模板衬里改善表层混凝土质量的机理研究.pdf
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1、第 1 4卷第 4期 2 0 1 1年 8月 建筑材料学报 j oURNAL OF BUI L DI NG MATE RI ALS Vo 1 1 4。 NO 4 Au g, 2 01 1 文章编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 5 1 2 0 5 模 板衬里改善表层混凝土质量 的机理研 究 郭保 林 ( 山东高速青岛公路有限公司 ,山东 青岛 2 6 6 0 6 1 ) 摘要 :测试 了不 同侧压下蓄水型模板衬里的持水能力、 水泥净浆及砂 浆的养护用水量 以及不同龄 期 混凝土的表面硬度 , 探讨 了模板衬里改善表层混凝土质量的作 用机理 结果表 明
2、: 采 用蓄水型模 板衬里可实现混凝土的持续保湿养护 ; 模板衬里对早龄期混凝土表面硬度 的提 高明显高于较长龄 期混凝土表 面硬度 模板衬里促使排 水排 气过程 中胶 凝材料 细微颗粒 向混凝土表层 富集, 使得表 层混凝土中胶凝材料的早期水化程度 高, 同时又不 间断地保 湿养护表层混凝土, 从 而改善 了袁 层 混 凝 土的质 量 关键词 : 模板衬里;表层 混凝土 ; 持水能力 ; 保湿养护 中图分 类号 : T U5 2 8 0 文 献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 0 4 0 1 5 Re
3、 s e a r c h o n M e c ha ni s m o f S u r f a c e Co n c r e t e Pr o p e r t i e s I mp r o v e d b y C o n t r o l l e d P e r me a b l e F o r mwo r k L i n e r ( C P F L) GU0 Bao l i n ( S h a n d o n g Hi - S p e e d Qi n g d a o Ex p r e s s wa y Co ,Lt d ,Qi n g d a o 2 6 6 0 6 1 ,Ch i n a )
4、 Ab s t r a c t :W a t e r r e t a i ni ng a b i l i t y o f i mpo und i n g t y pe c o nt r o l l e d p e r m e a bl e f o r m wo r k l i ne r( CPFL) un de r di f f e r e nt l a t e r a l pr e s s u r e , wa t e r r e q ui r e m e nt o f c e me nt p as t e a nd mo r t a r i n c ur i n g pr o c e s
5、s,a n d c o nc r e t e s u r f a c e h a r dne s s a t di f f e r e n t a ge we r e me a s ur e d, a n d t he m e c ha ni s m of s u r f a c e c o nc r e t e pr o pe r t i e s i m p r o v e d b y C PF L wa s r e s e a r c h e d Te s t r e s u l t s s h o w t h a t l a s t i n g mo i s t u r e c u r
6、i n g o f c o n c r e t e c a n b e r e a l i z e d wi t h i mpo un di n g t yp e CPFLThe i m p r o ve m e nt d e g r e e o f c o nc r e t e s ur f a c e ha r d ne s s a t e a r l y a g e i s mor e r e m a r k a bl e t ha n a t l o ng e r a g e b y u s i n g CPFLI n t he p r oc e s s o f d r a i n a
7、 g e o f wa t e r a nd a i r o ut of c on c r e t e s ur f a c e,CPFL c o ul d i mpe l t he f i ne r p a r t i c l e s o f c e me nt i t i o us m a t e r i a l s mi gr a t e t o wa r d s c o nc r e t e s u r f a c e, m a ke t he c e m e nt i t i ou s ma t e r i a l s hyd r a t e f a s t , a n d ke e
8、 p moi s t u r e of s ur f a c e c o nc r e t e f or s ome da y s,S O i t c a n i m p r ov e t he p r op e r t i e s of s ur f a c e c o n c r e t e Ke y wo r d s:c o nt r o l l e d pe r me a b l e f o r m wor k l i ne r;s ur f a c e c o nc r e t e;wa t e r r e t a i ni ng a bi l i t y;moi s t ur e
9、C U r i n g - 混凝土结构劣化失效的主要原 因是钢筋锈蚀 , 混凝土结构中钢筋的混凝土保护层对于保护钢筋延 缓其锈 蚀 的开 始至 关重 要 按 Me h t a 1 的论 述 , 凡 是 组成 良好并经适当捣 固和养护 的混凝土 , 只要 内部 孔隙和微裂缝 尚未形成相互 连接而直达表 面 的通 道 , 则基本上是水密性的; 结构的荷载 以及大气环境 的影 响 如冷 热交 替 、 干湿循 环 , 可使 这些 内部 微 裂缝 发展并传导 , 混凝土逐渐丧失水 密性 , 变成水饱 和, 侵蚀性介质趁势侵入 ; 在侵蚀性介质的作用下 , 钢筋 锈蚀膨胀 , 保护层混凝土开裂 , 钢筋有
10、效 断面缩小 , 这 就是 结构 物 功 能 劣化 的过 程 因此 凡 是 能 够 延 长 侵蚀性介质抵达钢筋表面时 间的措施 , 均可提高结 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 4 0 6 ;修订 日期: 2 O l o O g O 6 基金项 目: 山东省交通厅 科技项 目( 2 0 0 8 Y0 2 7 4 ) 第一作 者 : 郭保 林( 1 9 7 9 一 ) , 男 , 山东潍坊 人 , 山东高速青 岛公路有 限公 司工程师 , 硕士 E - ma i l : g b l i n 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 郭保
11、 林 : 模板衬 里改善表层混凝土质量 的机 理研 究 5 1 3 构 的耐 久性 目前 常 用 的技 术 措 施 主要 有 增 加 钢 筋 保护层厚度 、 提高保护层混凝土质量、 采用涂层 防护 结构物表面等 保护层厚度与涂层质量受现行规范、 混凝土特性 、 施工条件及施工进度要求等 的严重制 约 , 且我国现行设计规范规定的保护层厚度又远低 于发达 国家 引 近几年正是我 国基础设施建设 的高 峰期 , 可 以断定, 在相同使用年限内 , 我国混凝 土结 构大修次数必然多于发达 国家 , 维修 的投入势必会 成 为子 孙后 代沉 重 的负 担 从 目前 来 看 , 在 不 多增 加 保护层
12、厚度 的前提下, 提高保护层混凝土的质量 , 从 而延 长侵 蚀性 介 质 抵 达 钢筋 的 时 间 , 不失 为一 条 可 行 的出路 模 板 衬里 ( c o n t r o l l e d p e r me a b l e o r mwo r k l i n e r , 简称 C P F L) 是一种具有排水 、 透气功 能但基本 不容胶凝材料颗粒通过的有机纤维织物 使用模板 衬 里后 , 新 拌混 凝 土在 重力 、 振捣 以及 模 板衬 里 毛 细 作用下口 , 结构物表层混凝土中的空气泡 、 部分拌和 水 以及胶凝材料 的细微颗粒便会 向模板方 向移动 空气 泡在 接触 模 板 衬
13、 里 后 破 灭并 向 上方 排 出 , 部分 拌和水充满模板衬里的孔隙后向下流走并通过模板 接缝 排 出 工 程实 践表 明 , 使 用模 板衬 里 可 以显 著 改 善表层 混凝 土 的质量 , 如 提 高表层 混凝 土 的致密 性 、 抗 碳化能力 引、 表面硬度 、 抗磨耗性 、 抗 拉强度 、 抗氯离子侵入性 5 、 抗 冻性 能 等 自深 圳 盐 田港 工程 以来 , 模 板 衬 里 逐 渐 在 国 内重 大海 洋 工程如舟 山连岛工程 8 、 东海 大桥 、 杭州 湾跨海 大 桥 、 青 岛海湾 大桥 中得 到 推广应 用 , 并取 得 了 良好 的效 果 尽管 模板 衬里 在实
14、 体工 程 中已经 得 到 了广 泛应 用 , 但 对 其改善 表 层 混 凝 土 质 量 机 理 的认 识 尚 未取 得一致 , 对使用模板衬里之后混凝土 的长期性 能发 展 也众 说 不一 4 关于模板衬里对表层混凝土质量改善的作用机 理 , 最为人们普遍接受 的是降低混凝土水胶 比假说 和早 龄期 持续 保 湿 假 说 对 于 采 用 模 板 衬里 的模 板 体系 , 在混凝土浇筑时有拌和水渗出, 且随着混凝土 单 方用 水量 、 混 凝 土流动 性及 单次 浇 筑高度 的增 大 , 拌和水渗出量逐渐增大 , 由此有学者提出, 模板衬里 是通过降低表层混凝土的水胶比来改善表层混凝土 的质
15、量 7 , 1 0 - 1 1 另外 , 模板衬里 具有一定 的厚 度, 尽 管在新拌混凝土侧压作用下会发 生压缩变形 , 其仍 具有一定的蓄水能力 从混凝土中渗出的部分拌 和 水首先填充模板衬里 的孔隙使其水饱 和, 剩余 的水 通过模板衬里 的排水通道流出 存 留在模板衬里 中 的水为表层混凝土提供持续的保 湿养护 , 提高 表层 混凝 土早 龄期 ( 7 d龄 期 以前 ) 的水 化程 度 , 改善 胶凝 材料水化产物的孔 隙结构口 引 以低水胶比与大掺量矿物掺 和料 ( 如粉煤灰 和 磨细矿渣) 为特点的海工混凝土 , 其耐久性是经过大 量工程实例验证 了的, 但其对早龄期 的持续保
16、湿养 护要求异常严格 若无法做到浇筑后初始几 天的持 续保 湿 , 就不 可能 达 到预 期 的 耐久 性 口 然 而 , 海 上 施 工作业 环 境严酷 , 保 湿养 护 困难很 大 鉴 于模 板 衬 里具备的持续保湿功能 , 人们将其应用在海工混凝 土 中 然 而 , 模 板 衬 里 对 混 凝 土 表 面增 强 的效 果 如 何?模板衬里的作用机理究竟怎样?笔者就此进行 了探 索性 的试验 研究 1 原材料和 混凝 土配合 比 1 1 原 材 料 采用 山东山水集团 P I 5 2 5水泥 ( C) , 日 照电 厂 I级 粉 煤 灰 ( F A) , 青 岛家 棵 足 球 工 贸 有
17、限公 司 $ 9 5矿渣粉( S G) , 它们的基本性能分别见表 1 , 2 , 3 ; 粗集 料采 用 山东 沂水 5 1 0 mm 和 1 0 2 0 mm单 粒 级二级配石灰岩碎石( G( 5 1 0 ) , G( 1 0 - 2 0 ) ) , 其含泥量 为 0 3 ( 质量分数, 下同) , 表观密度为 2 7 0 0 k g ma ; 细集料 采用 青 岛莱 西 大 沽河 砂 ( s ) , 其 含 泥量 为 1 3 , 表观密度 为 2 6 4 0 k g m。 , 细度 模数为 2 9 ; 化学外加剂 为巴斯夫 Rh e o P l u s 3 2 6聚羧酸 系高效 减水剂(
18、 S P ) 和巴斯夫 Mi c r o Ai r 2 0 2松香热聚物类 引气剂 ( A E ) ; 拌和及养 护用水均 为青 岛 自来 水 ( W) 表 1 水泥基本性能 T a b l e 1 Pr o pe r t i e s o f c e me n t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 1 4 建筑材料学报 第 1 4卷 1 2混凝 土配合 比 混凝土配合 比见表 4 混凝土试件尺寸 、 振捣、 养护方法以及混凝土拌 表 4 混凝土配合 比 Ta b l e 4 M i x p r o po r t i o n o f c o n c r e t
19、e l 【 gm C FA S G W S G( 51 0) G( 1 02 O) S P AE 】 7 0 8 O 】 8 O 1 5 3 7 2 0 3 O O 7 】 0 4 3 0 0 6 4 和物主要性能指标检测均按 照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 进行 ; 混凝 土力学性能测试依照 GB T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( ( 普通混凝 土力学性能试验方法标准 进行 ; 混凝土 电通量测试 依据 AS TM C1 2 0 2 -0 5 I_ 】 4 进行 ; 混凝土冻融性能测 试依 据 AS TM C 6 6 6 0
20、 3 _ 】 阳进 行 混 凝 土 主 要 性 能 见表 5 表 5 混凝土主要性能 Ta b l e 5 M a i n p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e 2混凝土构件 的制作 为了模拟模板衬 里在实体结构 中的状态 , 成型 长度 、 高度和厚度分别为 1 4 0 0 , 8 0 0 , 2 5 0 mm 的混凝 土构件 模板采用钢模板 , 其 中一侧粘有模板衬里 , 另一侧无模板衬里 混凝土先采用 6 0 L单卧轴强制 式搅拌机搅拌 1 8 0 S , 再用直径 为 3 0 mm、 振动频率 为 1 8 O Hz 的振捣棒 振捣 3 0 S
21、混凝 土顶面保湿养 护 , 至 7 d龄期 时拆 模 , 然后将 其置 于室外 自然 环 境 中 3试验及结果分析 3 1 蓄水型模板衬里蓄水量的测试 试验 采 用 的 模 板 衬 里 有 中 国 T J 8 0 - MQ, 丹 麦 F o r mt e x , 日本 C D MAT 一 i 0 0 , 德 国 Z e md r a i n 和 C l a s s i c , 其 中具有 蓄水功 能 的仅 有 TJ 8 O - MQ 和 Fo r mt e x 若按 实体结构单次浇筑 4 m 高度计算 , 则最低部模板衬里受到的侧压约为 9 6 k P a 将 1 O片 1 0 0 mm1 0
22、 0 mm完全水饱和且常压下不 流水的蓄 水型模板衬里叠合在一起 , 然后测试不同侧压下 蓄 水 型 模 板 衬 里 的 蓄 水 量 , 结 果 见 图 1 图 1表 明 , TJ 8 O MQ 和 F o r mt e x 蓄水 型模 板衬 里 的最 小 蓄水 量 均 在 4 0 0 mL m 以上 0 2 4 4 8 7 2 La t e r a l p r e s s ur e k Pa 图 1 蓄水型模板衬 里在不 同侧压 F的蓄水量 F i g 1 W a t e r _ r e t a i n i n g a b i l i t y o f i mp o u n d i n g t
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