您的位置:主页 > 涂料助剂 > 增稠剂 >

“高性能混凝土不 是设计出来的

日期:2019-07-11 18:30

  混凝土界一般把强度等级C60及以上等级的混凝土称为高强混凝土,把C100及以上强度等级的混凝土称为超高强混凝土;泵送高度超过200m的混凝土,称为超高层泵送混凝土。高强、超高强且泵送高度大于200m的超高层泵送混凝土,由于水胶比低,单方混凝土中的总胶凝材料用量较多,混凝土粘度较大,因此泵送压力较高,泵送施工较为困难,给整个施工浇筑过程带来一系列技术难题。本文就由小编为广大砼人提供一些在解决高强超高强混凝土粘度方面的心得体会,供大家参考。

  水泥浆体中,相邻水泥颗粒上带有相反电荷,由于静电引力的作用,引起水泥颗粒发生絮凝。水泥浆体中大量的水被絮凝体所包裹,剩余的自由水的多少决定了水泥浆或混凝土的流动性。高强、超高强混凝土水胶比很低,单方混凝土中水泥用量高,单方用水量小,因此,混凝土体系中水泥絮凝的现象更加突出,混凝土更加粘重,如果没有高性能的分散剂,要使混凝土具有良好的流动性和可泵性,几乎是不可能的。

  此外,混凝土的粘度与混凝土体系中颗粒之间的水膜层厚度有密切的关系,颗粒表面水膜层厚度越大,混凝土粘度越低。高强、超高强混凝土有着较低的水胶比,颗粒表面水膜层厚度较小,导致混凝土粘度较高。

  另一方面,混凝土粘度还与其堆积密度和颗粒的总比表面积有关,高强、超高强混凝土堆积密度大、密实度较高,同时由于单方混凝土胶凝材料多、石子颗粒粒径较小,总比表面积大,也导致了混凝土粘度增大。

  混凝土工程具体要求该项目位于贵阳市,由东西两座塔楼构成,总建筑面积约82.7万㎡,两塔建筑高度和结构高度分别均为406m和345m,顶部天线亿元,建成后将成为名副其实的云贵第一高楼。其中,东塔C100混凝土要求的泵送高度是331米,泵管长600余米,浇筑部位为剪力墙,混凝土拌合物技术指标要求如表1。表1 东塔C100超高层(泵送高度331m)泵送混凝土技术要求

  该项目要求混凝土流动性好、包裹性好、粘度适中(相当于C30~C40混凝土的粘度),满足超高层泵送混凝土性能要求。混凝土硬化后体积稳定、无裂缝,各项性能符合要求,耐久性指标要求56d电通量≤1000C。为满足以上技术要求,同时解决超高强超高层机制山砂泵送混凝土粘度大、坍落度损失大、混凝土容易离析泌水堵管的技术难题,经过多次的试验和优化,最终选定了混凝土原材料,确定了最优化的混凝土配合比和最优化的高性能减水剂。在现场试泵过程中,一举试泵到顶,创下全国C100机制山砂混凝土泵送高度新纪录。

  在本案例中,在混凝土粘度大这个问题上,我们的主要思路是从优选混凝土原材料、混凝土配合比优化和外加剂优化三个方面来解决。

  C100超高强混凝土,要达到强度要求,水胶比必须足够低,同时还要严格控制胶凝材料总量,防止胶凝材料过多产生裂缝。大量试验已经证明,硅粉对提高混凝土强度很有帮助,可利用硅粉的超细比表面积和活性高的特性替代一部分水泥,可有效提高混凝土强度,降低水泥用量。本案例中,我们选择了贵州本地产的亚纳米级的复合硅粉,吸水率比95%,比表面积1500㎡/kg。

  在粘度控制方面,可考虑掺入一定量的富含活性SiO2的高性能掺合料。高性能掺合料要求颗粒形状为全球形,全球状的“滚珠效应”,可降低水泥浆的剪切应力,降低混凝土或砂浆的塑性粘度;同时高性能掺合料的颗粒极细,与减水剂吸附产生叠加效果,吸附在水泥颗粒表面,减小水泥颗粒之间的相互作用力,释放出更多自由水,增大水膜层的厚度,也有助于降低混凝土粘度;此外,高性能掺合料全球状超细的特性对混凝土的泵送有较好的润滑改善作用,也可降低混凝土泵的泵送压力。本案例中,我们选择的高性能掺合料,28d活性指数109%,56d活性指数117%;比表面积3250㎡/kg,需水量比82%。

  水泥、砂石要优选,控制其不增加混凝土的粘度,如水泥在选择时,应尽量选用标准稠度用水量较小、比表面积适宜的水泥;砂石要控制其石粉含量在要求的范围内。本工程采用的是贵州本地产的水洗石灰岩机制砂和水洗石灰岩碎石,机制砂细度模数在2.7~3.1之间,石粉含量≤5%,碎石粒级为5~20mm,石粉含量≤0.5%。石粉含量低有助于减少混凝土单方用水量,减少胶凝材料用量,降低混凝土粘度。

  在优选了混凝土原材料之后,接下来要做的就是优化混凝土配合比了。没有米,“巧妇难为无米之炊”,但有了米,还得有“巧妇”。如果混凝土配合比设计不当,配制出的混凝土将无法满足工程技术要求。在设计混凝土配合比方面,关键控制点是:

  (1)控制单方混凝土胶凝材料总量不超过600kg,水胶比不超过0.26,单方用水量不超过156kg(含外加剂所含的水);

  (2)根据设计要求的混凝土容重2500m3/kg,再根据所选用砂石的实际情况,通过试验确定出最佳砂率;

  (3)试验不同比例的水泥、硅粉和高性能掺合料,按照表1的规定测试各项性能指标,最后根据测出的混凝土强度确定水泥、硅粉和高性能掺合料的最佳配伍比例。

  在选定原材料和混凝土配合比优化的过程中,外加剂的作用是不可或缺的。在混凝土试配调整的过程中,应根据试验情况,同时进行外加剂的优化工作。在混凝土试配过程中,当遇到混凝土配合比和外加剂的调整均无法满足表1要求的情况时,应考虑更换某种混凝土原材料,进一步优选原材料。

  高强超高强混凝土由于强度要求高,混凝土体系中胶凝材料总量大,混凝土单方用水量低,混凝土粘度大,本案例中还要求进行超高层泵送,因此,对外加剂的减水、分散、降粘功能提出了很高的要求。在本案例中,我们选择的高强超高强泵送混凝土专用聚羧酸高性能减水剂。该型减水剂配方通过本案工程混凝土试配确定,减水率高达38%,配方中选用减水降粘型聚羧酸高性能减水剂母液和聚羧酸高性能保坍剂加以复配,并复合了公司自主研发的高性能稳泡剂、高性能引气剂和粘度调节剂。具体的解决方案如图5所示。

  当聚羧酸减水剂加入到混凝土体系中后,水泥颗粒表面的Zeta电位几乎无变化,水泥颗粒之间的静电斥力作用很弱,聚羧酸减水剂对于水泥颗粒的分散作用完全依赖于聚羧酸分子结构中较长的聚醚侧链。

  当聚羧酸减水剂吸附于水泥颗粒上时,其聚醚(PEO)长侧链能形成立体交叉,阻碍水泥颗粒的相互接近,形成空间阻隔。这样加入高性能聚羧酸减水剂,就可使更多的自由水从水泥浆体中释放出来,从而增加混凝土的流动性;另一方面,因严格控制了砂石材料的含泥量,大大减少了泥对聚羧酸减水剂的吸附,让聚羧酸高性能减水剂的分散功能得以充分发挥,保证了混凝土良好的流动性。

  高性能引气剂能引入大量的大小均匀的微气泡,高性能稳泡剂则可有效控制混凝土气泡的结构和稳定性,这些微气泡如同滚珠一样,可减少水泥颗粒之间、骨料颗粒之间的摩擦阻力,从而降低混凝土的粘度,提升混凝土的工作性能。

  粘度调节剂是一种用来提高水泥基胶凝材料体系的凝聚和稳定的水溶性有机高分子聚合物,其作用机理是:在混凝土中掺入粘度调节剂,其能够有效地克服浆体的屈服应力和塑性粘度之间的“矛盾”,使混凝土在具有一定粘度的同时,也具有较好的流动性。

  经过优选复配而成的高性能减水剂减水率高、分散效果好、降粘效果显著,很好地解决了本工程C100混凝土粘度过大的问题。

  “高性能混凝土不是设计出来的,而是制造出来的。”这一句话在某种程度上虽然不是很正确,但也有一定道理。高性能混凝土设计得再好,如果生产制造过程粗放,最后打出来的混凝土也是无法满足要求的。

  高强超高强高性能混凝土要保证质量,其生产全过程应实行精细化管理:从原材料进厂、生产搅拌、运输、泵送、浇筑,到后期的养护等各个过程都应进行严密监控。

  特别需要强调的一点是:高强混凝土由于水胶比低,胶凝材料用量大,过短的搅拌时间难以保证搅拌均匀,无法正常发挥减水剂各组份的功效,因此在搅拌过程中,应比普通混凝土延长搅拌时间30s-60s。《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011表7.4.4规定了混凝土搅拌的最短时间,要求当混凝土坍落度≥100mm时,强制式搅拌机的搅拌时间最短为60s。当掺有外加剂与矿物掺合料时,搅拌时间应适当延长。

  高强超高强混凝土粘度大是普遍的现象,要解决这个问题,不能指望单靠某一单方面的工作就能完成,必须依靠混凝土原材料的优选和严格的原材料进厂控制、优异的高性能减水剂、严格的生产控制,才能顺利浇筑混凝土,保证高强超高强混凝土的质量。