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高性能灌浆料施工质量的控制
发表时间:[ 2017-03-30 ]  编辑: [ 山东三瑞 ]

第一章      绪论

  进入21世纪以来,我国各项建设事业飞速发展,给混凝土科学技术的发展带来欣欣向荣的景象,各种现代化的大型建筑如雨后春笋,新型混凝土技术和施工工艺不断涌现,并在工程应用中获得巨大的经济效益和社会效益。有力地促进了国民经济各项事业的发展。高性能混凝土技术与施工工艺正处于探索和研究阶段,纵观其未来其具有广阔的发展前景。

  采用高性能灌浆料有很多优点:(1)可以确保混凝土施工质量与耐久性;(2)可以降低工人劳动强度,施工比较安全;(3)可防止施工噪音;(4)可以缩短工期。

  1.1高性能灌浆料的定义

  高性能灌浆料(High Performance Concrete,缩写为HPC,以下同)这种新型混凝土是在20世纪80年代末90年代初才出现的。1990年5月,美国国家标准与技术研究所(NIST)和美国混凝土协会(ACI)在美国马里兰州盖瑟斯堡召开的会议上首先正式提出HPC这一名词的定义。现在对于HPC的定义,不同国家、不同学者依照各自的认识、实践、应用范围和目的要求的差异,对HPC有不同的定义和解释。我国工程院院士吴中伟在综合这些不同意见的基础上提出了以下定义:HPC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,高性能混凝土对下列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,掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。

  1.2高性能灌浆料的国内外研究开发历史

  1994年,美国联邦政府16个机构联合提出了一个在基础设施工程建设中应用高性能混凝土的建议,计划未来10年内投资2亿美元进行研究和开发。1989年加拿大政府提出了建立“高性能混凝土协作网”的建议,共有7所大学和2家企业参与。法国在1986年由政府部门组织国内23个单位(包括政府研究机构、大学、公司、承包商)进行了一项名叫“混凝土新途径”的研究项目,对高性能混凝土进行研究并建造示范工程,这一项目已于1993年完成。1996年法国政府公共工程部和教育与研究部又组织了为期4年的“高性能混凝土2000”的国家研究项目,共40余个机构参与。挪威皇家科技研究院的科学与工业研究基金(SINTEF)持续资助高强与高性能混凝土的研究,包括1986-1992年的高强混凝土材料研究计划,1988-1993年的高强混凝土结构设计研究计划(60-115MPa),1988-1992年和1993-1995年有关高性能轻质混凝土及其浮动结构的研究计划等。日本建设省在1988年开展了一项简称“新RC”的研究计划,主要研究高强与高性能混凝土和钢筋在建筑工程中的应用,这一课题投资较大,在日本国内有许多机构参加,取得了系统的研究成果。在瑞典,也有由政府机构和企业联合资助的高性能混凝土的国家计划。

  我国近两年来在大力建设高速铁路,已经建成的武广客运专线等十一条高速铁路工程设计使用年限长达100年,普通混凝土已不能满足耐久性要求,因此高性能混凝土在高速铁路建设中开始了尝试性应用。因无具体标准,我国铁道部科学技术司于2005年发布了《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》作为客运专线高性能混凝土质量的参考依据,技术条件中对高性能混凝土的技术指标、原材料质量都提出了一些要求,成为国内工程建设中第一个高性能混凝土执行依据。这对我国的铁路建设中高性能混凝土的应用起到了一定的作用。

  第二章      高性能灌浆料施工质量控制的意义

  混凝土也是一种产品,对于具体的工程,也有一定的质量要求。由于混凝土是一种非均质的材料,其组成质量变化较大,因此全过程质量控制对混凝土的使用性能至关重要。混凝土质量控制的最终目标是得到质量均匀的、体积稳定的、耐久的、满足设计强度而且经济的混凝土。

  要得到这样的优质混凝土,必须使拌和物有良好的工作性能,便于搅拌、运输、浇筑、振捣密实、充满模型,并且始终均匀。因此,拌和物质量控制的目标是具有施工条件要求的足够流动性、体积稳定性以及尽可能低的温度应力。

  对于高性能混凝土拌和物的要求:

  流动性—坍落度在170mm以上,坍落流动度在430mm以上(不振捣的拌和物坍落度为240~270mm,坍落流动度为550~700mm);

  体积稳定性—不离析、不泌水,有稳定的表观密度;

  温度应力—浇筑的混凝土内外温度差不高于25℃,浇筑时拌和物温度夏季不高于35℃,冬季不低于12℃。

  与普通混凝土相比,HPC的生产和施工并不需要特殊的工艺,但是在工艺个环节中普通混凝土不敏感的因素,HPC却会很敏感,因而需要严格控制和管理。尤其是在工地现场施工时,包括试配、原材料管理、搅拌、浇筑、振捣成型、拆模养护等问题,需要做特别强调。

  第三章      高性能灌浆料的组成、结构及性能

  如前所述,HPC配制的特点是低水灰比、掺用高效减水剂和矿物细掺料。因此,HPC在不同尺度上的组成和结构都与混凝土有所不同。

  3.1高性能混凝土的水泥石微结构

  按照中心质假说,在次中心质和次介质的尺度上,属于次中心质的未水化水泥熟料颗粒(H粒子)、属于次介质的水泥凝胶(L粒子)和属于负中心质的毛细孔组成水泥石。从强度的角度来看,孔隙率一定时,H/L粒子比值越大,水泥石强度越高;而H/L粒子比达到最佳值后,水泥石的强度随H/L粒子的比值的提高而下降;水灰比越低,H/L比值的最佳值越大。水泥在水灰比近似为0.44的水泥浆体中才能完全水化而留下最少的毛细孔。随着水灰比的降低,未水化的水泥增多。由此可见,高性能混凝土中增加了很多产生有利效应的次中心质和大中心质。也就是说,高性能混凝土中的H/L粒子比值比普通混凝土的高得多。水灰比很低的高性能混凝土中,水泥石得孔隙率也很低,在一定的H/L粒子比值下,强度随孔隙率的减小而提高。

  3.2高性能灌浆料的性能

  与普通混凝土相比,高性能混凝土具有如下独特的性能:

  1.耐久性

  高性能混凝土的使用寿命长,对于一些特护工程的特殊部位,控制结构设计的不是混凝土的强度,而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠的工作50—100年以上,是高性能混凝土应用的主要目的。目前,对于高性能混凝土耐久性的评定没有统一的指标和方法,对其进行试验和评价基本仍沿用普通混凝凝土的方法和指标。对于HPC的耐久性的安全使用期限,高性能混凝土可以保证重要建筑在不利环境中使用100年,在正常环境中使用200年,在特殊环境中使用300年。

  2.工作性

  高性能混凝土具有良好的工作性,坍落度是评价混凝土工作性的主要指标,反应混凝土拌和物在重力作用下的流动和变形能力。高性能混凝土的坍落度控制功能好,但由于其在配制过程中加人了减水剂和矿物质超细粉,在与普通混凝土在坍落度相同的情况下,粘度较大,这使其在泵送过程中需施加更大的压力。

  3.力学性能

  混凝土的强度有抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、疲劳强度、粘结强度等。由于混凝土是一种非均质材料,强度受诸多因素的影响,但各种强度之间有一定的关系,一般可以用抗压强度的关系表现。高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力,但不一定具有高强度,中、低强度亦可。

  4.体积稳定性

  混凝土的体积稳定性是指混凝土在抵抗物理、化学作用下产生变形的能力。高性能混凝土具有较高的体积稳定性,即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热,硬化后期具有较小的收缩变形。

  5.经济性

  HPC较高的强度、良好的耐久性和工艺性都使其具有良好的经济性。虽然HPC本身的价格偏高,但是其优异性能使其具有了良好的经济性。

  第四章      高性能混凝土施工中质量存在的问题分析

  4.1原材料的质量问题

  材料品质优良、离散性小,是生产HPC最关键的先决条件。全国各地混凝土原材料的质量离散性均较大,粗细骨料的质量差异也大,是混凝土产品中最为薄弱的环节,也是混凝土质量低劣的主要原因之一。

  1.水泥

  目前国产水泥由于执行了新修订的同国际接轨的标准,大厂生产水泥的品质标准与发达国家相比,性能几乎没有什么差别。但存在生产控制不够稳定,有一定的质量波动,同生产厂不同批次水泥的离散性同样存在。由于工程建设需要只是片面追求水泥的早期强度,实行新标准的水泥细度过细,既提高了粉磨耗能,又降低了水泥与外加剂的相容性,加重了HPC早期收缩开裂的趋势。

  用于配制HPC所需的水泥,应该是碱含量越低越好,含碱量高会造成混凝土的适应性变差,影响到HPC的施工质量。现行的水泥标准中,只规定了硅酸盐水泥和普通水泥有低碱含量的要求,对于大量生产使用的矿渣水泥,则没有低碱含量的要求。由于水泥生产企业对HPC的要求知之甚少,在矿渣水泥的生产中会忽视对含碱量的控制,按照规范标准常规组织生产,导致矿渣水泥中的碱含量会过高。

  因此,第一,水泥生产过程中应该严格控制原材料的质量,严格工序质量,稳定产品过程,将出厂水泥质量离散性降低。第二,水泥生产厂家要了解水泥细度对HPC质量的影响,适当降低水泥研磨的细度。第三,严格控制水泥中的碱含量,即使是生产矿渣水泥、火山灰和粉煤灰水泥,水泥厂也必须严格控制粘土和混合料的碱含量,加大力度降低水泥中的碱含量。同时集中搅拌混凝土站应稳定水泥的货源,尽量采购新型干法水泥,不能采用小立窑生产的水泥。

  2.细骨料

  含泥量、泥块含量也是影响高性能混凝土各项技术指标的重要原因之一,含泥量、泥块含量过高,不仅能降低混凝土强度,同时易造成内部结构的毛细通道不能有效的阻止有害物质的侵蚀。因此要严格按照检测项目标准和配合比设计的要求,对细骨料的各项技术指标进行及时检验。

  3.粗骨料

  主要是保证级配连续,特别是控制大粒径含量不超标,大粒径超标将直接影响保护层外侧混凝土的质量,会导致混凝土的表而干裂纹,影响表观质量。良好的级配能增加混凝土强度,因此,宜选用二级配、三级配碎石。

  4.粉煤灰。粉煤灰的大量使用,对混凝土具有减水、致密、活化、润滑、填充的作用,它能延缓水泥水化过程中水化粒子的凝聚,减轻坍落度损失。因此它的各项技术指标也是影响混凝土质量的主要原因之一。烧失量过大,会吸附大量的外加剂,将直接影响混凝土的坍落度和流动度;采用二次加水搅拌时,就会出现混凝土离析、泌水等现象,造成大量的游离水,影响混凝土的外观质量;粉煤灰质量不稳定,需水比较大,都能够导致混凝土在施工过程中有泌水现象发生,引起粉煤灰的分布不均,造成混凝土的颜色差异。因此在选用粉煤灰厂家时,一定要准确试验以上指标,并在过程中及时检查检验。

  5.外加剂

  外加剂与水泥相适应性、减水率、流动性、含气量、掺量都将影响混凝土的工作性。因此,在施工过程中一定要对所使用的原材料严格按照标准进行检验,确保原材料质量的稳定,特别是含气剂的含量,要经常抽验。

  4.2 HPC的生产及施工质量

  1.原材料的计量

  高性能混凝土由于其性能的要求,在配制时对原材料的称量精度也比普通混凝土有更高的要求。配料是关系到拌合物和易性和混凝土均匀性的主要环节。整个生产期间每盘混凝土各组成材料计量结果的偏差控制要符合如下规定:

  水泥与掺合料±1.5%、粗骨料±2.0%、细骨料±1.5%、水与外加剂±1.0%,并保证量具的精确度,在每一班正式称量前,对量具设备进行零点校核。粉煤灰高性能混凝土对水泥、砂石和水的控制精度要求高,尤其是对砂石的控制精度要求高,在生产中应给予重点保障。

  且骨料的含水量的变化也将影响水灰比的变化,进而影响混凝土的施工质量以及性能强度等。雨天的时候更好注意,并在取原材料的时候应该注意扣除骨料中的用水量。


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