客运专线高强混凝土

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由于高强混凝土的多组分特点,鲍罗米水灰比定则不 再适用,目前还没有成熟的配合比设计方法,只能参照 有关资料或经验,通过对比试验来确定。对重要工程应 采用正交设计来确定配合比。下面介绍两个有关配合比 设计的方法,仅供参考:
配合比设计方法Ⅰ
(1).计算配制强度:按普通混凝土配制强度计算公式 计算,式中б取6MPa。
二、原材料
(一)水泥 1.品种:应首选硅酸盐水泥,有利于提高强度, 如果设计强度不很高,普通水泥、矿渣水泥也能满 足要求。 2.矿物成分: C3A 的含量不宜超过8%, C3S含量 比较低的水泥更适合高强混凝土。 3.强度等级:水泥强度等级应不低于42.5MPa 4.应选用需水量小(依据标准稠度判断)、水化 热小的水泥。
掺外加剂混凝土性能试验项目 (GB 8076——1997) 表6
项目
减水率(%)不小于 泌水率比(%)不小于 含气量(%) 凝结时间差(min) 初凝
终凝 抗压强度比(%)不 1d 小于
3d 7d 28d 收缩率比(%)不大 28d 于 氯离子含量
高效减水剂
缓凝高效减水剂
一等 品
12
合格 品
10
一等 品
粉煤灰的质量标准 表2
序号
指标

1
细度(0.045mm方
12
孔筛)
(%) 不大于
2 需水比(%) 不大
95

3 烧失量(%) 不大
5

4 含水量(%) 不大
1

5
三氧化硫(%) 不
3
大于
级别 Ⅱ 20
105 8 1 3
Ⅲ 45
115 15 不规定 3
2.硅灰
特性:硅灰含有90%以上的SiO2,细度约为20m2/g~ 25m2/g,粒径比水泥小两个数量级,掺硅灰混凝土抗压 强度可达80MPa~120MPa。
1.细集料 细集料的粗细种类、级配应由其对混凝土需水量的影
响确定,由于高强混凝土的水泥用量比较大,还有矿物粉 料,以应用粗砂为宜。用细度模数小于2.5的砂拌制的混凝 土显得粘稠,难于捣实,应用细度模数大于2.7的粗砂, 可获得最好的和易性和最高的强度。
由于高强混凝土含有较多的胶凝材料,与普通混凝土 比较,集料级配就显得不那么重要了,但增加砂的细度模 数是有益的,细集料中细粒级部分应该少一些,质量应满 足Ⅰ类砂(C60以上混凝土)或Ⅱ类砂(C50混凝土)的技 术要求。
0.83
0.54 0.97 1.90
3. 磨细矿物粉料
主要有磨细沸石岩粉末、磨细矿渣粉末等。 (1)沸石岩粉 由清华大学研制的F矿粉就是用沸石岩和其它无机物 磨细而成,对改善混凝土拌和物的流动性、强度和耐久 性都有效果。市场上有供应。沸石粉的质量要求见表4。
(2)高炉矿渣粉 高炉矿渣磨细到8000cm2/g~12000cm2/g,取代等量 水泥加入混凝土中,有非常显著的增强效果,并能减小 拌和物坍落度的经时损失,降低水化热,增强混凝土的 密实性。高炉矿渣的技术要求见表5。
12
合格 品
10
90
95
100
≤3
≤4
<4.5
+90~+120
>+90
-
-
-
-
-
115
110
125
120
115
110
125
115
110
105
120
110
135
135
应说明对钢筋有无锈蚀危害
引气剂
一等 品
6
合格 品
6
70
80
≥3
-90~+120
-
-
95
80
95
80
90
80
135
四、高强混凝土施工
高强混凝土与普通混凝土相比,其变化主要在原材料的选用和配合 比设计上,对施工工艺主要是严格要求,一般应注意下列问题:
沸石粉的质量要求(GB) 表4
序号
指标
级别



1
吸铵值
130
100
90
(meq/g)
不小于
2
0. 08mm方孔筛筛
4
10
15
余(%)
不大于
3 水泥胶砂需水比(%)
125
120
120
不大于
4
28d水泥胶砂抗压强
75
70
62
度比(%) 不小

高炉矿渣的技术要求(GB/T18046—2000) 表5
缓凝剂的掺量需要根据温度变化进行调整,温度升高 会降低混凝土的后期强度,掺加缓凝剂可缓和温度升高引 起的混凝土强度的变化,
3.早强剂
没有特别的早强要求时,高强混凝土一般不用早强剂。 早强剂能加快强度发展,但一般会降低混凝土后期强度。
4.引气剂 引气剂增加混凝土的抗冻性但会降低强度,除非混凝
土有抗冻要求,否则不必掺加引气剂,高强混凝土的低水 灰比和高强度,空气含量较普通混凝土会适当降低。
项目
级别
S105
S95
S75
密度(g/cm3) 不小于
2.8
比表面积(m2/kg) 不小于
350
活性指数(%) 7d
不小于 28d
95
75
55
105
95
75
流动度比(%) 不小于
85
90
95
含水量(%) 不大于
1.0
三氧化硫(%) 不大于
4.0
氯离子(%) 不大于
0.02
烧失量(%) 不大于
3.0
(四)集 料
分拌和均匀,采用后加法加入高效减水剂,可使高效减水剂
减 水 作 用 增 高 , 使 混 凝 土 流 动 性 增 加 。 在 温 度 低 于 8℃ ~ 10℃时,高效减水剂虽能增加和易性,但增加强度的作用大 大降低,此时应同时掺加高效减水剂和早强剂,夏季则宜同 时掺加高效减水剂和缓凝剂。
2.缓凝剂:
不同产地硅灰的化学成分(%) 表3
产地
SiO2
Al2O3 Fe2O3 TiO2
DaO
MgO
烧失 量
西宁 90.99 0.99
2.01
0.15
0.81
1.17
2.95
唐山 92.16 0.44
0.27
0.94 0.37 0.63
北京 90.10 0.90
0.94
0.65
0.11
3.54
上海 94.50 0.27
(1).计算胶结材料用量:试配强度为75MPa,用水量取 160kg/m3,其体积为0.16m3,若浆体中约有2%的空气,其 体积为0.02m3,这样在35%体积(或0.35m3)的浆体中,胶 结材料总体积为0.17m3;
将胶结料总体积的25%用粉煤灰代替,则粉煤灰体积为 0.0425m3,乘粉煤灰的密度2500kg/m3,得粉煤灰质量为 106kg/m3,水泥占胶结料 75%,其体积为0.1275m3,乘水 泥密度3140kg/m3,得水泥质量为400kg/m3;
(2).确定水灰(胶)比:对C50、C60级混凝土,水 灰(胶)比来自百度文库控制在0.24~0.38范围内,强度等级越高, 水灰(胶)比应越小,对C80混凝土水灰(胶)比最好小 于0.30。
(3).确定砂率:较低的砂率可以充分发挥粗集料的骨 架作用,也可以降低水泥用量和用水量。高强混凝土的 砂率一般宜在28%~34%范围内,采用泵送时可为32%~ 40%。从理论上讲,应是强度等级越高,砂率越低。
(2)计算集料用量:集料的体积占混凝土总体积的65%, 若取砂率为0.4,则在每1立方米混凝土中,细集料体积为 0.26m3,乘细集料的表观密度2654 kg/m3,得细集料的质量 为690kg/m3,粗集料体积为0.39m3,乘粗集料的表观密度 2692 kg/m3,得粗集料的质量为1050kg/m3。
作用:增强、改善微观结构,提高耐久性。 掺量:硅灰的需水量比水泥大,掺加硅灰可使混凝土变 得粘稠,和易性降低。在极高的和易性的条件下,适当掺 加(1%~3%)硅灰的混凝土拌和物仍具有良好的稳定性 和可泵性, 掺硅灰混凝土特性:电导率低、氯离子渗透性很小,可 防止钢筋锈蚀。 质量标准:硅灰目前还未看到技术标准,表3是不同产 地硅灰的化学成分。
(二)外加剂
1.作用:增加强度,延缓凝结或提高混凝土耐久性。 2.品种:常用的外加剂品种有缓凝高效减水剂,高效减水 剂,缓凝剂,引气剂和早强剂等。上述外加剂可以单独使用, 也可以根据实际情况,有选择地复合使用。 3.在选用外加剂时应考虑的几个因素: (1)首先要考虑外加剂和水泥的适应(相容)性,可以 通过减水率和增强的效果来简单判断。 (2)外加剂的选用必须要用工程实际使用的材料经过试 验确定。 (3)检查外加剂对增加强度,延缓凝结时间,加快强度 发展,提高耐久性等方面是否能满足工程要求。 (4)减水剂的掺量不能过大,这一点在订货时要特别注 意,防止将有害物质(如碱)带如混凝土中。
2.粗集料
最大粒径:不大于25mm的粗集料可获得良好的抗压 强度,配制C70~C80的混凝土时应选用粒径小于20mm的 碎石,对于C60~C70的混凝土,最大粒径可到25mm。
粒形:粒形接近立方体、有棱角、针、片状颗粒含量 小。质量应满足Ⅰ类碎石(C60以上混凝土)或Ⅱ类碎石 (C50混凝土)的技术要求。
(3).高效减水剂掺量:胶结料总量为506kg/m3,取高 效减水剂掺量为胶结料的1%,即5kg/m3。
(4).水灰(胶)比:水胶比为0.316,水灰比0.4 3. 配合比实验室调整
初步配合比确定后,应进行试拌调整,除调整和易性、复 核强度外,还应与基准配合比相比较,进行表6所列项目的 试验。以评价掺外加剂后混凝土的性能。
1.高效减水剂
高效减水剂主要有两大类: a.磺化焦油系减水剂,产品有NF、EDN、 UNF、WF、SN2等; b.树脂系减水剂,如SM等,因价格较贵,很少使用。
掺高效减水剂后,混凝土坍落度损失加快,在加入高效 减水剂的同时掺加缓凝剂,或使用缓凝高效减水剂,或某些 低坍落度损失的高效减水剂。高效减水剂既可用于增加强度 ,也可用来同时增加混凝土的流动性。掺加高效减水剂要充
(4).确定砂、石用量:用绝对体积法或假定密度法计 算。
配合比设计方法Ⅱ
该方法认为水泥浆占混凝土体积的35%为最优,还认为 高强混凝土的强度与用水量成线性关系,平均强度为75、 85、100、115MPa的混凝土,用水量依次为160、150、140、 130kg/m3。以试配强度为75MPa说明计算方法。
1)品种:常用的缓凝减水剂和缓凝剂有含糖量较高的 木质素磺酸钙,糖密,柠檬酸,蔗糖,多糖,羟基羧酸和 磷酸盐等。
2)作用:掺加缓凝剂有利于控制早期水化。结构复杂 或配筋密集的构件,常会影响混凝土的浇筑速度,掺加缓 凝剂有利于避免形成冷缝,方便施工安排。
3)掺量:一般来说,用低掺量的缓凝剂会延缓混凝土 凝结,也不影响混凝土的强度,掺量大时虽延缓凝结时间 较长,但降低早期强度。
5.质量标准 外加剂的质量应符合表1的要求。在生产厂提供出厂检验 报告单,并出据产品鉴定证书及使用说明的前提下,外加 剂的匀质性试验可免做。
外加剂的匀质性指标(GB8076—1997) 表1
项目 含固量或含水量
密度 氯离子含量 水泥净浆流动性 细度 pH 表面张力 还原糖分 总碱量(Na2O+0.658K2O) 硫酸钠 泡沫性能 砂浆减水率
(三)矿物掺合料
作用:增加强度、减少用水量、改善和易性、改善微观 结构、降低水化热、提高耐久性等。
1.粉煤灰 作用:能有效地提高混凝土的抗渗性,并有显著的减 水作用,有利于改善拌和物的和易性。 掺量:不超过水泥质量的25%,过多会严重削弱混凝土 的早期强度,应经过比较试验确定。 质量标准:符合国家标准《粉煤灰混凝土应用技术规范 》(GB146—90)的要求(见表2),最好用一级灰,烧失量 小,有较小的细度,质量均匀,高火山灰活性,并且与工 程所用材料相适应。
强度:理想的粗集料应是石灰岩碎石,母岩的抗压 强度不应小于混凝土强度的1.5-2倍。
强度:考虑到连续级配能改善混凝土的和易性,一 般仍采用连续级配,但间断级配对提高强度有利。
三、配合比设计
与普通混凝土相比,高强混凝土在配合比方面的区别 是低水灰比、多组分。降低水灰比是提高混凝土密实度、 达到高强的主要途径。但降低水灰比对和易性有不利影 响,而提高和易性的途径是掺用高效减水剂,并通过掺 加粉煤灰、硅灰等矿物掺合料改善拌和物的和易性和混 凝土的微观结构。
指标 a. 对液体外加剂,应在生产厂所控制值的相对量的3%以内; b. 对固体外加剂,应在生产厂所控制值的相对量的5%以内。 对液体外加剂,应在生产厂所控制值的±0.02g/m3之内 应在生产厂所控制值的相对量的5%以内 应在生产控制值的95% 0.315mm筛筛余应小于15% 应在生产厂所控制值的±1之内 应在生产厂所控制值的±1.5之内 应在生产厂所控制值的±3之内 应在生产厂所控制值的相对量的5%之内 应在生产厂所控制值的相对量的5%之内 应在生产厂所控制值的相对量的5%之内 应在生产厂所控制值的±1.5之内
1.严控进场原材料的质量,定期进行测试,尤其砂、石含水量。 2.各种原材料计量必须准确,尤其严格控制用水量。 3.应采用强制式混凝土搅拌机拌和,搅拌时间可适当延长。
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