聚羧酸系減水劑在銀泰中心工程C50、C60自密實(shí)混凝土施工中的應(yīng)用簣

2006-08-24 00:00

摘要：本文通過采用聚羧酸系高效減水劑經(jīng)過大量的混凝土試配及各項(xiàng)試驗(yàn)，配制出C50、C60高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土，并采取有效的混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制措施，采取免振搗工藝，解決了箱型柱、高密度鋼筋的中筒墻以及大體積、超密度鋼筋轉(zhuǎn)換梁等不宜或根本無法振搗的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中混凝土澆注施工中等難題，同時(shí)達(dá)到清水混凝土標(biāo)準(zhǔn)的外觀效果。

關(guān)鍵詞：聚羧酸自密實(shí) 免振搗高強(qiáng)度箱型柱大體積轉(zhuǎn)換梁

一、前言

隨著近年來建筑風(fēng)格的日新月異的變化以及各種使用功能的不斷創(chuàng)新，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性不斷提高，施工難度也不斷加大。因此對(duì)于作為建筑施工中應(yīng)用量最多，使用范圍最廣泛的建筑材料——混凝土——來說，對(duì)其本身性能的要求也隨之不斷提高，如何配制和生產(chǎn)出高性能的混凝土來解決日益復(fù)雜的施工難題成為當(dāng)前我們廣大從事建筑施工和建材生產(chǎn)、科研人員面臨的重要課題。

自密實(shí)混凝土就是解決在澆注成型過程中有無法克服的工程結(jié)構(gòu)施工的需要而產(chǎn)生，如混凝土成型過程中無法振搗的工程結(jié)構(gòu)施工及市區(qū)擾民問題等。自密實(shí)高性能混凝土（SCHPC, Self Comacting High Performance Concrete）是一個(gè)較新的概念，SCHPC保持了高勻質(zhì)和高聚合性，混凝土拌合物不會(huì)離析、分散。具有自密實(shí)特性的高性能混凝土是我國(guó)未來混凝土技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，而聚羧酸系減水劑的成功應(yīng)用，為配制優(yōu)質(zhì)的自密實(shí)混凝土和解決自密實(shí)混凝土在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的施工問題，提供了一個(gè)良好的解決途徑。

二、工程概況

由北京銀泰置業(yè)有限公司投資建設(shè)，北京城建集團(tuán)總承包部承建的銀泰中心工程地處CBD商圈核心地帶，投資總額為35億元。其中分A、B、C三座塔樓，施工現(xiàn)場(chǎng)地處國(guó)貿(mào)大廈南側(cè)繁華地帶，因此混凝土技術(shù)難度、生產(chǎn)供應(yīng)組織難度、施工澆注難度均極大。該工程A區(qū)鋼結(jié)構(gòu)箱型柱設(shè)計(jì)采用自密實(shí)混凝土澆注，隨著施工延續(xù)，其A塔樓中筒墻和B、C區(qū)的東西塔樓轉(zhuǎn)換梁根據(jù)自密實(shí)混凝土在箱型柱中的優(yōu)良施工效果，相繼變更為自密實(shí)混凝土澆注。為此負(fù)責(zé)該工程混凝土供應(yīng)的北京城建道橋銀龍混凝土分公司技術(shù)人員經(jīng)過精心準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)配置出科學(xué)合理的混凝土配合比，制定翔實(shí)、周密的混凝土生產(chǎn)組織及質(zhì)量保障方案，密切配合施工單位，圓滿的完成了C50、C60自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)供應(yīng)和質(zhì)量保障工作，取得圓滿成功。

三、自密實(shí)混凝土主要技術(shù)指標(biāo)要求

自密實(shí)混凝土主要技術(shù)指標(biāo)要求

1、坍落度：≥260mm，經(jīng)時(shí)損失≤20mm/h

2、擴(kuò)展度：≥600mm

3、填充性：U型連通器試驗(yàn)，高差Δh≤5mm

4、抗離析性能：良好

四、原材料選用

自密實(shí)混凝土的性能特點(diǎn)不同于普通混凝土也不同于一般的高性能混凝土，其自密實(shí)的特性決定了必須選用優(yōu)質(zhì)的外加劑。這種外加劑要達(dá)到以下效果：

（1）可控制工作性像粘稠液體一樣柔軟的混凝土；

（2）極高的減水率，在30%~35%；

（3）使混凝土內(nèi)聚力極強(qiáng)且拌合物狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定。

1、外加劑：初選西卡公司生產(chǎn)的的聚羧酸系自密實(shí)型SK-V減水劑、清華大學(xué)華迪外加劑廠NF-2-6高效萘系減水劑、北京方興化學(xué)建材有限公司JF-7萘系超塑化劑共三種外加劑，均為無氯低堿不含尿素的環(huán)保型外加劑。經(jīng)外加劑基本性能試驗(yàn)，均符合高效減水劑技術(shù)指標(biāo)（見表1）：

表1

種類	減水率	凈漿流動(dòng)度	28天抗壓強(qiáng)度比	鋼筋銹蝕
1、西卡	34%	230mm×230mm	131%	無銹蝕
2、JF-7	25%	220mm×215mm	123%	無銹蝕
3、NF	32%	230mm×235mm	126%	無銹蝕

自密實(shí)混凝土的性能特點(diǎn)不同于普通混凝土，也不同于一般的高性能混凝土，其自密實(shí)的特性決定了必須選用特殊的優(yōu)質(zhì)的外加劑。

根據(jù)以上性能要求和試驗(yàn)結(jié)果決定采用1、3兩種進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。

2、水泥：采用北京水泥廠京都牌水泥P.O42.5低堿水泥，該水泥早期強(qiáng)度及后期強(qiáng)度較高（見表2）

表2

項(xiàng)目	標(biāo)準(zhǔn)稠度	3d強(qiáng)度（壓/折）	28天強(qiáng)度（壓/折）	安定性
試驗(yàn)結(jié)果	28.5%	30.5Mpa/5.2Mpa	58.4 Mpa /8.6 Mpa	合格

3、粉煤灰：天津恒同力Ⅱ級(jí)以上粉煤灰。細(xì)度≤15%，需水量比≤98%。

4、砂子：采用潮白河系低堿活性細(xì)骨料，中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.4—2.8

5、石子：0.5-2.0cm三河機(jī)碎石。

五. 混凝土配合比技術(shù)要點(diǎn)及試配情況

1、保證足夠的膠凝材料用量，以確?；炷恋拇罅鲃?dòng)性和粘聚力。

2、大量摻加粉煤灰以改善混凝土和易性，增加流動(dòng)性，同時(shí)進(jìn)一步降低高強(qiáng)混凝土的水化熱。

3、在配合比設(shè)計(jì)中摻加混凝土高效劑，降低混凝土單方用水量，降低水灰比，提高混凝土強(qiáng)度，改善混凝土和易性，提高混凝土流動(dòng)性。

4、為保證混凝土的大流動(dòng)性，同時(shí)保證混凝土強(qiáng)度，在粗骨料的選擇上，我們采取最大粒徑為2.0cm的連續(xù)級(jí)配的機(jī)碎石。

依據(jù)以上原則，初步制定6個(gè)配比，按照正交試驗(yàn)方法，進(jìn)行性能對(duì)比試驗(yàn)，按照坍落度、擴(kuò)展度、倒置凈空、U型流通早期及后期強(qiáng)度等性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)考核。西卡公司提供聚羧酸系減水劑培制的效果最佳，這種自密實(shí)型外加劑SK-V的作用機(jī)理是，通過表面的吸收，具有空間上對(duì)水泥顆粒的位阻效應(yīng)，因而能夠阻擋暫時(shí)的水化作用，混凝土拌合物狀態(tài)在2.0小時(shí)內(nèi)保持穩(wěn)定，它在提高混凝土流動(dòng)性的同時(shí)保持其粘聚性（抗離析性），不泌水，不產(chǎn)生砂石骨料下沉現(xiàn)象，屬兩性表面活性物質(zhì)，HLB值低，憎水基分子量較大。在分散過程中與水泥顆粒的接觸面大，所以從水泥-水網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中釋放出的自由水量大，因此減水效果很明顯，且凝結(jié)時(shí)間正常。

混凝土各齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)效果好，表明自密實(shí)混凝土流動(dòng)性好，均勻性高，完全達(dá)到預(yù)設(shè)之要求，克服了由于振搗不便引起的種種困難。硬化后的混凝土試件經(jīng)破碎后，可觀察到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密均勻。經(jīng)檢驗(yàn)，強(qiáng)度和耐久性均達(dá)到或超過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)定的要求。

六. 混凝土配合比的確定及強(qiáng)度情況

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，選擇坍落度及擴(kuò)展度保留值最好、坍度桶倒置留空時(shí)間、U型連通儀高差符合要求的2號(hào)配方作為初步采用的混凝土配合比，采用自密實(shí)方式成型的3天、7天、14天、28天齡期的邊長(zhǎng)為150mm的試件，其強(qiáng)度如表（見表10）。

齡期	3天	7天	14天	28天
MPa值	46.8	63.0	70.8	75.6
%	78	105	118	126

七、混凝土生產(chǎn)過程控制及質(zhì)量保證措施：

1、混凝土攪拌方式：攪拌機(jī)攪拌前進(jìn)行徹底清洗，攪拌時(shí)間定為180秒，投料順序?yàn)橄认律笆耙话胗盟?，攪?/FONT>5s后，再下水泥和摻合料攪拌，然后加入外加劑和剩余的水，混凝土攪拌時(shí)間延長(zhǎng)至90s，調(diào)整工藝性要求合適后連續(xù)生產(chǎn)。

2. 混凝土出站質(zhì)量控制：根據(jù)自密實(shí)混凝土的性能要求，質(zhì)檢部對(duì)每車混凝土嚴(yán)格進(jìn)行混凝土坍落度試驗(yàn)、擴(kuò)展度試驗(yàn)、倒置清空試驗(yàn)，合格后方可送工地澆注。

3. 混凝土坍落度損失的控制和調(diào)整

根據(jù)運(yùn)距、交通狀況以及澆注進(jìn)度，每一輛混凝土運(yùn)輸車上攜帶一桶SK-V聚羧酸減水劑，由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員負(fù)責(zé)根據(jù)混凝土實(shí)際坍落度與需求坍落度之差距情況予以適當(dāng)調(diào)整。嚴(yán)格禁止向地泵和罐車中的混凝土里加水，以免影響強(qiáng)度。

八、工程實(shí)踐情況

1、C60自密實(shí)混凝土在A塔樓箱型柱結(jié)構(gòu)中施工應(yīng)用

銀泰中心工程北塔樓（A區(qū)）高249.9m，地上62層，地下四層，其中地下四層均采用C60自密實(shí)混凝土箱型鋼板柱結(jié)構(gòu)，柱子高達(dá)10~12m，內(nèi)設(shè)橫隔板，混凝土澆注施工難度大。為確保該部位混凝土澆注工作的順利完成，根據(jù)箱型柱結(jié)構(gòu)要求，混凝土只能由柱模及箱型鋼板上口注入，并經(jīng)由每層隔板上僅有的直徑200mm的圓孔自然流淌到底層。每層落差（即隔板間距）達(dá)4m，總高度達(dá)12m 以上，故無法振搗，采用自密實(shí)（免振搗）混凝土工藝進(jìn)行澆注。在我分公司院內(nèi)成功的進(jìn)行了一次試驗(yàn)柱模擬施工后，于2005年7月進(jìn)行了第一次實(shí)體澆注。施工澆注過程中，各環(huán)節(jié)嚴(yán)格遵照試驗(yàn)柱生產(chǎn)施工模擬的程序，對(duì)混凝土原材料檢測(cè)、混凝土施工配合比的簽發(fā)、生產(chǎn)攪拌、混凝土出廠檢測(cè)、運(yùn)輸?shù)却?、澆注前混凝土性能指?biāo)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、澆注速度等各環(huán)節(jié)嚴(yán)格盯控，層層把關(guān)，罐車自開盤耗時(shí)35分鐘運(yùn)送至自密實(shí)混凝土，到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，坍落度≥260mm，擴(kuò)展度≥600mm，，采用吊斗施工，澆注歷時(shí)2個(gè)多小時(shí)，混凝土狀態(tài)始終保持無明顯變化，1小時(shí)內(nèi)坍落度無損失，2小時(shí)坍落度損失小于20mm。最終順利成功完成了C60自密實(shí)混凝土箱型鋼板柱的施工澆注。后期又澆注C60自密實(shí)混凝土箱型柱幾十根，質(zhì)量穩(wěn)定。

2、C60自密混凝土在A區(qū)北塔樓中筒墻施工應(yīng)用

銀泰中心工程北塔樓中筒墻原設(shè)計(jì)為普通C60混凝土，但墻體僅400厚，鋼筋異常密集，項(xiàng)目部初期擬采用小粒徑石子普通C60混凝土澆注，根據(jù)箱型柱施工成功經(jīng)驗(yàn)和良好效果，為確保C60混凝土強(qiáng)度和澆注質(zhì)量，最終決定采用C60自密實(shí)混凝土澆注，在2004年8月—10月間進(jìn)行了兩次澆注，每次澆注量在100m³以上，澆注過程順利，混凝土流動(dòng)性好，通過有限的輔助振搗，第一次實(shí)現(xiàn)了聚羧酸系減水劑配制的C60自密實(shí)混凝土的較大方量的連續(xù)澆注。拆模后，墻體外觀光亮平整，無明顯氣泡。留置試塊28天強(qiáng)度平均70M Pa以上。

3、C50自密實(shí)混凝土在C、B區(qū)東西塔樓大體積轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)中的施工應(yīng)用

銀泰中心工程?hào)|西塔樓轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)尺寸為2m×6m，結(jié)構(gòu)中鋼筋異常密集，以至于許多地方無法振搗，下“灰”困難，且由于結(jié)構(gòu)本身的原因，只能從結(jié)構(gòu)表面下“灰”，這樣混凝土只有靠將從6米高處，穿過密集的鋼筋自由下落流淌到結(jié)構(gòu)底下，而且結(jié)構(gòu)體積較大，一次混凝土澆注量大1500 m³。經(jīng)過精心組織，我分公司南北兩站三臺(tái)機(jī)組同時(shí)生產(chǎn)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和協(xié)調(diào)，2005年1月和4月分別澆注C50自密實(shí)混凝土，兩次累計(jì)澆注近3000 m³。拆模后大尺寸的結(jié)構(gòu)外露部分，平整光潔，氣泡極少，自密實(shí)充填性良好，無任何蜂窩狗洞現(xiàn)象發(fā)生。工地成型試塊24組，攪拌站成型試塊18組，全部合格，其中 7天強(qiáng)度平均達(dá)到51MPa；28天平均強(qiáng)度達(dá)到65MPa ，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的130%。

九、幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

1、嚴(yán)格控制自密實(shí)混凝土專用外加劑上貨質(zhì)量，按照樣品試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)檢測(cè)指標(biāo)必須符合試驗(yàn)時(shí)所用原材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2、聚羧酸減水劑摻量較低，攪拌機(jī)計(jì)量必須準(zhǔn)確，誤差要小于生產(chǎn)普通混凝土?xí)r50%。

3、施工配合比使用時(shí)精確檢測(cè)砂、石的含水率，嚴(yán)格控制單方用水量。

4、聚羧酸外加劑必須單獨(dú)存放、單獨(dú)計(jì)量，投料時(shí)先入水秤中，各環(huán)節(jié)中不得與萘系外加劑接觸，否則失效。

5、建議使用不銹鋼或塑料容器，避免使用鑄鐵或普通鐵罐否則會(huì)對(duì)罐體造成腐蝕，同時(shí)影響聚羧酸減水劑性能。

6、攪拌時(shí)間控制要準(zhǔn)確，不得小于120秒，不得超過200秒。因攪拌時(shí)間是生產(chǎn)普通混凝土的4倍以上，故生產(chǎn)效率。

7、裝卸自密實(shí)混凝土前后的罐車必須對(duì)罐體內(nèi)進(jìn)行徹底清洗，并放凈余水。

十、結(jié)束語

通過大量混凝土試配及各項(xiàng)材料試驗(yàn)及在銀泰中心箱型柱、中筒墻和大體積轉(zhuǎn)換梁等復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的混凝土澆注施工實(shí)踐證明，利用聚羧酸系高效減水劑，采用科學(xué)的混凝土配合比配制C50、C60高強(qiáng)度高性能自密實(shí)混凝土，采取嚴(yán)格、特殊的混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制措施和周密的施工部署，保持混凝土供應(yīng)和澆注的連續(xù)性，注重施工中從泵送（或吊送）、澆注、抹面到覆蓋養(yǎng)護(hù)等各項(xiàng)工序銜接配合。完全可有效解決北京地區(qū)大型商業(yè)樓宇復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的混凝土澆注施工難題。而且可確保拆模后混凝土外觀質(zhì)量光潔平滑，色澤均一，尺寸嚴(yán)整，達(dá)到清水混凝土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。但混凝土的其他耐久性能試驗(yàn)如收縮試驗(yàn)、徐變?cè)囼?yàn)尚未全面細(xì)化的進(jìn)行。有待于在今后的科研和實(shí)踐中進(jìn)一步充實(shí)、完善。