自密实混凝土抗冻耐久性论证.pdf

水利水 电施 工 2 0 1 2 第 2期 总第 1 3 1 期 2 ． 2 自密实混凝土抽样性能试验中出现的问题 2 0 0 3 42 0 0 8年抽取 自密实混凝土试件共 1 8 3组，检 测结果表明各种性能均能满足设计要求。由于施工零星， 且隐蔽T程较多，抗冻性甚少检验 ( 共 7 组) ，合格率较 所浇筑的混凝土低。2 0 0 9年上半年抽取 5组抗冻试件， 抗冻性合格率低，仍存在抗冻性达不到要求的问题。自 密实混凝土抗冻性统计结果见表 3和表 4 。 表 3 2 0 0 3 ~2 0 0 8年 自密实混凝 土 抗冻性统计结果 设计要求 机口试件含气量 ( ) 2 8 d 抗冻等级 2 8 d 抗渗等级 o 2 0 F2 5 0 W 1 0 4 ． 3 F1 5 0 C2 5 F2 5 0 W 1 O 4 ． 4 > F2 5 0 > W 1 O C2 5 F 2 5 O W 1 0 4 ． 0 < F5 0 W 1 O C2 5 F2 5 O W 8 4 ． 3 W 8 C2 5 F2 5 0 W 8 4 ． 0 W 8 C2 5 F2 5 0 W 1 0 4 ． 5 W 8 表 4 2 0 0 9年上半年 自密实混凝 土 抗冻性统计 结果 设计要求 机口试件含气量 ( ) 2 8 d抗冻等级 2 g d 抗渗等级 C2 5 F2 5 0 W 8 2 ． O F 7 5 > W 8 C2 5 F2 5 0 W 8 5 ． O F 1 2 5 > W 8 C2 5 F 2 5 0 W 1 O 5 ． 5 F2 5 0 > W l 0 C 2 5 F 2 5 0 W 8 4 ． 6 F 2 5 0 > W 8 C2 5 F 2 5 0 W 1 0 4 ． 0 F 5 O > W 1 O 自密实混凝土较泵送混凝土有更大的流动性和砂浆 富裕量 。混凝土配 合 比表 明 ，C 2 5自密 实 混凝 土 中 ，胶 凝砂浆 占 6 6 ，5 ~4 0 r n r n的骨料 占 3 4 ％。因此 ，混凝 土 气泡很容易随着时间推移或长期运输 搅拌 、振动 而逸 出， 自密 实 混 凝 土 搅 拌 时 间 为 1 5 0 s时 混 凝 土 含 气 量 损 失 4 5 ，1 8 0 s 时混凝土含气量损失 4 8 ，造成 自密实混凝 土含气量损失较大，硬化混凝土含气量偏小，是抗冻性 较差的主要原 因之一 。 为改善该工程地下电站 自密实混凝土拌和物含气量 的稳 定性 ，提高 混凝 土的抗 冻 性 能 ，特进 行 本 次试 验 。 试验分别比较了不同减水剂、不同水胶比、不同引气剂， 以及不同改性材料对混凝土拌和物含 气量稳定性 的影 响， 同时进行 了抗冻性能检测 。 3 混凝土含气量影响因素 混凝土含气量 影响因素一般有 ： ( 1 )胶凝材料中 A的含量、细度及烧失量。 ( 2 )引气剂掺量及减水剂的适应性 。 ( 3 )搅拌机功率越大，含气量损失越大。 ( 4 )温度升高 1 O ℃，含气量降低 2 5 左右。 ( 5 )外加剂配制时间越长 ，效果越 差。 ( 6 )混凝土运输停放时间越长，含气量损失越大。 3 4 ( 7 ) 振 捣时间越 长 ，混凝 土含气量损失越大 。 ( 8 ) 坍扩度越大，含气量损失越大。 3 ． 1 不 同减水剂对混凝土含气量的影响 3 ． 1 ． 1 减水 剂品种品质检验 依据该工程质量标准 ( TG P S T 0 5 --2 0 O 3 )对两种 减水剂进行品质检验 ，结果 见表 5 。 表 5 减水剂品质检 测结果 减水剂品种 掺量 ( ) 减水率 ( ) 含气量 ( ％) 泌水率比 ( ％) S P8 CR —HC 0 ． 7 1 9 ． 6 O ． 9 8l _ 6 J M —P CA 0 ． 7 1 9 ． O 2 ． 8 7 6 ． 7 TGPS T O 5 — 2 O O 3 质量标准 ≥1 8 ≤3 ． 0 ≤1 0 0 从检测结果来看 ，均满足该工程质量标准 ( T G P S T O 5 —2 O 0 3 )的技术要求 。 3 ． 1 ． 2 不 同减水剂混凝土拌和物试验 试验用配合比采用该工程 C 2 5自密实混凝 土配合 比， 具体参数见表 6 。 表 6 C 2 5自密 实混凝 土配合 比参数 设计 设计坍扩度 粉煤灰掺量 用水量 砂率 强度 ( C l I 1 ) 水泥 品种 级 配 水胶 比 ( ) ( k g ) ( ) C 2 5 5 5 ～6 5 中热 4 2 ． 5 0 ． 4 3 2 5 1 6 O 4 8 注小石 ： 中石 ：6 0： 4 0 。 引气 剂选用 AI R 2 0 2 ，减 水剂 分别 采用 S P 8 C R～HC 和 J M — P C A，拌和物试验结果见表 7 。 表 7 不 同减水剂混凝土拌和物试验结果 减水剂品种及 引气剂掺量 坍扩度 1 h 坍扩 含气量 1 h含气 含气量损 掺量 ( ) ( l 0 4 ) ( c m) 度 ( c m ) ( ) 量 ( ) 失 ( ) — H Q 7 O ． 5 5 5 5 4 6 ． O 2 ． 7 5 5 J M —P C A．0 ． 7 O ． 2 6 0 5 8 8 ． O 3 ． 0 6 2 ． 5 由表 7 可 见 ，掺 J M —P C A 的混凝 土 引气 剂用 量少 ， 但出机含气量大，说明与坍扩度越大，含气量损失越大有 关。J M— P C A减水剂所引入的劣质气泡远多于 S P S C R— HC减水剂所引入的劣质气泡。劣质气泡极易破碎，使混 凝土含气量迅速损失，因此，从降低混凝土含气量损失 的角度来说 ，S P S C R—HC减水剂 比 J M —P C A 减水剂 更 适用于该工程 自密实混凝 土。 3 ． 2 不同水胶比对混凝土含气量的影响 工程中选用 了三个不同水胶 比和两个粉煤灰掺量， 以比较其对混凝土含气量的影响。配合 比参数及拌和物 试验结果 见表 8和表 9 。 表 8 试验所用配合 比参数 设计 粉煤灰掺量 用水量 砂率 方案 水泥品种 级配 水胶比 强度 ( ) ( k g ) ( ) 1 0 ． 4 3 g 5 1 6 0 4 8 2 C 2 5 中热 4 2 ． 5 O ． 4 O 3 5 l 6 O 4 8 3 0 ． 3 7 3 5 1 6 O 4 7 表 9 不 同配合 比混凝土拌和物试验 结果 水胶 粉煤灰 胶材用量 用水量 砂率 引气剂 坍扩度损失 含气量损失 掺量 掺量 ( c m ) ( ) 比 ( k g ／ m 3 ) ( k d ) ( ) ( ) ( 1 0 - 4 ) O m in 6 0 m i n 0 m in 6 0 ra i n 损失率 O ． 4 3 2 5 3 7 2 1 6 0 4 8 0 ． 5 5 5 5 4 6 ． 0 2 ． 7 5 5 0 ． 4 0 3 5 4 0 0 l 6 O 4 8 2 ． 0 5 6 5 6 4 ． 7 2 ． 6 4 5 0 ． 3 7 3 5 4 3 2 1 6 0 4 7 2 ． 4 6 l 6 O 5 ． 8 3 ． 0 4 8 由表 9可 以看出 ： ( 1 )无论混凝土水胶 比、粉煤灰掺量、砂率如何变 化，拌和物 1 h坍扩度损失都不大。 ( 2 ) 水胶比由 0 ． 4 3降低到 0 ． 4 0 ，粉煤灰掺量增加到 3 5 ，引气剂掺量大幅度增加 ；当水 胶 比进 一步降低 时 ， 引气剂掺量随之增加。 ( 3 )随水胶 比的降低和粉煤灰掺量的提高，拌和物 1 h含气量损失由5 5 降低到4 5 和 4 8 。也就是说，仅 通过调整混凝土配合比参数，改善混凝土含气量的稳定 性的效果有限 。 3 ． 3 不同引气剂对混凝土含气量的影响 试验采用表 1所示的 C 2 5自密实混凝土配合比。减 水剂采用 S P 8 C R—HC，掺量 为 0 ． 7 。引气剂 分别选 用 AI R 2 0 2 、Z B一1 G及 GYQ一 Ⅱ，试验结果见表 1 O 。 表 1 0 不 同引气剂混凝 土拌和物试验结果 引气剂掺量 出机含气量 1 h后含气量 1 h含气量损失 引气剂品种 ( 1 0 -4 ) ( ) ( ) ( ) AI R2 0 2 O ． 5 6 ． 0 2 ． 7 5 5 Z B一1 G 1 ． 3 8 ． O 5 ． 2 3 5 Z B一1 G O ． 9 7 ． 2 4 ． 5 3 8 Z B一1 G O ． 8 6 ． 3 4 ． O 3 6 GYQ一Ⅱ O ． 4 5 ． 9 3 ． 2 4 6 GYQ一Ⅱ 0 ． 5 7 ． 9 * 掺有 R h e o Ma t r i x 1 5 0 增稠剂 ( 掺量为 0 ． 4 1 0 ) 。 自密实混凝土抗冻耐久性论证 由表 1 O 可知 ，掺 AI R 2 0 2和 G Y Q一 Ⅱ的混凝土 1 h含气 量损失均较大，分别为 5 5 ％和 4 6 ％，而掺 Z B一1 G的混凝 土 1 h 含气量损失最小，在 3 5 ~／ ／00 左右。由此表明，引气剂 品种在 自密实混凝土的气泡稳定性方面是存在差异的。适 应性是关系自密实混凝土抗冻耐久性的关键技术之一。 3 ． 4 不同改性材料对混凝土含气置的影响 试验采用表 1所示的 C 2 5自密实混凝土配合 比。减 水剂 为 S P 8 C R —HC，掺 量 为 0 ． 7 。改 性 材 料 选 用 R h e o Ma t r i x 1 5 0 增稠 剂 及 HG—l s 稳 气 剂 ，试 验 结 果 见 表 1 1 。 袁 1 1 不同改性材料混凝土拌 和物试验 结果 引气剂 引气剂掺量 改 料品种 改性材料掺量 出 机含气 1 h 后含气 1 h 含气量 品种 ( X1 0 - 4 ) ( X1 0 - 4 ) 量 ( ) 量 ( ) 损失 ( ) Z B一1 G O ． 8 R h e o Ma t r i x l 5 0 4 0 6 ． 3 4 ． 0 3 6 Z B一1 G O ． 7 HG一1 s 1 ． O 8 ． 0 5 ． 8 2 8 Z B 一1 G 0 ． 4 HG一1 s 1 ． O 6 ． 8 4 ． 5 3 4 AI R 2 0 2 0 ． 9 HG一1 s 1 ． 0 5 ． 3 4 ． 2 2 1 对 比表 1 O与表 1 1 可知 ： ( 1 )R h e o Ma t r i x 1 5 0 增稠剂的加入使拌和物裹挟性能 显著提高，但对拌和物含气量损失几乎没有影响。 ( 2 )HG—l s 稳气剂能够降低 Z B一1 G引气剂的掺量， 但 1 h含气量损失减小不显著。 ( 3 )H G—l s 稳气剂会使 A I _R 2 0 2 引气剂的掺量从 0 ． 5 1 0 增加至0 ． 9 X1 0 ～，l h含气量损失降低至 2 1 。 3 ． 5 不 同改性材 料对 混凝 土拌 和物 抗 冻性 的 影 响 对不 同改性 材料拌 制 的混 凝土拌 和物 进行 检测试 验 的同时，成型与其相对应的抗冻 试件 ，进行抗 冻性试 验。 试验结果见表 1 2 。 表 1 2 不 同改性材料混凝 土拌和 物抗 冻性试验结果 外加剂品种及掺量 抗冻结果 试件质量 编号 水胶 比 含 气量( ) 减 水剂 ( ) 引气剂 ( 1 0 ) 次数 质量损失 ( ) 相对动弹性模量 ( ) 抗冻等级 ( k g ) S P 8 CR—HC AI R2 0 2 2 5 0 2 ． 3 2 9 O ． 1 5 9 ． 3 6 Y1 1 0 ． 4 O 4 ． 7 O ． 6 2 ． 0 3 0 0 2 ．5 7 8 7 ． 7 1 9 ． 3 4 Y1 1—1 0 ． 4 0 S P 8 CR—HC AI R2 0 2 1 7 5 2 ． O O 6 5 ． 5 2 9 ． 5 O ( 1 h后 ) 0 ． 6 2 ． 0 2 ． 6 2 0 0 2 ． 3 9 6 3 ． 8 7 √ 9 ． 4 6 S P 8 CR—HC AI R2 0 2 2 5 O O ． 8 O 9 4 ． 6 6 9 ． 3 4 Y1 2 0 ． 3 7 5 ． 8 O ． 6 2 ． 4 3 0 0 0 ．8 9 9 3 ． 7 9 √ 9 ． 3 3 Y1 2—1 0 ．37 S P 8 CR—HC AI R2 0 2 2 5 0 2 ． 6 5 7 8 ． 2 4 9 ． 4 8 ( 1 h后 ) 0 ． 6 2 ． 4 3 ． 0 3 0 0 2 ． 9 O 7 2 ． 5 1 √ 9 ． 4 6 S P 8 CR—HC Z B一1 G 2 5 0 1 ． 4 0 7 4 ． 5 8 9 ． 5 8 Y2 2 0 ． 4 3 5 ． 2 0 6 1 ． 3 3 0 0 1 ． 7 3 7 2 ．6 7 √ 9 ． 5 5 S P 8 C R— HC Z B一 1 G l 5 O 4 ． 1 2 8 9 ． 1 1 √ 9 ． 1 9 Y 2 3 0 ． 4 3 4 ． 5 0 ． 6 O ． 9 2 0 0 5 ．1 3 8 8 ． 1 3 9 ． O 9 S P 8 C R— HC GY Q一 Ⅱ 2 5 O 2 ． 7 8 6 3 ． 2 9 √ 9 ． 5 4 Y 2 4 0 ． 4 3 4 ． 6 O ． 6 O ． 4 3 0 0 3 ．5 O 5 9 ． 4 9 9 ． 5 O S P 8 CR —HC ZB一1 G 2 5 0 1 ． 6 8 8 4 ． 2 9 9 ． 6 9 Y2 5* O ． 4 3 4 ． 0 0 ． 7 O ． 8 3 0 0 1 ．8 2 8L 5 6 9 ． 6 8 * 掺有 R h e o Ma t r ix l 5 0增稠剂 ( O ． 4 1 O 一 ) 。 3 5 水利水 电施 工 2 0 1 2 第 2期 总第 1 3 1 期 从 A I R2 0 2 、Z B一1 G、Z B一1 G [ 掺有 R h e o Ma t r i x 1 5 0 增稠剂 ( 掺量为 0 ． 4 X1 0 ) ] 、GY Q一Ⅱ改性材料的抗冻 性试验结果可 以看 出： ( 1 ) 对 于 自密实混凝土来说 ，选用 S P 8 R C—HC减水 剂 是适用 的 ，可 以达到 自密实 的目的。 ( 2 ) 水胶比与粉煤灰掺量的调整对降低混凝土拌和物 含气量损失不明显 。 ( 3 )R h e o Ma t r i x 1 5 0增稠剂对混凝土拌和物含气量损 失几乎没有影响 。 ( 4 )HG一1 s 稳气剂可改善混凝土拌和物含气量损 失 ，但与不 同引气剂存在适应性差异。 ( 5 )采用 AI R 2 0 2引气剂，当拌和楼出机含气量控制 在 5 ～7 时 ，其抗冻性能可得到很好的改善 。 4 现场检测情况 4 ． 1 现场混凝土含气量损失抽检 2 0 0 9 年 5 月 ，在现 场进行 了 自密 实 、泵送含 气量 损 失检测试验 ，检测结果见表 1 3 。 表 l 3 现场混凝土含 气量抽检 结果 含气量损失 时间 混凝土种类 气温 ( ℃) 测值 ( ) ／ 损失率 ( ) 0 mi n 3 0 rai n 6 0 mi n 自密实 2 8 5 ． 9 ／ o 3 ． 7 ／ 3 7 2 ． 3 ／ 6 1 2 0 0 9— — 5— — 6 泵送 2 8 6 ． 6 ／ 0 4 ． 3 ／ 3 5 从表 1 3可以看出，在相同的条件下，随着时间的增 加 ，自密实混凝土含气量损 失增 大，6 0 mi n损失达到 6 1 ，而泵送含气量损失 仅为 3 5 ，较泵 送 含气量 损失 大。因此说明，自密实混凝土坍扩度大、含气量损失大， 硬化混凝土含气量低 ，是自密实混凝土抗冻耐久性差 的 主要原 因。 4 ． 2 自密实混凝土降低石粉含量 ( 1 )前期到三期大体积混凝土三、四级配居多，以 皮 ( 塔)带机长距离输送混凝土为主，考虑到改进、提 高混凝土和易性与抗分离的需要 ，二期质量标准将人工 砂石粉含量规定为 1 O ～1 7 ，三期质量标准修订 为 1 0 ％～1 4 。 ( 2 )花岗岩石云母含量较 高，经棒磨 机制成的砂 中，石粉中云母含量大、颗粒细、难 于挑拣。 自密实 混凝土抗冻试件在 阳光下 云母闪亮点较密 ，肉眼很难 辨 析 。 ( 3 )自密 实混凝土砂 率为 4 8 ，用砂 量大 ，云母绝 对含量相对高；业主依据上述试验报告，会 同设计、监 理 、施工等相关单位，针对目前主体工程 中除升船机下 3 6 闸首为≥C 2 0等级的三级配或二级配混凝土外 ，其余各 部位 均为泵送二级配 混凝土 ； 自密 实混凝土砂 率在 4 8 以上 ，通 过提高石粉 含量来改 善混凝 土的 和易性 和抗 分 离性 的必 要性 已经不 大 ；该工 程 采用 花 岗岩 人 工骨 料 ， 石粉 中较 多的云母碎 屑游 离 于混凝 土 中，超 过一 定范 围 对混凝土 的强度 干缩量 、极限拉 伸 和抗冻 性能均 有 不 利影响的实际情况，适当降低人工砂石粉 含量，对于 提高混凝土结构 的耐久性是有利的。人工砂生产 可行 性试验结果显示 ，在不掺石粉 的条件下，石粉含量可 控制在 6 ． 9 ～1 0 ． 5 之间 ，平均值为 8 ． 7 ；细度模 数在 2 ． 6 5 ～3 ． 0 1之 间 ，平 均 值 为 2 ． 7 8 。从 现 场 施 _T 情况 看 ，取 消外 掺石 粉 后 混凝 土 的和 易性 和抗 分 离 性 没有 发 生 明 显 变 化 。依 据《 水 工 混 凝 土 施 工 规 范 》 ( D L ／ T 5 1 4 4 —2 O O 1 ) 中关 于人 工 砂 石 粉 含 量 为 6 ～ 1 8 的规定 ，在保证细度模数满足标准要求的前提下 ， 人工 砂石粉 含量 按 7 ～ 1 1 控 制 ；同 时 将 自密 实 混 凝土抗冻设计等级 由 F 2 5 0更改为 F 1 5 O ，满足 自密实 混凝 土耐久 性要 求 。 4 ． 3 自密实混凝土抗冻抽检 2 0 0 9年下半 年现场抽 样 2 组 ，各 种性能 检测结果 均 能满足设计要求，自密实混凝土抗冻性结果达到 F 2 O O等 级 ( 见表 1 4 ) 。 表 1 4 自密 实混凝 土抽样抗冻试验结果 工程部位 含气量 抗冻性 试件编号 设计指标 检测值 质量损失 相对动弹性 及高程 等级 ( ) ( ) 模量 ( ) 3 0 号机组尾水洞 扩散段3 — 2 F 0 9 — 1 叫 6 ． 0 0 ． 1 8 5 6 ． 8 7 F 2 O 0 2 5 ．8 6 ~4 4 ． 1 7 m 高程 晓5 H5 O W1 O 3 号机组尾水洞 扩散段2 — 2 X O 9 — 0 7 1 6 ． 4 0 ． O 8 8 O ． 1 4 F 2 5 0 2 4 ．5 0 ~4 0 ． 6 5 m 高程 5 结束语 ( 1 )自密实混凝土坍扩度 大、含气量损失大 ，硬化混 凝土含 气量 低 ，是 自密 实 混 凝 土抗 冻 耐 久 性 差 的 主 要 原因。 ( 2 )加强混凝 土现场质量控制 ，在混凝土原材料保证 质量的条件下，重点加强控制混凝土含气量损失，及时 调整引气剂掺量，确保 自密实混凝土抗冻耐久性达到设 计要求 。 ( 3 )实践表明 ，自密实混凝 土出机含气量 的控 制应 大 于常态 、泵送混凝 土的控 制值 ， 目前 按 5 ～7 上 限控 制 比较合 理。