欧洲标准体系下高性能混凝土的设计与制备.pdf

2 0 1 6年 第 3 期 (总 第 3 1 7 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 6 ( T o t a l N o 3 1 7) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M D( ED CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 6 0 3 0 2 7 欧洲标准体 系下高性能混凝土的设计与制备 陈希 ， 周宇 飞 ， 刘 云鹏 ， 刘新权 ( 1 中信建筑设计研究总院有限公司， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 4 ； 2 中建商品混凝土有限公司，湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 ； 3 武汉理工大学 硅酸盐材料国家重点实验室，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ； 4 湖北省交通规划设计院，湖北 武汉 4 3 0 0 5 1 ) 摘要 ： 以阿尔及利亚嘉玛大清真寺项 目宣礼塔高性能混凝土工程为例 ， 介绍在欧洲标准体系下， 识别并攻克技术难题 ， 实现高 性能混凝土配合比设计与施工的过程 ， 为海外项 目尤其是执行欧洲标准的混凝土设计与制备提供技术参考。 关键词 ： 欧洲标准体系； 高性能； 混凝土； 设计； 制备 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 1 0 6 0 4 D e s i g n a n d p r e p a r a t i o n o f h i g h p e rfo r m a n c e c o n c r e t e u n d e r t h e EN s y s t e m CHEN Xi ， ZHO U Yu f e i ， LI U Yu n pe n g ， LI U Xi nq u a n ( 1 CI T I C G e n e r a l I n s t i t u t e o f A r c h i t e c t u r a l De s i g n a n d Re s e a r c h C o ， L t d ， Wu h an 4 3 0 0 1 4， C h i n a ； 2 CS CEC Re a d y Mi x Co ， Lt d ， Wu ha n 4 3 0 0 7 4， Ch i n a；3 St a t e Ke y La b o r a t o r y o f S i l i c a t e Ma t e ria l s f o r Ar c hi t e c t u r e s， W u h a n Un i v e r s i t y o f Te c hn o l o g y， W u h a n 43 0 0 7 0， Ch i n a；4 Hu b e i P r o v i n c i a l C o m mu n i c a ti o n s P l a n n i n g a n d D e s i g n I n s ti t u t e ， Wu h a n 4 3 0 0 5 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Au t h o r t o th e G r e a t Mo s q u e o f Al g e ri a ( Dj a ma a e l D j a z a i r ) p r o j e c t o f h i g h p e rfo r ma n c e c o n c r e t e e n g i n e e r i n g a s a n e x a mp l e ， i n t r o d u c e i n t he EN s ys t e m ， i d e n tif y a n d c a p t u r e t e c h n i c a l p r o b l e ms， t o a c h i e v e h i g h p e rfo r manc e c o n c r e mi x tha n t h e p r o c e s s o f d e s i g n and c o n s t r u c t i o n， th e o v e r s e a s p r o j e c t s e s p e c i a l l y e x e c u ti v e E u r o p e a n s t and a r d o f c o n c r e t e d e s i g n a n d p r e p a r a t i o n t o p r o v i d e t e c h n i c a l r e f e r e n c e Key wor ds： EN s y s t e m； h i g h p e r f o rm a n c e； c o n c r e t e； d e s i g n； p r e p ara t i o n 1 背景 1 1 工程 概 述 阿尔及利亚嘉玛大清真寺位于首都 阿尔及尔 中轴线 上 ， 地处地中海 畔。 项 目建筑面积 4 0万 m ， 包括宣礼 塔、 祈祷厅 、 伊斯兰学 院、 图书馆及文化 中心等 1 2座建 筑 ， 其 中宣礼塔高 2 6 5 m， 为世界宣礼塔之最。 嘉 玛大清真寺建 成后将成为非洲高度 最高、 规模最 大的建筑 ， 也将是世界 第三大清真寺 ， 可同时容纳 3 6 0 0 0名穆斯林 ， 将成为阿尔 及利亚重要宗教集会场所 ， 同时也将成 为吸引各 国历史学 家 、 艺术家 、 学者以及旅游者 的文化 中心。 1 2欧洲标 准体 系简介 欧洲混凝土结构技术标准是 由混凝 土和相关产 品技 术委员会 ( C E N T C 1 0 4) 制定 ， 主要包括以下标准 ： ( 1 ) 欧洲混凝土结构设计标准 ； ( 2 ) 欧洲混凝土组成材料成分标准 ； ( 3 ) 欧洲 混 凝 土产 品 的规定 、 性 能 、 生产 和 合 格性 标准 ； ( 4 ) 欧洲混凝土施工标准 ； ( 5 ) 欧洲混凝土试验标准 ； ( 6 ) 欧洲结 构和预制 混凝土构件 的混凝 土强度评定 收稿 E l 期 ： 2 0 1 5 0 4 1 3 1 0 6 标准 ； ( 7 ) 欧洲实体结构混凝土强度检测标准； ( 8 ) 预制混凝土产 品标准 。 本项 目明确要求所有的设计 、 施工和质量控制过程必 须严格执行欧洲标准 。 为此 ， 项 目组对涉及到混凝土工程 的欧洲标准进行了整理、 归纳与总结 ， 见表 1 。 由表 1 可见， 欧洲标准体系十分系统而完整， 从结构 设计到混凝 土原材料再 到产 品生产工 艺、 质量控 制与检 验 ， 形成完成的链条 ， 确保评定标准的客观性和唯一性。 标 准排除了工程类型的影响 ， 无论用于何种工程 的混凝 土 ， 只要符合欧洲标准 ， 即可对混凝土进行合法有效地全面评 价。 另外， 与我国混凝土标准体系复杂， 国标、 行业规范、 地 方标准并 存 ， 缺乏统 一性 的局 面不 同， 欧洲 标准 全部 由 C E N组织制定并进行修改 ， 避免标准不同意导致质量评定 标准混乱的局面。 2 混凝 土技术难点 项 目伊始 ， 根据欧洲标准体 系、 合同条款 的相关 要求 和项 目工程技术特征 ， 识别出宣礼塔壁式桩 、 底板 和主塔 剪力墙混凝 土为 主要技 术难点 ， 其相关技 术指标 要求 见 表 2 表 1 混凝 土 相关 欧洲标 准 施工部位 强度等级 工作性能 力学性能 耐久性能 其他性能 主要执行标准 同时 ， 项 目组对阿尔及利亚区域 内的原材料进行全面 调查 ， 掌握 区域原材料 的质量状况 ， 调查 结果及与 国内工 程项 目存在的不利因素见表 3 。 结合项 目所需特殊混凝土的技术要求和区域地材的 表 3 区域地材调查结果与分析 不利因素， 可分析出项 目在原材料方面存在如下技术难题 ： ( 1 ) 壁式桩混凝土水下灌注 的施工方式要求混凝 土具 有 自流平 、 低黏度 、 不离析的特点 ， 但 区域 内既无改善 和易 性的粉煤灰 ， 砂又太细 ， 石子泥块含量和级配均不理想。 根 据经验 ， 很有可能导致混凝土黏性太大 ， 难以顺 利灌注 ， 无 法达到施工要求 。 ( 2 ) 底板混凝土对强度和和易性要求不高 ， 但对温度 要求非常严格 。 任何情 况下， 底板 中心最 高温度不得超过 7 0 ， 而当地夏季最高气温在 4 0以上 ， 冬季最低气温也 在 1 5左右 ， 区域气候导致原材料温度较高 ， 难 以将混凝 土最高温度控制在 7 0以下 。 这就要求混凝土早期水化 硬化较慢 以尽量控制水化温升， 而 当地水泥又存在早强高 热的特性 ， 与技术要求 相矛盾 ， 尽管考虑 了预埋冷 却水管 降温的技术措施 ， 但对于配制符合技术要求的混凝土仍是 很 大的挑战。 ( 3 ) 宣礼塔混凝土为 C 6 0 ， 要求泵送到 2 6 5 m， 核心最 高温度不能超过 7 0 ， 但又要求混凝土具备一 定早强特 性 ， 3 d 强度不得低于 3 0 MP a ， 即混凝 土应 同时具备低热 、 早强和长距离泵送 的性 能， 以实 现爬模 施工 ， 提高施工 效 率 。 而当地水泥早强高热特征十分 明显 ， 又缺乏矿 物掺 合 料 ， 骨料质量也 比较差 ， 这些不利 因素 与技术 指标 的矛 盾 非常突出 ， 配合比设计难度 巨大。 3 高性 能混凝 土的制备与应 用 针对上述矛盾 ， 根据不 同混凝土 的特性 ， 结合 当地 原 材料特点 ， 采取各种措施解决技术难题 ， 试验将 以壁式桩 、 底板和宣礼塔剪力墙为例 ， 介绍本项 目技术难点 的攻克思 路和欧洲标准的基本应用 。 3 1 壁式桩混凝土 针对当地原材料的缺陷， 为使混凝土性能符合欧标和 施工要求 ， 首先进行 了探索性试验 ， 但一般 配合 比设计 的 混凝 土整体性 能不符合施工 需要 ， 随后 ， 项 目组 对表4 总 1 07 表4普通混凝土与壁式桩混凝土参数及性能比较 的普通型混凝土配合 比进行调整 ， 同时采取 了表 5中所列 的技术措施 ， 最终达到标准及施工所需 的技术要求。 采取上述措施后 ， 经验证混凝土所有性 能达到设计要 求 ， 施工过程控制 良好 ， 6 0根壁式桩混凝土和易性 、 强度及 桩身声测试验合格率均 为 1 0 0 ， 实施效果 良好。 3 2底 板 混 凝 土 过 7 0 ， 因此应首先验证混凝土的热工特性 ， 确保符合 欧 标后才能施工 。 而 国内鲜有对混凝土最高温度提 出限制 的 工程 ， 这也是 国标和欧标 的一个重大区别。 项 目组对此 给 予了高度重视 ， 并特地从 国 内进 口 I 级粉煤灰 ， 用 于平 抑 水化温峰。 配合 比见表 6 ， 主要技术措施见表 7 。 为验证底板混凝土的控温效果 ， 制作内边长为 2 m 的 根据 E N 1 3 6 7 0 ， 底板 混凝土要求 内部最 高温度不 超 正 方体测 温模具 ， 模 具6 个 面均 用3 6 c m厚 聚苯板 保温 ， 表 6底板 混凝 土配合 比组成 使模具 内混凝土处于准绝热状态。 在试件的中心位置预埋 温度监 测点 ， 浇灌 混凝 土后 立 即开 始温 度 临测 ， 频 率 为 1次 2 h ， 持续至温度开始下 降， 温度监测结果见图 1 。 图 1 底 板混 凝土 温度监 测结 果 施工过程 中， 在材料和施工方面均采取相应 措施 ， 采 用低水化热 的抗 硫酸盐水泥配合少量粉煤灰 以降低混 凝 土本身的发热 ， 在底板 中央预埋循环 冷却水管 ， 成 功将 混 凝土核心温度控制在 5 9以下 ， 取样的 1 5组试块平均强 度 4 5 1 MP a ， 最低 1 组强度 4 1 8 MP a ， 满足设计要求 。 1 08 3 3 剪力墙 宣礼塔剪力墙为 C 6 0混凝土 ， 在整个阿尔及利亚都是 极少使用 的， 特别 是其他 技术要 求如此苛刻 ， 因此必须先 要进行基准配合 比试验 ， 并在此基 础上 逐步完善 ， 最终实 现所有技术指标。 图 2 高早强低热长程泵送混凝土开发技术路线 由于欧洲标准仅提出了控制指标 ， 并未给出混凝土配 合 比系统的设计方法 ， 若完全按照欧洲标 准开发配合 比， 则需要经验法与枚举法 ( 遍历法 ) 并用 ， 工作量非常大 。 此 时 ， 项 目 组借用中国行业标准 J G J 5 5给出的基于水泥胶砂 C a ( O H) 反应生成水化 硅酸钙胶体 ， 使 得再生混凝 土 中 的骨料空隙得到填充 ， 同时能够使骨料与水 泥浆界面 的黏 结力得到提高 ， 还 能够与再 生混凝 土 的的界面 过渡 区的 C a ( O H) ， 晶体反应 ， 生成韧性好的凝胶体。 从而弥补 了粉 煤灰火 山灰效应滞 后 ， 而导致的火 山灰颗粒之 间， 界 面黏 结不牢引起 的早期强度降低 ， 保证 了再生混凝土的抗压强 度 ， 双掺矿渣微粉 2 0 和粉煤灰 1 0 的再生混凝土各龄 期 的强度 比较理想 。 4结 论 ( 1 ) 双掺矿渣微粉 2 0 和粉煤灰 1 0 的再生混凝土各 龄期 的强度得到保证 ， 同时也具有较好的流动性。 ( 2 ) 再生骨料吸水率较高 ， 用再生骨料替代天然骨料 ， 混凝土 的流动性有所下 降， 粉煤灰 具有明显 的减水效 应 ， 矿渣微粉能显著 提高再生混 凝土 的抗压 强度 ， 但 掺量过 高 ， 增加幅度变小。 ( 3 ) 与基准混凝 土相 比， 再生混凝土抗压强度反 而提 高 ， 粉煤灰单掺降低 了再生混凝 土的强度 ， 双掺矿渣微粉 和粉煤灰要优于单掺粉煤灰， 尤其是早期强度。 粉煤灰与 矿渣微粉双掺对混凝 土强 度的影 响随两者掺量 比例不 同 而有较大差异 ， 其最优掺量比例为 1 ： 2 。 ( 4 ) 在混凝土中同时使用矿渣微粉 、 粉煤灰和再 生骨 料 ， 即能获得高性 能的混凝土 ， 又可以节约大量资源 ， 综合 效益非常显著， 符合生态文明建设的要求。 参考 文献 ： 1 孙家国， 谷艳玲 基于矿渣再生混凝土抗压强度试验分析 J 上接第 1 0 g页 重庆科技学院学报( 自然科学版) ， 2 0 1 4 ( 3 ) ： 1 0 9 1 1 1 E 2 李俊 ， 尹健， 周世琼 ， 等 粉煤灰与矿渣对再生骨料混凝土力学 性能影响的研究 J 混凝土， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 8 0 8 3 3 仝小芳 ， 王欣 ， 杨鼎宜， 等 双掺粉煤灰、 矿渣微粉再生混凝土 基本性能研究 J 中外建筑 ， 2 0 1 4 ( 1 1 ) ： 1 2 4 1 2 5 4 陈伟 ， 焦涛 ， 张茜 ， 等 高钛矿渣骨料掺粉煤灰复合混凝土配制 研究 J 建筑技术 ， 2 0 1 0 ( 8 ) ： 7 5 8 7 6 1 5 吴中伟 高性能混凝土一绿色混凝土 J 混凝土与水泥制品， 2 o o o ( 1 ) ： 3 6 E 6 施惠生， 许碧莞， 阚黎黎 矿渣微粉对混凝土气体渗透性及强 度的影响 J 同济大学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 7 8 2 78 6 7 陈宗平， 周春恒 ， 陈宇良， 等 再生卵石骨料混凝土力学性能试 验研究 E J 建筑材料学报， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 4 6 5 4 6 9 8 I K O N O MO U N D R e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e s J Me n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 2 ) ： 3 1 5 3 1 8 9 孙增昌， 王汝恒， 古松 再生骨料混凝土增强技术研究现状分 析E J 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 5 7 6 0 1 0 罗伯光 ， 覃荷瑛 矿物掺合料对再生混凝土力学性能的影O E J 中外公路 ， 2 0 1 4 ( 2 ) ： 2 6 8 2 7 3 第一作者 ： 孙家国( 1 9 6 8一) ， 男 ， 教授， 硕士 ， 研究方向是建筑新 材料、 新技术的研究与应用。 联 系地 址 联 系电话 福建省武夷山市武夷大道 1 6号 武夷学院土木工程与 建筑学院( 3 5 4 3 0 0 ) 1 59 5 9 7 7 7 4 6 6 表 1 0剪力墙混凝土实现方法 4 结 论 ( 1 ) 欧洲混凝土标 准具有确定性 和唯一性 ， 除非客户 有特殊要求 ， 否则混凝 土均遵守统一标准 ， 为工程技 术人 员开展工作以及工程质量评定带来极大的便利。 ( 2 ) 由于海外项 目多在发展 中国家 ， 当地可组织 的资 源有 限， 要尽快掌握并适应当地材料 。 为保证施工顺利 ， 在 项 目实施初期 ， 必须尽快识别并攻克技术难点 。 ( 3 ) 尽可能利用 当地资源解决技术难题 。 在遇到技术 要求较高 ， 困难较大 的问题 时 ， 可 在保证 质量安全 的前 提 下 ， 大胆尝试新工艺 、 新材料。 ( 4 ) 欧洲标 准没有给 出混凝土 配合 比设计 的具体 方 法 ， 中国标准对此有详 细的规定和说 明， 对欧洲标 准起 到 十分重要的补充作 用 ， 可以有效减少配合 比试验 工作量 ， 从而尽快得到符合设计要求的配合比。 参考文献 ： 1 C o n c r e t e ： E N 2 0 61 s E 2 C e m e n t ： E N 1 9 7 S r 3 A d m i x tu r e s f o r c o n c r e t e ： E N 9 3 4 2 E s f 4 A g g r e g a t e s f o r c o n c r e t e ： E N 1 2 6 2 0 s 5 3 Mi x i n g w a t e r f o r c o n c r e t e ： E N 1 0 0 8 s j E 6 T e s t i n g fl e s h c o n c r e t e ： E N 1 2 3 5 0 s r 7 T e s t i n g h a r d e n e d c o n c r e m： E N 1 2 3 9 0 s r 8 D e s i g n o f c o n c r e m： E N 1 9 9 2 1 1 s r 9 E x e c u ti o n o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s ： E N 1 3 6 7 0 E s 1 0 混凝土质量控制标准 ： G B 5 0 1 6 4 E s 1 1 普通混凝土配合比设计规程： J G J 5 5 s 第一作者 ： 陈希( 1 9 8 3一) ， 女， 工程师 ， 主要从事建筑工程结构、 材料等方面的研究与设计工作。 联系地址 ： 湖北省武汉市江岸区四唯路 8号 中信建筑设计研究 总院第四分院( 4 3 0 0 1 4 ) 联系电话 ： 1 3 9 0 7 1 4 3 8 9 0 11 3