2000年第9期(总第134期)Number12in2000(TotalNo.134)
混 凝 土
Concrete
全国建筑科学核心期刊
ChinaBuildingScienceCorePeriodical
高强低热泵送混凝土的研究
胡曙光1, 张云升2, 管斌君2
(11湖北大学,武汉 430062; 21武汉理工大学,武汉 430070)
[摘 要] 本文对掺加矿物掺合料混凝土的力学性能、流动性能及胶结材的水化放热性能进行了研究。实验表明,双掺
粉煤灰+矿渣不仅明显改善了低水胶比混凝土的流动性,同时也弥补了大掺量粉煤灰早期强度偏低的缺陷,并且后期强度也不断增大,而且还显著地降低了胶结材浆体的水化热和最高温度,推迟达到最高温度的时间。利用这种作用,制备出了高强低热泵送混凝土,并成功应用于工程实践。
[关键词] 双掺; 高强; 泵送; 低热; 混凝土[中图分类号] TU528159 [文献标识码] A [文章编号] 1002-3550(2000)12-0020-031 引 言
随着现代建筑结构向高层化、地下化、大跨度、重荷载及结构轻量化的方向发展,对混凝土性能要求越来越高。很显然,普通混凝土已不能满足这种要求,在这种情况下,以高强度,低变形为主要特征的高强混凝土就应运而生,成为混凝土技术发展的一个重要方向[1]。
泵送混凝土由于采用机械化、自动化和多种高新技术手段,不仅能稳定和提高混凝土的性能,而且还可有效降低劳动强度和环境污染(粉尘和噪音),是现代混凝土施工技术的重大进步,具有显著的经济效益和社会效益,其应用水平和规模已成为衡量一个地区经济水平的重要标志之一[2]。
水化放热是影响高强大体积混凝土耐久性的一个重要因素[3]。如果胶结材水化热太高、放热速度太快,则短时间内在混凝土内部积蓄大量的热,造成较大的温度梯度,产生了温度应力,最终导致混凝土开裂。
高强化要求混凝土具有较低的水胶比、较高的水泥用量。低水胶比造成混凝土拌合物非常粘稠,泵送性能变差;水泥用量多,造成高的水化放热,产生温度开裂,最终导致混凝土耐久性降低。因此,混凝土的高强度、泵送性能、低水化放热这三方面是一对矛盾,采
化学组成(%)
SiO2
Al2O35.803315315.39
Fe2O34.0451291.20
TiO2
CaO591311635.86
用何种方法解决这对矛盾,使高强、泵送及低水化热之间形成一种平衡,成为本文研究的重点。
本文利用双掺矿物掺合料对颗粒级配的改善作用和水化进程的互补效应,通过配合比的优化,确定了高强低热泵送混凝土的最佳配比,并将此配比应用于武汉市江汉三桥的拱角施工中,取得了良好的效果。
2 原材料及实验方法
211 原材料
(1)水泥:湖北华新水泥公司生产的525#普通硅
酸盐水泥;
(2)粉煤灰:武汉汉川热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰;(3)磨细矿渣:武汉钢铁公司生产的磨细矿渣;(4)高效减水剂:武汉浩源外加剂厂生产的萘系减水剂FDN29001;
(5)粗集料:湖北乌龙泉采石厂的5～20mm连续级配的石灰石碎石,压碎值1117%,针片状含量1013%;
(6)细集料:湖北巴河的中粗河砂,细度模数为218,含泥量为110%。
各原材料的化学组成及物理性能见表1。212 实验方法
混凝土拌合物流动性能通过坍落度及扩展度两个指标来评价,其检测方法按GBJ80285进行;混凝土力
比表面积需水量比
MgO312421819.07
SO3210801433.81
Loss2144513
(m2/kg)310345480
(%)
表1 原材料的化学组成及物理性能
原材料水 泥粉煤灰矿 渣
211474513834.76
—
4171
—
9599
——
[收稿日期] 2000-08-08
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学实验按GBJ81285进行,试块尺寸150×150×150mm3;水化热实验按GB2022280进行,并计算热量计内积蓄和散失热量的总和、3d水化热及各龄期水化放热速率。
胶结材组成(%)
编号
123456
3 实验方案及结果
胶材用量567kg/m3,水胶比0130,砂率35%,实验方案及结果见表2。
抗压强度(MPa)
3d54.158.251.349.560.255.728d67.277.084.980.479.881.7表2 实验方案及结果
流动性(mm)
矿渣
坍落度
190
102030
30
10
20
216218229211235
水泥
1009080707070
粉煤灰扩展度
452548555560540590
胶结材浆体的
3d水化热(J/g)
326.4287.1269.2349.7298.8206.1
最大放热速率(J/h・g)
47.6027.8022.1528.1720.8817.56
4 讨 论
411 流动性和强度
41111 矿物掺合料种类的影响比较抗压强度可发现,矿渣对混凝土的3d强度有较大
的促进作用,而对28d强度的贡献作用不如粉煤灰。41112 矿物掺合料掺量的影响由图1可知,单掺粉煤灰混凝土的流动性随粉煤灰掺量的增加而增大。由图2可知,随粉煤灰掺量的增加,混凝土3d强度不断下降,28d强度先是上升而后下降,说明存在一个最佳掺加量。
比较表2中1#、4#、5#可知,在取代率为30%的条件下,加入Ⅰ级粉煤灰和磨细矿渣后,拌合物的流动性均得到明显改善,粉煤灰的改善程度更优于矿渣。
图1 矿物掺合料掺量对流动性的影响图2 矿物掺合料掺量对抗压强度的影响
41113 掺加方式的影响
迟。如掺10%粉煤灰(2#)在29h达到最高温度4013℃,最大放热速率为27180J/h・g,3d水化热为28711J/g;而掺20%粉粉煤灰(3#)38h才达到最高温
比较4#、5#、6#、可知,在取代率为30%的条件
下,双掺10%粉煤灰+20%矿渣拌合物的流动性均大于单掺粉煤灰和单掺矿渣,3d强度尽管稍低于单掺矿渣混凝土,但远高于单掺粉煤灰混凝土,并且随着龄期的增长,强度迅速增加,到28d时其抗压强度均高于单掺粉煤灰和矿渣,表现出良好的后期增长趋势。412 胶结材浆体的水化热矿物掺合料是制备高强混凝土不可缺少的组分,它的加入可以明显降低胶结材的水化热,但是矿物掺合料的种类、掺量及掺加方式的不同,其水化放热过程差别很大。 从图3,4可以看出:粉煤灰掺加到水泥中,在一定范围内随着掺量的增加,最高温度、最大放热速率及3d水化热显著降低,达到最高温度的时间也向后延
度3614℃,最大放热速率仅为22115J/h・g,3d水化热为26912J/g。但是当掺量超过一定值后,水化放热量、放热速率和最大温度却有所上升,这与文献[4]的观点不一致。如掺加30%粉煤灰(4#)3d水化热为34917J/g,最大放热速率为28117J/g,最大温度为4216℃,比掺20%的3#样分别高8015J/g、6102J/h・g、612℃。出现这种现象的原因可能是由于
粉煤灰的火山灰反应进展迟缓,在早期对水泥颗粒主要起稀释作用,提高了水泥的实际水灰比,从而改善了水泥水化环境,水泥快速水化,放出大量的热。这种现象只有在低水胶比的高强混凝土中才有可能出现。
矿渣取代部分水泥后,水化热、放热速率、最高温度
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都有所降低。如矿渣取代量为30%的5#样3d水化热、最大放热速率、最高温度分别为29818J/g、20188J/h・g、
3710℃,而不掺矿渣的1#样相应的值分别为32614J/g、47160J/h・g、4713℃。
图3 胶结材浆体的时间2温度曲线图4 胶结材浆体的时间2放热速率曲线
双掺粉煤灰和矿渣(6#)的3d水化热和最高温度明显低于空白样和单掺样,达到最高温度所需时间也明显延长,并且曲线下降缓慢。也就是说,当混凝土内部降温时,产生的温度梯度较小,从而在一定程度上可以减小温度应力裂纹出现的机率。
早期强度偏低的缺陷,并且后期强度也不断增大。
(2)矿渣掺合料尤其是双掺可以明显降低水泥浆体的水化放热量和最高温度,推迟达到最高温度的时间。
(3)利用双掺粉煤灰+矿渣改善混凝土流动性、提高早期强度及降低水化热的作用,制备出了高强低热泵送混凝土,并成功应用于工程实践。
[参考文献]
[1]F.DeLarrad,ProceedingsofHigh2StrengthConcrete.Lille2
hammerNorway,June,1993:20～24.
[2]屈中志.世界商品混凝土的发展与环保问题.建筑技术.
1993,30(5):345～347.
[3]Wang,C.andDilger,W.H.,ThermalCrackinginConcreteat
EarlyAges.Predictionoftemperaturedistributioninhardeningconcrete,E&FNSpon,London,21～28.
[4]沈旦申.粉煤灰混凝土.北京:中国铁道出版社,19:198.[作者简介] 胡曙光(1957-),男,教授。[单位地址] 湖北省武汉市湖北大学(430062)[联系电话]
5 工程应用
对6#方案进行适当调整:(1)胶材用量由567kg/
m3增加到600kg/m3;(2)外加剂掺加采用二次掺加法:先在搅拌站加入1105%减水剂,当搅拌车到达桥头时,再加入0115%减水剂。然后用于武汉市江汉三桥的钢管混凝土。现场施工效果良好,没有发生堵管现象,对现场留样进行抗压强度检测,达到C60标号,用超声波检测管内混凝土密实度,未发现裂缝。
6 结 论
(1)双掺粉煤灰+矿渣可以明显地改善低水胶比
混凝土拌合物的流动性,同时也弥补了大掺量粉煤灰
ResearchonHighStrengthLowHeatPumpConcrete
HuShu2guang1, ZhangYun2sheng, GuanBin2jun2
(11HubeiUniversity; 21WuhanUniversityofTechnology)
〔Abstract〕 Thispaperstudiedtheeffectofminderadmixturesonmechanical,fluidityandhydrationexothemicperformance.Accordingtotheresults,doubleaddingflyashandslagnotonlygreatlyimprovedthefluidityofconcretemixtureatlowwater2binder,compensatedthelowearlystrengthcausedbyhighcontentflyash,andthelatestrengthalsocontinuouslyincreased,butalsomarkedlyreducedthehydrationexothemicheat,highesttemperature,andpost2ponedthearrivaltimeofthehighesttemperature.Inthisway,highstrengthlowheatpumpconcretewaspreparedandappliedtoengineeringpracticesuccessfully. 〔Keywords〕 doubleadding; highstrength; pump; lowheat; concrete・22・
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