地铁车站C35抗渗防裂混凝土配合比优化设计及性能研究.pdf

2 0 1 1年 第 1 2期 (总 第 2 6 6 期 ) Nu m b e r 1 2 i n2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL T ECHNOLOGY 地铁车站 C 3 5抗渗防裂混凝土配合比优化设计 及性能研究 陶新 明，罗列 ( 福建省建筑科学研究院， 福建 福州 3 5 0 0 2 5 ) 摘要： 通过掺人缓凝高效减水剂、 优化碎石级配、 调整胶凝材料组成、 添加防裂组分等方式逐步提高或改善混凝土的各项性能 ， 使其 符合低碱、 抗渗、 防裂且便于施工的要求。 试验结果表明： 通过掺人缓凝高效减水剂可减少单位立方米用水量及降低 W C ， 提高混凝土的 抗压强度及抗渗等级； 优化碎石级配可以改善混凝土的泌水； 掺入粉煤灰或矿粉可以明显改善混凝土内部结构 ， 提高混凝土的抗渗性能； 添加抗裂硅质防水剂与阻裂纤维大大提高了混凝土的抗裂性能。 关键词： 抗渗；防裂；氯离子渗透；电通量；氯离子含量；总碱量 中图分类号： T U 5 2 8 0 6 2 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 2 0 1 1 9 0 4 Op t i mal m ix de s i gn and pr o per t i e s s t udy of s ubway s t at i on C3 5 an t i - c r a c k an d an t i -pe r mea bi l it y c onc r e t e T A O Xi n - mi n g， LUO Li e ( i a nAc a d e myo f B u i l d i n gR e a s e a r c h ， F u z h o u 3 5 0 0 2 5 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n c r e a s e do ri mp r o v e dg r a d u a l l y c o n c r e t e Sv a r i o u sp r o p e r t i e s t ome e t l o w- a l k a l i ， a n t i - pe r me a b i l i t y， ant i c r a c k a n d c o n v e n i e n tt o c o n s t r u c t b y i n c o r p o r a t i o n i n t o s e t r e t a r d i n g s u p e rpl a s t i c i z e r ， o p t i mi z in g ma c a d a m gra d a t i n g ， a d j u s t i n g c e me n t i n g ma t e ri a l c o mp o s i t i o n ， a d d i n g an t i - c r a c k c o mpo n e n t e t c me t h o d s T h e r e s ul t s s h o we d t h a t i t c a ll r e d u c e u n i l a t e r a l wa t e r c o n s u mp t i o n， d e c r e a s e W C an d i n c r e a s e c o n c r e t e S c o m p r e s s i v e s t r e n g t h， a n t i - p e r r n e a b i l i t y gr a d e b y i n c o rp o r a t i o n i n t o s e t r e t a r d i n g s u pe rp l a s t i c i z e r By o p t i mi z i n g ma c a d a m g r a da t i n g c a l l i mpr o v e c o n c r e t e S wa t e r b l e e d i n g B y a d d i n g fl y a s h o r o r e p o wd e r C an i mp r o v e o b v i o u s l y c o n c r e t e S i n t e r n a l s t r u c t u r e an d c o n c r e t e a n t i - p e r me a b i l i ty B y a dd i n g a n t i c r a c k s i l i c e o us wa t e r - p r o o f a g e n t an d fi b e r C an i mp r o v e c on c r e t e S an t i c r a c k p e r f o r ma n c e K e ywo r d s ： a n t i - p e r me a b i l i ty； a n t i c r a c k ； c h l o ri d ei o n p e n e t r a t i o n ； e l e c t r i c fl u x； c h l o r i d ei o n c o n t e n t ； t o t a l a l k a l i c o n t e n t 0 引言 地下混凝土结构与地表以下土壤相接触， 长期受地下水及 腐蚀介质的侵蚀 1 】 ， 如混凝土自身抵抗侵蚀的能力不足， 将严重 受到介质腐蚀， 从而影响其耐久性， 即无法保障其长期使用功 能。 提高混凝土的抗渗防裂能力， 减少其内部的连通孔隙及表面 裂缝的产生， 可有效阻碍地下水或腐蚀介质的侵蚀。 通过提高混 凝土密实度， 降低混凝土内部孔隙率或阻碍孔隙的连通均能有效 的提高混凝土抗渗能力， 但混凝土裂缝产生的原因比较复杂 ， 如混凝土原材料质量、 配合比、 内外温差、 施工及养护工艺、 碱一 集 料反应 、 碳化或氯离子渗透引起的钢筋锈蚀等 ， 本研究仅从原 材料控制及配合比优化着手， 以提高混凝土的抗渗防裂能力。 1 工程概 况及设计要 求 该工程为福州市地铁 1 号某站点地下室主体结构， 设计强 度等级为 C 3 5 ， 抗渗等级为 P 8 ， 防裂等级为 I 级 ， 设计坍落度为 ( 1 3 0 1 7 0 ) n l l T l ， 混凝土碱含量不大于 3 0 k g m 3 ， 混凝土氯离子 含量不大于胶凝材料的 0 1 ， 采用泵送方式施工。 2 原材料选择 ( 1 ) 水 ： 混凝土拌和用水， 选择不含影响水泥正常凝结 、 硬 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ o 6 - I 2 1 化或促进钢筋锈蚀的自来水。 ( 2 ) 水泥： 选择强度高、 水化热低 、 氯离子含量及碱含量低 的海螺牌 P O 4 2 5 R级水泥。 ( 3 ) 砂 ： 选择含泥量少 、 级配佳 、 无碱活性、 细度模数为 2 7 的闽江砂 。 ( 4 ) 碎石： 选择含泥量少、 无碱活性、 由5 1 0 n l l n 、 1 0 - 2 0 l l l m、 1 6 3 1 5 mm三种粒级的反击破碎石组成。 ( 5 ) 外加剂。 减水剂 ： 选择具有缓凝作用的高效减水剂。 防水剂： 选择抗裂硅质防水剂。 ( 6 ) 矿物掺合料。 粉煤灰： I I 级粉煤灰。 矿粉： $ 9 5 级矿粉。 上述原材料中氯离子含量、 碱含量详见表 1 所示。 ( 7 ) 纤维： 抗拉强度为4 5 5 MP a ， 直径为( 1 8 + 2 ) m， 长度为 ( 1 2 + 2 ) m l T l 的聚丙烯纤维。 3配合 比优化设计及性 能测试 3 1 混凝土配合 比初步设计 依据该工程的设计要求， 首先以设计强度 、 坍落度 、 抗渗 等级为设计主线 ， 以混凝土中氯离子含量、 总碱量为控制要素 ， 对混凝土配合比进行初步设计。 三组配合比中碎石 比例均为 5 - 1 0 I D 2 1 ： 1 0 2 0 n -l i n ： 1 6 3 1 5 mm= 3 ： 3 ： 4 ， B组相对 A组而言 ， 掺 l l 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 混凝土原材料的氯离子含量及碱含量 氯离子含量 碱含量 水 1 2 mg L 9mg L 水泥 0 0 1 0 0 0 5 6 砂0 0 0 0 8 0 碎石 O 0 0 0 6 0 减水剂 0 0 2 0 0 1 2 6 防水剂0 0 2 0 O 0 4 1 粉煤灰 0 0 2 0 0 O 8 1 矿粉 O 0 2 0 0 O 7 0 入了 1 5 的缓凝高效减剂， 不仅减少了单位立方米用水量， 而且 将 W C降低了0 0 3 ， C组在 B组的基础了增大了缓凝高效减 水剂的掺量， 为 1 8 ， 同时进一步降低了单位立方米用水量和 W C， 三组配合 比、 氯离子含量 、 碱含量详见表 2所示， 混凝土 性能详见表 3 所示。 表 2中数据显示， 混凝土中氯离子含量 、 碱含量均满足设 计要求。 掺入缓凝高效减水剂后 ， 可以明显减少水泥用量， 从而 降低混凝土中的碱含量， 还可以降低由水泥水化所产生的水化 热， 可以有效减小混凝土中碱一 骨料反应及水化热过高导致混 凝土裂缝产生的概率。 表 3中数据显示 ， 掺入缓凝型高效减水剂 后， 混凝土的凝结时间延长 ， 有助于水化热的延缓释放； 随着缓 凝高效减水剂量的增加， W C的降低， 混凝土常压泌水、 压力泌 水均有所减小， 2 8 d 抗压强度及抗渗等级均有所提高。 综合试 验结果分析， 相对 A、 B两组而言， C组配合比制作的混凝土性能 更佳。 3 2 优 化碎 石级 配设 计 C组配合比虽然优于 A、 B组 ， 但混凝土的常压泌水、 压力泌 水均较大 ， 不适宜泵送施工 J G J T 1 0 9 5 混凝土泵送施工技 术规程 中规定泵送混凝土压力泌水不宜超过 4 0 ， 为减小混 凝土的泌水 ， 本节试图通过调整碎石中各粒径的比 例 ， D组比例 为 5 1 0 mm： 1 0 2 0 mm： 1 6 3 1 5m m= 4 ： 3 ： 3 ， E组比例为 5 1 0n l i i l 2 1 0 2 0 n l n l ： 1 6 3 1 5 mm= 3 ：4 ： 3 ， C、 D、 E三组配合比相同， 混凝土 性能详见表 4所示。 特别指出的是 ， 混凝土性能测试结果中渗 水高度数据是混凝土抗渗试件在水压力为 0 8 MP a 作用下恒 定 2 4 h后测试所得。 表 2 混凝土配合 比及混凝土中氯离子含量 、 碱含量 配合比组别 坍落度 m m 初凝时间 m i n 终凝时间 m i n 常压泌水 压力泌水 2 8 d 抗压强度 MP a 2 8 d 渗水高度 m m 表 4中数据显示 ， E组配合比配制的混凝土常压泌水、 压 力泌水( 小于 4 0 ) 最小， 2 8 d抗压强度最高， 渗水高度最小， 可 见 E组中碎石比例最为合适。 3 _ 3 调整胶凝材料组成 大量的文献r 5 1 0 1 指出， 以一定量的矿物掺合料来取代水 泥 ， 可以大大的改善混凝土的性能， 如掺入矿物掺合料 ， 可以 减少水泥用量 ， 降低水泥水化热及延长水泥水化时间； 矿物掺 合料在水泥水化后期与水泥水化产物发生二次反应 ， 生成的产 物进一步填充混凝土内部孔隙， 以及自身的微填充效应 ， 可以 明显的改善混凝土孔隙结构 ， 提高混凝土强度及抗渗透性能。 表 5中F 、 G 、 H三组配合比中掺入不同的矿物掺合料， 其混凝 土性能详见表 6 所示， 由于掺入矿物掺合料后混凝土强度发展 有所滞后 ， 故抗压强度及抗渗性能测试龄期均为 5 6 d 。 图 1 - - 4 分别为 E、 F、 G、 H四组配合比制作的混凝土抗裂效果图， 该试 验方法及评定均依据 C C E S 0 1 -2 0 0 4 混凝土结构耐久性设计 与施工指南 。 表 6中数据显示， 掺人矿物掺合料后 ， 混凝土的坍落度有 所增加， 凝结时间有所延长 ， 泌水有所降低， 5 6 d抗压强度有一 定的提高 ， 渗水高度、 碳化深度 、 氯离子扩散系数、 电通量均有 所降低。 由图 1 可见， E组有较粗的裂纹， 平均开裂面积为 7 0 1 n ,l m2 ， 单 位面积裂缝数目为 1 3 9 根 m 2 ， 单位面积总开裂面积为9 7 4 mm2 m ， 抗裂性评价为 I I I 级。 由图2 可见， F 组有非常细的裂纹， 平均开裂面积为5 1 4 mm2 ， 单 表 5 混凝土配合比及混凝土中氯离子含量、 碱含量 1 20 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 5 I 组抗裂效果 图 图 6 J组抗裂效果图 抗裂性评价为 I 级 。 由图6 可见， J 组有非常细的裂纹， 平均开裂面积为3 6 4 mm2 ， 单 位面积裂缝数目 为 5 6根 m 2 ， 单位面积 开裂面积为2 0 4 m m2 m ， 抗裂性评价为 I 级。 4结论 ( 1 ) 通过掺入缓凝型高效减水剂， 大大减少了混凝土单位 立方米用水量和降低了W C， 不仅可以大大减少水泥用量、 混凝 土中氯离子含量 、 碱含量， 而且还可以提高混凝土抗压强度及 抗渗等级。 ( 2 ) 调整粗集料 的级配可以较大程度地减少混凝土的泌水 ， 从而保证混凝土具有 良好的可泵性 。 ( 3 ) 采用矿物掺合料取代部分水泥可以提高混凝土的抗压 强度、 抗渗性能( 抗水渗透、 抗 C O 渗透、 抗氯离子渗透) 。 ( 4 ) 掺入抗裂硅质防水剂或阻裂纤维可以明显改善混凝土 的抗裂性能， 同时掺入抗裂硅质防水剂与阻裂纤维对混凝土的 抗裂性能改善效果更佳。 ( 5 ) 通过掺入缓凝型高效防水剂、 优化碎石级配、 调整胶凝 材料组成、 添加防裂组分等方式可配制出符合设计要求的高抗 渗限裂混凝土。 参考文献 ： f 1 娄丽珍， 等 地下室混凝土墙裂缝渗漏的原因分析及处理万法l J I _建 筑科学， 2 0 0 7 ( 1 4 ) ： 7 8 【 2 】瞿云， 等 冈 筋混凝土结构裂缝产生原因与控制 J 今日科苑 ， 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 1 3 5 3 】韩恒梅， 等j 昆 凝土裂缝原因分析及控制措施叨煤炭技术， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 9 8 - 9 9 4 姬永生， 等 粉煤灰在水泥和混凝土中应用对改善混凝土细观结构 的对比试验研究 J 四川建筑科学研究， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 1 6 2 1 6 5 5 刘萍华， 等大掺量粉煤灰高性能混凝土试验研究f J 场州大学学报， 2 0 0 7 ( 1 ) ： 6 7 7 1 6 陈月顺， 等 粉煤灰掺量对混凝土抗渗性影响的研究fJ 】 新型建筑材 料， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 1 9 2 2 7 王稷良， 等 粉煤灰和矿粉对高强混凝土耐久性的影响f J 1 粉煤灰综 合利用 ， 2 0 o 7 ( 2 ) ： 3 1 3 3 8 张云升， 等 矿物掺合料对高性能混凝土浆体水化热的影响I J 1 河北 理工学院学报， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 4 8 5 2 9 胡瑞泉矿物掺合料抑制碱一 骨料反应的研究田研究与设计 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 21 - 2 4 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 陶新明( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 硕士研究生， 工程师， 从事建筑材料研 发及检测工作。 福建省福州市扬桥中路 1 6 2 号( 3 5 0 0 2 5 ) 1 3 9 5 0 2 8 8 41 7 - c # ： s s、 中联重科三桥底盘 6节臂 5 0 m泵车正式下线 2 0 1 1 年 1 2月 1 1日， 中联重科在工程机械高端制造领域再度发力， 系列化碳纤维臂架泵车主打产品之一： 三桥底盘 5 0 m碳纤 维臂架泵车， 即全球臂架最长的一款三桥底盘泵车正式下线并交付福建客户。这标志着中联重科碳纤维臂架泵车系列化又向前迈 出了坚实的一步， 碳纤维技术在中联重科的创导和引领下， 已经从超长臂架泵车向长臂架泵车覆盖， 进一步扩充至应用群体更为广 泛的中长臂架泵车， 碳纤维技术从遥不可及的高端， 来到了普通混凝土用户的身边。湖南省机械行管办主任陈丹萍， 总工程师何建 国， 中国工程机械工业协会名誉会长韩学松， 全国混凝土标准化委员会主任龙国键， 中联重科副总裁 、 混凝土机械公司总经理陈晓 非， 中联重科副总裁、 混凝土机械公司常务副总经理陈培亮等领导， 与 3 0余家媒体代表共同见证了这一重要时刻。 三桥 5 0 m泵车是中联重科融合 C I F A先进技术、 制造工艺， 结合中国客户需求开发的一款高端产品， 是全球三桥底盘最长臂架泵 车； 同时， 此款产品采用了中联专利的六节臂技术， 以其超强的实用价值， 完美展现了中联重科碳纤维技术引领全球泵车发展的新潮流。 为更大幅度提高三桥 5 0m泵车的实用价值， 中联重科又一次创行业先河， 将中联重科具有完全 自主知识产权， 并广受业界好 评的智能仿生六节臂技术应用在这款经典产品上， 使得 5 0 m泵车在臂架灵活性上又有了大幅提升。而且 ， 与传统的5节臂泵车有 效布料高度相比， 6节臂 5 0 m泵车有效布料高度足足提高了4 1T I ， 为用户创造了更多的泵车使用价值和盈利空间， 这不仅是泵车轴 长比的又一次跨越， 更是中联重科碳纤维技术打造泵车核心竞争力集中体现。 值得称道的是， 三桥 5 0 m泵车还全面应用了全球最先进的技术优势， 包括首次配置的变频减振技术 ， 使整车振动降低 5 0 ， 大 幅提升泵车的稳定性和使用寿命 ； C I F A外置连杆臂架技术 ， 臂架强度更高 ， 泵送稳定性更好 ； 碳纤维轻量化技术的应用 ， 使整车长 度缩短 2m以上 ， 支腿跨距缩小 2 0 ， 工作更灵活 ， 转弯半径更小， 场地适应性更好； C I F A技术的复合双层管使用寿命达 4 5 万 m ， 比国产同类产品寿命长 1 倍以上； 整机全功率智能匹配节能技术 ， 整机各子系统纳入动力控制系统， 实现整机功率匹配降低了油耗 达 1 0 ， 根据百度百科“ 汽车轻量化” 词条提供的资料 ， 汽车整车质量每减少 1 ， 百公里油耗可降低 0 7 。 可以说 ， 这款集合了碳纤维、 三桥底盘、 仿生 6节臂三大特点于一身的经典产品， 其宗 旨就是为客户创造更多的实用价值。新产 品下线当天 ， 福建龙岩某公司一次性订购了两台三桥 5 0 m泵车， 并表示还会继续追加订单， 该公司负责人说 ： “ 我们信任中联重科， 认可中联重科碳纤维臂架泵车的先进技术， 更相信碳纤维产品必将成为我们征战商混市场的一把利器 !” 从六桥 8 0 m， 到五桥 6 4 m， 再到三桥 5 0 m， 长久以来中联重科专注于长臂架的实用性研究和工程应用， 在长臂架泵车的稳定、 高效、 安全 、 灵活泵送上， 中联重科一步一个脚印， 前后研发了智能仿生 6 节臂专利技术、 三级伸缩 x支腿专利技术 、 2 0 0 方超大泵 送技术 、 碳纤维臂架技术等领先同行的技术， 将一个个不可能变成了可能， 用行动诠释了中国企业自主创新的勇气和不断超越的豪 迈 ， 一系列新产品的研发和投放市场， 标志着在中联重科“ 包容共享责任” 的企业文化主导下的中联 一 C I F A融合已经取得了全面的 成功， 也再次彰显了以中联为代表的中国工程机械企业融人国际的新姿态。 1 2 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m