒径25mm,并采用单粒级石子两级配或三级配投料。

⑦采取相应措施严格混凝土用砂,避免在开采、运输、堆放和生产过程中遭受海水污染和混用海砂。

⑧水泥含碱量(按Na2O当量计)不超过0.6%,或者混凝土内的总含碱量不超过3.5kg/m3。

2)滨海地区高性能混凝土耐久性检验指标

①通过无损检测,测定混凝土?;げ闶导屎穸?。

②通过回弹仪试验,测定表层混凝土强度间接估计?;げ慊炷恋拿苁敌?;或者采用表面抗渗性试验仪,测定表层混凝土的抗渗性。

③测定混凝土的氯离子扩散系数及电量指标。

④混凝土构件浇筑时,需使用钢筋定位卡,保证?;げ愫穸任薷浩?。

1.1.3.2滨海地区高性能清水混凝土应用

滨海地区高性能清水混凝土在深圳万科中心工程项目中得到应用,该项目位于深圳大梅沙海滨,距海岸约625m,经环境检测,环境作用评价为III-D。该工程的筒体及实腹厚墙采用了高性能清水混凝土,混凝土强度等级C60,实际采用配合比见表4.2.3.1.4-2,混凝土到达现场实测,工作性能如下:混凝土175mm;混凝土扩展度均值490mm;和易性、粘聚性良好,无离析、泌水;凝结时间:初凝6h45min,终凝8h15min;混凝土表面情况:光滑、青灰白色择自然,无大气泡,气泡含量较少,成型后混凝土表面观感质量良好。

结论及实施效果

我们研制的滨海地区高性清水混凝土配合比,在深圳万科中心工程项目中得到应用,且根据试验研制提出的混凝土原材料性能和构造要求,加强了对施工过程的跟踪管理,混凝土坍落度、扩展度满足要求,拆模后混凝土外观质量得建筑师的认可,经实体清水混凝土结构耐久性检测评估,耐久性符合要求,完全能达到结构期望的50年使用寿命。

 
 

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