施工工艺对高性能混凝土耐久性的影响研究79.docx
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施工工艺对高性能混凝土耐久性的影响研究79
施工过程误差对客运专线高性能混凝土耐久性的影响研究
摘要:
本文研究了称量误差、拌和物工作性能和离散性、浇筑振捣时间及静停时间的差异、养护制度对高性能混凝土耐久性的影响。
绘制了外加剂掺量、水泥掺量、振捣时间、放置时间、养护制度、工作性能对高性能混凝土耐久性的影响曲线,进行机理分析。
关键词:
高性能混凝土;耐久性;抗氯离子渗透性能
中图分类号:
文献标识码:
StudyontheinfluenceofconstructiontechnologyondurabilityofHPC
Abstract:
Inthispaper,theeffectsofseveralfactorssuchasweigherror,workingcapabilityofmaterial,vibratingtime,delaytime,curingregimesonthedurabilityofHighPerformanceConcreteareinvestigated.InfluencecurvesofthedurabilityofHighPerformanceConcretebytheamountofadmixture,vibratingtime,delaytime,curingregimesandworkingcapabilityofmaterialaredrawn.Andthemechanismisstudied.
0引言
我国铁路客运专线建设全面开工,基础设施按满足列车开行速度至少200km/h、预留250km/h及进一步提速条件标准建设,主要结构物要满足100年使用期要求。
出于节约土地、不干扰原有的铁路与公路线路,以及保证跨越软土地区线路的平顺与高速运行,客运专线建设优先采用“以桥代路”的形式,桥梁所占比例达到60%以上。
客运专线桥梁作为生命线工程的重要组成部分,不仅需要巨额的投资,而且它的安全性能与寿命直接影响生命财产的安全。
客运专线桥梁设计了采用32m后张法预应力混凝土简支箱梁,梁体混凝土采用C50高性能混凝土,每榀梁的混凝土用量达到300m3以上,结构使用寿命设计为100年。
客运专线混凝土箱梁与普通铁路桥梁相比,具有对混凝土耐久性、工作性及质量标准要求高等特点。
虽然在实际工程实际中,混凝土的制备采用现代化智能的称量与搅拌系统,但是由于某些人为因素、自然因素的存在,仍然不能完全避免误差的出现;而现场施工过程中的复杂性及不确定性也带来了拌合物塌落度、扩展度、含气量等工作性能的差异;同时,在实际工程中,混凝土浇注后的振捣是由侧模附着式振捣与人工振捣棒振捣相结合的形式完成,工人对振捣的熟练程度、对规程要求的熟悉程度及执行程度不同,致使每个人的振捣时间都不同。
这些在高性能混凝土制备、浇注及振捣等施工过程误差对对高性能混凝土耐久性将产生较大影响。
本文通过试验分析了称量的误差、拌和物的工作性能的离散性、浇筑振捣时间及静停时间的差异以及养护制度对高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响。
1原材料与试验方案
1.1原材料
水泥:
选用邯郸产太行牌42.5级普通硅酸盐水泥,28d抗压强度54.3
。
粉煤灰:
选用神头电厂一级粉煤灰。
需水量比<1,烧失量<3%,其他各项指标亦符合《高强高性能混凝土矿物外加剂》(GB/T18736-2002)的一级粉煤灰要求。
矿粉:
选用太原德龙产S95矿渣微粉。
粗骨料:
选用级配良好的武家山碎石,5~10mm和10-25mm两种粒径,针片状颗粒含量4.3%。
细骨料:
选用细度模数为2.8的天然中砂。
外加剂:
选用北京FCA引气型聚羧酸盐系高效减水剂,减水率28%。
拌合水:
自来水
1.2配合比设计
采用“全计算法”设计并通过试验研究调整的基准配合比P1,为了研究计量误差对耐久性的影响,选择了主要影响因素外加剂用量影响试验如表1。
表1混凝土基准配合比
水泥/kg
砂/kg
石子/kg
水/kg
粉煤灰/kg
矿粉/kg
外加剂/kg
336
722
1083
155
48
96
5.52
1.3试验方案
1.3.1计量误差影响试验
通过调整配合比模拟施工过程中对于拌合物称量的误差,在此调整外加剂及水泥用量。
试件成型前,测每种配合比下混凝土塌落度及扩展度,试验方法按照《普通混凝土拌和物性能试验方法》(GBJ80—85)进行。
试块成型后养护28d,做氯离子渗透试验。
(1)外加剂量改变。
实践证明:
减水剂与水泥、粉煤灰、矿粉的用量之和的比值宜在1.2%~0.8%之间变化。
太小作用不大,太大则容易发生泌水。
因此,确定最大及最小掺量后,中间梯度变化,具体掺量如表2。
表2外加剂用量变化表
(单位:
kg/m3)
编号
水胶比
水泥
砂
石子
粉煤灰
矿粉
水
外加剂
P1
0.332
336
722
1083
48
96
155
5.52
P2
0.329
336
722
1083
48
96
155
3.84
P3
0.330
336
722
1083
48
96
155
4.32
P4
0.332
346
722
1083
48
96
155
5.28
P5
0.333
356
722
1083
48
96
155
5.76
(2)水泥用量改变。
根据标准配合比将水泥用量每次调整10kg。
具体掺量如表3。
其中S1与P1相同,均为标准配合比。
表3水泥用量变化表
(单位:
kg/m3)
编号
水胶比
水泥
砂
石子
粉煤灰
矿粉
水
外加剂
S1
0.332
336
722
1083
48
96
155
5.52
S2
0.347
316
722
1083
48
96
155
5.52
S3
0.339
326
722
1083
48
96
155
5.52
S4
0.325
346
722
1083
48
96
155
5.52
S5
0.319
356
722
1083
48
96
155
5.52
1.3.2模拟不同施工人员、不同部位振捣时间的差异:
用标准配合比配置,搅拌后用30mm的振捣棒分别振捣5s、10s、20s、30s,成型前各测含气量,成型后养护28d,做渗透试验。
3、模拟混凝土到场后,由于某些原因不能直接浇筑而需静停一段时间的情况:
用标准配合比配置,搅拌后分别放置10min、20min、30min后入模,放置前后各测含气量,成型后养护28d,做渗透试验。
4、用标准配合比配置,分别测自然养护、标准养护状态、蒸汽养护下试件的28d抗氯离子渗透性能。
1.4试件的制作
1、试件尺寸及数量
全部采用100mm*100mm*100mm立方体试件,不同条件下的试块各做3块用于做氯离子渗透试验。
2、试件制备工艺
①搅拌:
使用强制式搅拌机,严格控制加水量。
现场混凝士搅拌时,按如下流程:
将高效减水剂AN4000溶在拌和水中一起加入,为使拌合物均匀,搅拌时可适当延长搅拌时间,搅拌时问不能少于3min,搅拌时间从投入固体原材料后搅拌机开始时算起。
②成型:
高频振动台振动后成型。
③养护:
a、自然养护:
静停一天后,拆模,自然状态下养护28d。
b、标准养护:
静停一天后,拆模,在20℃,湿度90%的标养室标养至28d。
c、蒸汽养护:
静停一天后,拆模,40度蒸汽养护24小时后,标养至28d。
1.5试验设备及测试方法
(1)含气量的测定
使用7L直读式精密混凝土含气量测定仪含气量桶,直接得含气量。
试验方法按照《公路工程水泥混凝土试验规程》(JTJ053-94)T0515-94进行。
(2)抗氯离子渗透能力测试
混凝土氯离子渗透性测试按照ASTMC1202-97进行。
2试验结果
以3个试件测值的平均值作为该组试件的电通量。
3个测值中的最大值或最小值中如有1个与中间值的差值超过中间值的15%时,则取中间值作为该组试件的电通量;如有2个测值与中间值的差值超过中间值的15%,则该组试件的实验结果无效;现将试验所得数据集中列于表4-8。
表4不同外加剂掺量下混凝土的指标
配合比
编号
外加剂
掺量(%)
水胶比
塌落度(mm)
扩展度(mm)
28d电通量(库仑)
P1
1.15
0.332
200
515
838
P2
0.8
0.329
150
420
765
P3
0.9
0.33
165
450
869
P4
1.1
0.332
180
485
907
P5
1.2
0.333
265
585
1023
表5不同水泥掺量下混凝土的指标
配合比
编号
水泥掺量(kg/m3)
水胶比
塌落度(mm)
扩展度(mm)
28d电通量(库仑)
S1
336
0.332
200
515
838
S2
316
0.347
260
520
909
S3
326
0.339
230
450
759
S4
346
0.325
185
485
729
S5
356
0.319
175
585
741
表6不同振捣时间下的混凝土指标
振捣时间(s)
含气量(%)
28d电通量(C)
5
2.7
936
10
2.9
793
20
2.8
844
30
1.9
1179
表7不同放置时间下的混凝土指标
放置时间(min)
含气量(%)
抗压强度(MPa)
28d电通量(C)
振捣前
振捣后
3d
28d
10
3.3
2.5
43
67.9
822
20
3
2.3
47.2
69.4
822
30
2.4
2.4
47.9
72.3
807
表8不同养护制度下的混凝土指标
养护
制度
28d电通量
(库仑)
自养
856
标养
823
蒸养
635
3分析与讨论
3.1外加剂掺量对耐久性的影响
减水剂对混凝土电通量存在影响,其主要是通过影响混凝土内部孔结构、孔径分布,以及浆体与集料界面过渡区的结构来影响电通量。
不同外加剂掺量对28d电通量影响如图1。
图1外加剂掺量对电通量的影响
由图可见,随着外加剂掺量的提高,电通量也随之增大,当外加剂掺量在1.15%时,有轻微突变。
当外加剂掺量≤1.15%时,电通量<1000C,根据电量法分级标准,渗透性为“很低”,而当外加剂掺量为1.2%时,电通量达到1023,渗透性为“低”。
外加剂的掺量从0.8%变化到1.2%,导致电通量变化了标配下电通量的30.8%。
外加剂掺量提高,由于用水量不变,所以水胶比增大,而水胶比直接影响到电通量的大小,水胶比越大,电通量越大。
当外加剂的掺量在1.15%时的突变恰恰说明了通过大量试验得出的标准配合比的优越性。
当外加剂掺量在1.2%时,混凝土已经产生泌水,泌水会破坏混凝土的均匀性,由于泌水时,一部分自由水会上升到混凝土上表面,而一部分则滞留在粗集料下方与胶接料的过渡界面上。
拌和水在上升的过程中,会携带一部分胶凝材料以及骨料中的微细粒子,使混凝土表面形成一层含水量大的浮浆层,造成表面混凝土的疏松多孔,从而影响到电通量的大小。
3.2水泥掺量对耐久性的影响
图2为不同的水泥掺量下的电通量。
图2水泥掺量对电通量的影响
由图可见,随着水泥用量的增大,电通量有逐渐减小的趋势,在标准配合比下有突变,水泥掺量从316到356,变化了11.9%,电通量从909C到741C,变化了20%,但是总体来说渗透性均为“很低”。
水泥用量的增大或减少,直接影响到水胶比的增大或减小,这点与改变外加剂掺量作用相似,同样会导致电通量的增大或减小。
标准配合比下的试件有更好的抗氯离子渗透能力。
3.3振捣时间对耐久性的影响
图3振捣时间对电通量的影响
图3为不同振捣时间对电通量的影响,由图可见,振捣时间为10s和20s时,电通量较低,为800C左右,当振捣时间为30s时,电通量已经达到了1179C,渗透性为“低”。
振捣时间对氯离子渗透性的影响主要体现为振捣时间对密实度的影响。
当振捣时间过短时,胶凝材料、骨料、水可能并未被搅拌均匀,而过长则会导致离析。
从而引起更多浆体和水分在集料表面集聚,更加削弱了混凝土内部浆体与集料界面结构,宏观表现为抗压强度的下降和电通量的增加,这种界面结构的变化对混凝土渗透性的负面影响极为严重。
3.4放置时间对耐久性的影响
混凝土搅拌后、使用前放置的时间不同导致的电通量变化如图4。
图4放置时间对电通量的影响
由图可见,放置10或20min电通量相同,比放置30min的电通量大了1.8%,相对于其他条件对电通量的影响,变化不算大。
总的来说,放置后的电通量比直接使用的混凝土电通量都要小。
放置时间对氯离子渗透性的影响同样可以归结为水胶比的变化,混凝土在自然条件下放置,由于水分蒸发而失水,这就导致了水胶比减小,因而密实度增大,最终电通量变小。
随着放置时间的增大,HPC的电通量逐渐减小,但是改变量并不明显,考虑到放置后的工作性能大大降低,所以建议在条件允许的情况下直接使用。
3.5养护制度对耐久性的影响
自然养护(zr)、标准条件下养护(by)、蒸汽养护(zy)下的电通量如图5
图5养护制度对电通量的影响
由图可见,标准条件下养护的试件,其电通量比自然养护的减小了3.86%,蒸养条件下的试块,其电通量比自然条件下的电通量减小了25.8%。
养护对HPC的抗氯离子渗透性能有很大影响。
蒸养对HPC的抗氯离子渗透能力有显著改善。
根据Spears的理论,混凝土的抗渗性能,取决于水化程度。
过快的水份蒸发将导致空隙内的湿度低于饱和水平之下,从而阻碍水泥的水化。
从新浇筑混凝土中泌到表面的水首先开始蒸发,当这些水完全蒸发后,通过毛细行为迁移到混凝土表面的水开始蒸发,如果水份的蒸发速率大于通过毛细行为迁移到混凝土表面的速率,混凝土就会出现塑性收缩裂缝。
同时,相对湿度越低,混凝土水份散失的速率越快。
两种作用都会降低抗氯离子渗透的能力。
3.6工作性能对耐久性的影响
图6塌落度对电通量的影响
图7扩展度对电通量的影响
图8含气量对电通量的影响
图6和图7分别为塌落度及扩展度对混凝土电通量的影响。
可以看出,当塌落度小于230mm,扩展度小于520mm时,对电通量的影响并无明显规律可循,这其中原因也很复杂,由于每种塌落度、扩展度对应的外加剂产量、水泥含量都不尽相同,其相应的水胶比也变化较大,加之每种情况下掺合料的离散性,致使没有出现明显规律。
当塌落度大于230mm、扩展度大于520mm时,电通量均发生明显升高,甚至超过了1000C,显然这又是离析、泌水的结果。
图8显示了含气量对电通量的影响。
可以看出,含气量为1.9%时,此时电通量最高。
当含气量在2.3%和2.7%之间时,电通量基本没有变化,当含气量大于2.7%时,电通量随含气量的增大而减小。
含气量为1.9%的情况下混凝土已泌水,所以电通量大。
混凝土渗透性和混凝土的密实性和孔隙结构有关。
混凝土的水胶比越大,混凝土的密实性相对较小,水胶比越大包围水泥颗粒的防水层越厚,许多拌和水在水泥石中形成相互通连成无规则的毛细孔通道,增加混凝土的透水性。
在混凝土中含气量增加,混凝土中孔隙结构的改变,引气剂产生的细小均匀独立而不相通的气泡,
有效地隔断了混凝土中的毛细孔通道,防止水分渗透,提高了混凝土抗渗透性能。
当含气量在2.3%和2.7%之间时,产生的独立而不相通的气泡不足够隔断毛细孔通道,无法防止氯离子渗透。
当含气量大于2.7%时,这种气泡隔断毛细孔通道的效果就开始变得明显,有效地防止了氯离子的渗透,从而减小了电通量。
4结论
1、当外加剂的掺量由0.8%变化到1.2%时,相应的电通量增大了30.8%,说明外加剂的掺量变化对强度及耐久性影响较大,外加剂可以提高混凝土的密实性及工作性能,建议施工中控制化学外加剂掺量与胶凝材料比值在0.8%-1.15%,在此范围内增大其用量可以获得更好的工作性能。
外加剂用量的误差应控制在标准值的30.43%以下。
2、当每立方米水泥掺量由316kg变化到356kg,对应的电通量则降低了11.9%。
但是高性能混凝土以良好的工作性能及耐久性为主要设计指标,而水泥掺量增大无疑会降低工作性能,施工中应同样控制水泥用量,使其误差在6%左右,保证了耐久性及工作性能。
3、振捣时间10s及20s时的抗氯离子渗透的性能都明显高于5s及30s,当振捣时间多于30s时,混凝土发生离析,耐久性都大大下降。
施工中应严格控制振捣时间在10s~20s内。
4、放置时间的增加使得3d、28d抗压强度均有不同程度提高,对抗氯离子渗透的能力也有改善,但是改善作用微弱,考虑到因放置后失水造成工作性能的下降,建议在条件允许的情况下直接浇筑。
5、在蒸汽养护的条件下,较之自然养护下的电通量减少了25.8%,可见养护对HPC的抗渗性有很大影响。
施工中要对高性能混凝土箱梁进行蒸汽养护,考虑到实际中温度控制,建议采用40~45°C的蒸汽,在HPC的养护中应尽量减少新浇筑混凝土的湿度损失。
6、塌落度和扩展度的对于电通量的影响没有规律可循。
但是塌落度和扩展度过大会造成混凝土泌水,致使其耐久性均下降。
随着含气量的增大,电通量下降,抗渗性增强。
建议增大含气量。
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出师表
两汉:
诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂,今天下三分,益州疲弊,此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣不懈于内,忠志之士忘身于外者,盖追先帝之殊遇,欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听,以光先帝遗德,恢弘志士之气,不宜妄自菲薄,引喻失义,以塞忠谏之路也。
宫中府中,俱为一体;陟罚臧否,不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者,宜付有司论其刑赏,以昭陛下平明之理;不宜偏私,使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等,此皆良实,志虑忠纯,是以先帝简拔以遗陛下:
愚以为宫中之事,事无大小,悉以咨之,然后施行,必能裨补阙漏,有所广益。
将军向宠,性行淑均,晓畅军事,试用于昔日,先帝称之曰“能”,是以众议举宠为督:
愚以为营中之事,悉以咨之,必能使行阵和睦,优劣得所。
亲贤臣,远小人,此先汉所以兴隆也;亲小人,远贤臣,此后汉所以倾颓也。
先帝在时,每与臣论此事,未尝不叹息痛恨于桓、灵也。
侍中、尚书、长史、参军,此悉贞良死节之臣,愿陛下亲之、信之,则汉室之隆,可计日而待也
。
臣本布衣,躬耕于南阳,苟全性命于乱世,不求闻达于诸侯。
先帝不以臣卑鄙,猥自枉屈,三顾臣于草庐之中,咨臣以当世之事,由是感激,遂许先帝以驱驰。
后值倾覆,受任于败军之际,奉命于危难之间,尔来二十有一年矣。
先帝知臣谨慎,故临崩寄臣以大事也。
受命以来,夙夜忧叹,恐托付不效,以伤先帝之明;故五月渡泸,深入不毛。
今南方已定,兵甲已足,当奖率三军,北定中原,庶竭驽钝,攘除奸凶,兴复汉室,还于旧都。
此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。
至于斟酌损益,进尽忠言,则攸之、祎、允之任也。
愿陛下托臣以讨贼兴复之效,不效,则治臣之罪,以告先帝之灵。
若无兴德之言,则责攸之、祎、允等之慢,以彰其咎;陛下亦宜自谋,以咨诹善道,察纳雅言,深追先帝遗诏。
臣不胜受恩感激。
今当远离,临表涕零,不知所言。
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- 施工工艺 性能 混凝土 耐久性 影响 研究 79