低温升抗裂大体积混凝土设计与施工.pptx
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1、低温升抗裂大体积混凝土设计低温升抗裂大体积混凝土设计与施工与施工 汇 报 提 纲二一背景背景低温升抗裂大体积混凝土配低温升抗裂大体积混凝土配合比设计与应用合比设计与应用三大体积混凝土的温控措施大体积混凝土的温控措施 我国大体积混凝土施工规范我国大体积混凝土施工规范GB50496-2009中定义:中定义:“实体最小尺寸大于实体最小尺寸大于或等于或等于1m,或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导,或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土致有害裂缝产生的混凝土”一、研究背景一、研究背景承台承台塔柱实心段塔柱实心段锚碇锚碇封底封底l体积大,钢筋密,一
2、次浇筑量大、时间长。体积大,钢筋密,一次浇筑量大、时间长。大体积混凝土工程一次大体积混凝土工程一次性连续浇注混凝土几百方至几千方,施工时间长,工程条件复杂,施工性连续浇注混凝土几百方至几千方,施工时间长,工程条件复杂,施工工艺要求高工艺要求高,受环境影响大,要求混凝土具有良好的工作性(流动性好,受环境影响大,要求混凝土具有良好的工作性(流动性好,塌落度经时损失小,凝结时间长,不离析、泌水)塌落度经时损失小,凝结时间长,不离析、泌水).l水化温升高,温度场梯度大,极易产生裂缝。水化温升高,温度场梯度大,极易产生裂缝。大体积混凝土硬化期大体积混凝土硬化期间,由于水泥水化过程释放的水化热所产生的温度
3、变化和混凝土的收缩间,由于水泥水化过程释放的水化热所产生的温度变化和混凝土的收缩共同作用,由此而产生的温度应力和外约束拉应力,往往导致混凝土结共同作用,由此而产生的温度应力和外约束拉应力,往往导致混凝土结构出现有害裂缝。采取合理措施降低水化热,控制混凝土内外温差防止构出现有害裂缝。采取合理措施降低水化热,控制混凝土内外温差防止过大收缩是施工和管理质量控制工作的重点过大收缩是施工和管理质量控制工作的重点.大体积混凝土特点大体积混凝土特点大体积混凝土温度裂缝控制技术措施大体积混凝土温度裂缝控制技术措施大体积混凝土温度应力控制施工控制施工控制相变储能相变储能大体积混凝土大体积混凝土通过降低绝热温升通
4、过降低绝热温升减小减小T T控制温度裂缝的产生控制温度裂缝的产生配合比设计配合比设计外加剂(缓凝)外加剂(缓凝)使用优质矿物掺和料使用优质矿物掺和料优选水泥品种(低、中热)优选水泥品种(低、中热)控制混凝土入仓温度(加冰)控制混凝土入仓温度(加冰)预埋冷却水管、保温(控制温升、温差)预埋冷却水管、保温(控制温升、温差)分层浇筑(控制混凝土浇筑质量)分层浇筑(控制混凝土浇筑质量)温度及应力监测温度及应力监测石蜡相变体系石蜡相变体系膨润土膨润土+癸酸相变集料癸酸相变集料烷酸类相变微胶囊材料烷酸类相变微胶囊材料相变材料造价高 制备工艺复杂 力学性能大幅降低 施工控制不易I级粉煤灰适用于钢筋混凝土,级
5、粉煤灰适用于钢筋混凝土,II粉煤灰主要用于无筋混凝土粉煤灰主要用于无筋混凝土存在的问题存在的问题l根据施工规范(设计规范不统一),水泥用量较高,水化温升高,里表根据施工规范(设计规范不统一),水泥用量较高,水化温升高,里表温差大,产生温度应力导致混凝土开裂;温差大,产生温度应力导致混凝土开裂;粉煤灰不宜大于粉煤灰不宜大于40%,矿粉不宜大于,矿粉不宜大于50%,总掺量不宜大于总掺量不宜大于50%已不适宜工程实际,目前正在修订中华人民共和国行业标准中华人民共和国行业标准 铁建设铁建设2005160号号 铁路混凝土结构耐久性铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定设计暂行规定5 混凝土配合比混凝土配合比5
6、.1 一般规定一般规定5.1.1 C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400 kg/m3,C35C40混凝土不宜高于混凝土不宜高于450 kg/m3,C50及及以上混凝土不宜高于以上混凝土不宜高于500 kg/m3。5.1.2混凝土中宜适量掺加符合技术要求的粉煤灰、混凝土中宜适量掺加符合技术要求的粉煤灰、矿渣粉或硅灰等矿物掺和料。不同矿物掺和料的掺量矿渣粉或硅灰等矿物掺和料。不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的施工环境条件特点、拌和物性能、力应根据混凝土的施工环境条件特点、拌和物性能、力学性能以及耐久性要求通过试验确定。一般情况下,学性能以及耐久性要求通过试
7、验确定。一般情况下,矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%。当混。当混凝土中粉煤灰掺量大于凝土中粉煤灰掺量大于30%时,混凝土的水胶比不宜时,混凝土的水胶比不宜大于大于0.45。预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝。预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝土的粉煤灰的掺量不宜大于土的粉煤灰的掺量不宜大于30%。5.1.3混凝土中宜适量掺加能提高混凝土耐久性能的混凝土中宜适量掺加能提高混凝土耐久性能的外加剂,宜选用多功能复合外加剂。外加剂,宜选用多功能复合外加剂。5.1.4当骨料的碱当骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率在硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%0.20%时,
8、混凝土的碱含量应满足表时,混凝土的碱含量应满足表5.1.4的规定;当的规定;当骨料的砂浆棒膨胀率在骨料的砂浆棒膨胀率在0.20%0.30%时,除了混凝土时,除了混凝土的碱含量应满足表的碱含量应满足表5.1.4的规定外,的规定外,中华人民共和国铁道部中华人民共和国铁道部 发布发布矿物掺和料掺量不宜小于矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的胶凝材料总量的20%矿粉矿粉5080%,粉煤灰,粉煤灰2540%,双掺时,双掺时不超过不超过65%,碾压大体积混凝土粉煤灰掺量,碾压大体积混凝土粉煤灰掺量70%矿粉、粉煤灰、硅灰共计矿粉、粉煤灰、硅灰共计50%70%,硅灰含量不超过硅灰含量不超过5%l混凝土浇注后
9、的保温和降温技术没有很好掌握混凝土浇注后的保温和降温技术没有很好掌握,通常采用预埋冷却水管通,通常采用预埋冷却水管通水来降低大体积混凝土的升温峰值,减小内表温差,进行温控。但是这种方水来降低大体积混凝土的升温峰值,减小内表温差,进行温控。但是这种方式在实际施工中控制不当(温峰后降温速率过快)也会产生温度裂缝降低耐式在实际施工中控制不当(温峰后降温速率过快)也会产生温度裂缝降低耐久性能;久性能;l冷却水管存在压浆不实的问题,冷却水管存在压浆不实的问题,水、有害离子的渗入,导致冷却水管锈蚀,水、有害离子的渗入,导致冷却水管锈蚀,影响桥梁结构安全性,冷却水管用量较大,增大工程成本;影响桥梁结构安全性
10、,冷却水管用量较大,增大工程成本;l 封底混凝土封底混凝土工作性能不良,遇水易分散,导致导管布置间距大,混凝土不工作性能不良,遇水易分散,导致导管布置间距大,混凝土不密实,引起混凝土渗水。密实,引起混凝土渗水。l 索塔部位实心段大体积混凝土索塔部位实心段大体积混凝土超高、超远距离泵送且标号较高(超高、超远距离泵送且标号较高(C50C50)、)、水化温升比较高易造成内外温差较大、自收缩比较大、易开裂;混凝土养护水化温升比较高易造成内外温差较大、自收缩比较大、易开裂;混凝土养护不到位,脱模时间过早,造成大体积混凝土表面出现微裂纹;不到位,脱模时间过早,造成大体积混凝土表面出现微裂纹;降温速率过大导
11、致降温速率过大导致承台产生裂缝承台产生裂缝胶凝材料过高、脱模时间胶凝材料过高、脱模时间过早导致塔柱产生裂缝过早导致塔柱产生裂缝大体积混凝土裂缝控制技术大体积混凝土裂缝控制技术低温升抗裂大体积混凝土配合比低温升抗裂大体积混凝土配合比设计设计(材料设计)(材料设计)通过开发新材料、配合比优化设通过开发新材料、配合比优化设计,降低水化升温和收缩,提高计,降低水化升温和收缩,提高混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度内部内部-低温升抗裂大体积混凝土低温升抗裂大体积混凝土边部边部-高抗渗、抗拉强度混凝土高抗渗、抗拉强度混凝土 减小减小T T提高混凝土提高混凝土降低降低增强大体积结构增强大体积结构抗裂和耐久性能
12、抗裂和耐久性能大体积混凝土梯度抗裂结大体积混凝土梯度抗裂结构设计构设计(结构设计)(结构设计)解决技术方法解决技术方法 混凝土裂缝驱动力影响因素与开裂敏感性的评价方法混凝土裂缝驱动力影响因素与开裂敏感性的评价方法最大幅度减少胶凝材料用量,抑制水化升温的同时,兼顾混凝土最大幅度减少胶凝材料用量,抑制水化升温的同时,兼顾混凝土力学性能和耐久性能力学性能和耐久性能二、低温升抗裂大体积混凝土配合比设计与应用二、低温升抗裂大体积混凝土配合比设计与应用混凝土密实骨混凝土密实骨架设计原理架设计原理超分散减缩剂超分散减缩剂胶凝材料体系优化胶凝材料体系优化低温升、抗裂、耐蚀大体低温升、抗裂、耐蚀大体积混凝土设计
13、方法积混凝土设计方法(1 1)密实骨架堆积设计)密实骨架堆积设计(2 2)高掺矿物掺合料胶凝体系的优化设计)高掺矿物掺合料胶凝体系的优化设计(3 3)充分分散水泥颗粒,提高其胶结性能,)充分分散水泥颗粒,提高其胶结性能,降低水泥和矿物掺合料用量降低水泥和矿物掺合料用量降低温升、降低收缩降低温升、降低收缩提高混凝土工作性能(匀质性),减少浮浆提高混凝土工作性能(匀质性),减少浮浆减小水化峰值减小水化峰值延迟水化峰值出现时间延迟水化峰值出现时间侵蚀性离子传输抑制剂侵蚀性离子传输抑制剂海工大体积混凝土海工大体积混凝土水化温升抑制剂水化温升抑制剂黏度调节组分黏度调节组分 原理原理 粉粉煤煤灰灰填填充充
14、砂砂之之间间的的空空隙隙,碎碎石石空空隙隙由由粉粉煤煤灰灰和和砂砂组组成成的的密密实实堆堆积积体体填填充充,水水泥泥起起胶胶结结作作用用,形形成成密密实实堆堆积积体体,实实现现满满足足力力学学性性能能和和抗抗渗渗性性能能要求下的低水泥用量混凝土设计。要求下的低水泥用量混凝土设计。2.12.1低温升抗裂大体积混凝土初始配合比设计(密实骨架堆积法)低温升抗裂大体积混凝土初始配合比设计(密实骨架堆积法)方法方法 粉粉煤煤灰灰等等矿矿物物掺掺合合料料的的密密度度和和细细度度均均比比砂砂小小,从从材材料料堆堆积积理理论论上上讲讲,密密度度小小的的材材料料填填充充密密度度大大的的材材料料,其其曲曲线线会会
15、表表现现为为具具有有峰峰值值的的抛抛物物线线形形式式。按按四四分分法法取取料料,进进行行最最大大容容重重测测定定,将将实实验验数数据据通通过过曲曲线线拟拟合合得得出出致致密密堆堆积积系系数数、,获获得得最最大大堆积密度堆积密度UwUw。密密实实堆堆积积设设计计是是通通过过矿矿物物掺掺和和料料填填充充细细集集料料空空隙隙、矿矿物物掺掺和和料料和和细细集集料料的的混混合合物物填填充充粗粗集集料料之之间间的的空空隙隙来来实实现现最最小小空空隙隙率率V Vv v,再再利利用用V Vv v控控制制混混凝凝土土中中的的水水泥泥浆浆体体用用量量V Vp p,从从而而达达到到减减少少混混凝凝土土中中水水泥泥用
16、用量量和和单单位位用用水水量量。浆浆量量V Vp p与与空空隙隙V Vv v 、集集料料表表面面积积s s(含含粉粉煤煤灰灰)和和浆浆量量厚厚度度t t之之间间的的关关系系为为:V Vp p=V Vv v+st=NV+st=NVv v ,依依据据强强度度和和耐耐久久性性要要求求设设定定水水胶胶比比,借借鉴鉴普普通通混混凝凝土土的的水水胶胶比比取取值值,C30C30混混凝凝土土的的水水胶胶比比可可在在0.360.360.400.40之之间间选选取取,C40C40混混凝凝土土的的水水胶胶比比在在0.320.360.320.36之之间间选选取取,C50C50混混凝凝土土的的水水胶比在胶比在0.280
17、.320.280.32之间选取;最后再求出拌和水量。之间选取;最后再求出拌和水量。1)确定粉煤灰填充砂的比例确定粉煤灰填充砂的比例2)以以比例的细集料比例的细集料(含粉煤灰与砂含粉煤灰与砂)填充粗集料得最大堆积因子填充粗集料得最大堆积因子3)由此得出最大单位重为由此得出最大单位重为Uw,(其中其中wf、ws、wa分别表示粉煤灰、砂、分别表示粉煤灰、砂、石子的单位重量;不同级配的粗、细骨料对应不同的石子的单位重量;不同级配的粗、细骨料对应不同的、)4)最大单位质量中的粗集料质量:最大单位质量中的粗集料质量:;5)最大单位重中的砂的重:最大单位重中的砂的重:6)最大单位重中的粉煤灰重:最大单位重中
18、的粉煤灰重:7)最小空隙率:最小空隙率:配合比计算步骤配合比计算步骤8)混凝土中所需填塞和润滑的水泥浆量:式中:N水泥浆量的放大倍数;s为骨料表面积;t为包裹于骨料表面的润浆厚度。9)骨料的用量:10)由于水泥浆量需要放大,则集料质量作如下调整:注:ws为调整后砂的质量,wa调整后粗骨料的质量,wf为调整后粉煤灰的质量,WC、WW 分别为水泥、水的质量,为水胶比。以以合合江江一一桥桥C30大大体体积积拱拱座座混混凝凝土土、合合江江二二桥桥塔塔座座C40实实心心段段混混凝凝土土、塔塔实实心心段段C50混混凝凝土土为为例例。该该工工程程的的相相关关原原材材料料物物理理性性能参数如下:能参数如下:水
19、泥:重庆腾辉水泥:重庆腾辉PO42.5水泥,表观密度水泥,表观密度3100kg/m3;粉粉煤煤灰灰:重重庆庆华华珞珞级级粉粉煤煤灰灰,表表观观密密度度为为2250 kg/m3,级级粉煤灰,表观密度粉煤灰,表观密度2200 kg/m3;砂:合江当地的河砂,表观密度为砂:合江当地的河砂,表观密度为2760 kg/m3;卵石:合江当地的卵石碎石,表观密度为卵石:合江当地的卵石碎石,表观密度为2700kg/m3。密实骨架堆积法设计法算例密实骨架堆积法设计法算例 实实际际施施工工配配合合比比在在密密实实骨骨架架堆堆积积法法设设计计确确定定的的配配合合比比基基础础上上进进行行了了微微调调,也也能能满满足足
20、普普通通混混凝凝土土配配合合比比设设计计规规程程JGJ55-2000JGJ55-2000,确确定定混混凝凝土土的的实实际际施施工配合比及性能如下表:工配合比及性能如下表:强度强度等级等级水泥水泥(kg/m3)粉煤灰粉煤灰(kg/m3)砂砂(kg/m3)碎石碎石(kg/m3)水水(kg/m3)减水剂减水剂(kg/m3)坍落度坍落度(cm)抗压强度抗压强度(MPa)7d28dC3022515079211301453.382128.040.1C4024018077411151403.802040.854.0C5030015175411211384.702145.362.7 通过对现场混凝土的温度监控
21、,测得的通过对现场混凝土的温度监控,测得的C30大体积塔座混凝土实际温升大体积塔座混凝土实际温升为为29,C40承台大体积混凝土绝热温升为承台大体积混凝土绝热温升为32,在不通冷却水管的情况下,在不通冷却水管的情况下,混凝土内外温差均小于混凝土内外温差均小于25。实际施工配合比及性能实际施工配合比及性能合江一桥拱座、二桥承台和塔实心段混凝土施工配合比合江一桥拱座、二桥承台和塔实心段混凝土施工配合比(kg/m3)合江二桥2号墩承台长37.620.16米,一次性浇注C40混凝土。入模温度为28摄氏度,最高温度为61.8,内外最大温差23.5。90天强度达到63MPa,PH值12.6。合江二桥塔柱实
22、心段26.514.73米,一次性浇注。入模温度为30,最高温度为58.9,内外最大温差19.7。合江一桥拱座合江一桥拱座C30大体积混大体积混凝土,总方量为凝土,总方量为11000方,方,28天天强度强度3841MPa,90天强度天强度5357MPa,新拌混凝土,新拌混凝土PH值值12.4。入模温度。入模温度25,混凝土,混凝土最高温度最高温度5355,内外温差,内外温差19,未出现裂缝。,未出现裂缝。以以有有机机硅硅氧氧烷烷基基团团与与聚聚醚醚基基团团进进行行修修饰饰,优优化化氨氨基基甲甲酸酸酯酯嵌嵌段段共共聚聚物物结结构构,制制备备出出具具有有减减缩缩与与增增韧韧作作用用的的外外加加剂剂,
23、探探明明了了以以网网络络状状骨骨架架结结构为特征的减缩增韧机理。构为特征的减缩增韧机理。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _Side chainSide chainLong side chain Long side chain 较低的掺量、分散、减缩、增韧较低的掺量、分散、减缩、增韧 聚合物网络骨架结构聚合物网络骨架结构 2.2 减缩增韧剂的开发减缩增韧剂的开发编号水泥粉煤灰水粗集料细集料减水剂减水剂:减缩增韧剂130015015410537631.2%230015015410537631.4%1:1330015015410537631.4%1:2430015015410537631.4%1
24、:328d28d抗拉强度抗拉强度混凝土自收缩率混凝土自收缩率减缩增韧剂对单掺粉煤灰减缩增韧剂对单掺粉煤灰C50C50大体积混凝土性能的影响大体积混凝土性能的影响低温升抗裂混凝土与普通混凝土收缩对比结果低温升抗裂混凝土与普通混凝土收缩对比结果标号水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂C30(抗裂)1429614014079510554.8(减缩增韧型减缩增韧型减水剂减水剂)C30(普通)158290100/79510553.8(聚羧酸(聚羧酸)C40(抗裂)14514014013079510555.1(减缩增韧减缩增韧型减水剂型减水剂)C40(普通)15533080/77010704.8(聚羧酸(聚羧酸)C
25、50(抗裂)15022013011077010506.28(减缩增韧减缩增韧型减水剂型减水剂)C50(普通)15040080/75010705.8(聚羧酸(聚羧酸)标号标号3d*10-67d*10-628d*10-660d*10-6180d*10-6C30(抗裂)(抗裂)59113174203246C30(普通)(普通)101168231304382C40(抗裂)(抗裂)75129203233286C40(普通)(普通)112188262322412C50(抗裂)(抗裂)88143230263319C50(普通)(普通)128204299346458单掺粉煤灰的大体积混凝土配合比(单掺粉煤灰的
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