高性能混凝土(HPC)在北京奧林匹克公園地下商業(yè)工程的應(yīng)用/
21世世紀(jì)將是高性能混凝土(HPC)發(fā)展的時代。1994年我國發(fā)布的《中國21世紀(jì)議程--中國21世紀(jì)人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書》指出:“必須尋求一條人口、經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境和資源相互協(xié)調(diào),既能滿足當(dāng)代人需求,而又不對滿足后代人需求的能力構(gòu)成危害的可持續(xù)發(fā)展的道路?!卑l(fā)展高性能混凝土,可以充分利用各種環(huán)保性材料、外加劑、摻合料來達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、降低工程造價的目的,符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
吳中偉院士曾經(jīng)提出:高性能混凝土是一種新型的高技術(shù)混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代技術(shù)制作的混凝土,它具有強(qiáng)度高、耐久性好、原料來源廣、制作工藝簡單、成本較底、適用于各種自然環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),針對不同用途要求,高性能混凝土對下列性能有重點(diǎn)地予以保證:耐久性、工作性、力學(xué)性、適用性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)合理性,是各工程領(lǐng)域混凝土材料的最新發(fā)展方向。
北京奧林匹克公園地下商業(yè)工程南側(cè)為奧運(yùn)會主會場--“鳥巢”,西南側(cè)為國家游泳館--“水立方”,西側(cè)隔奧林匹克景觀大道與奧運(yùn)會國際新聞廣播中心相望;東側(cè)為地下通道,地下商業(yè)頂板上部為奧林匹克景觀水系--奧運(yùn)湖,地下商業(yè)是鑲嵌在奧林匹克公園中一棵璀璨的明珠。
地下商業(yè)工程總建筑面積173000平方米,南北長405米,東西長207米,主體結(jié)構(gòu)為鋼筋砼框架—抗震墻結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)形式為梁式筏板基礎(chǔ),地下兩層,局部夾層,外墻為抗?jié)B砼C40S12,內(nèi)墻和獨(dú)立柱C50,框架梁、板
C35,地下一層頂板上部為景觀水系,頂板砼要求為抗壓、阻銹、抗?jié)B、抗凍、膨脹的高性能砼。
高性能砼的配制技術(shù)要求
高性能混凝土的配制除選用優(yōu)質(zhì)水泥、集料、水外,還須摻加足量的摻合料與高性能外加劑,即“雙摻法”。
雙摻法基本原理:摻入高性能外加劑能夠大幅度降低水膠比、用水量及水泥用量,改善混凝土的流動性、和易性、技術(shù)性以及阻止鋼筋銹蝕;而摻入摻合料則能降低水泥用量、降低水化熱和混凝土堿含量,提高混凝土密實(shí)性和體積穩(wěn)定性,從而達(dá)到提高混凝土耐久性的目的。
采用常規(guī)生產(chǎn)工藝,利用碎石、碎卵石、天然砂和普通P.O42.5水泥,選用高性能的外加劑與一級粉煤灰配制高性能泵送混凝土,其性能指標(biāo)如下:
配制強(qiáng)度:fcu,28≥42Mpa,依據(jù)JGJ55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》及北京市地方性標(biāo)準(zhǔn)《混凝土礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》;坍落度:180±20毫米,60分鐘坍落度經(jīng)時損失不大于30毫米;擴(kuò)展度:D≥500毫米;摻合料摻量符合《混凝土礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》;砼外加劑選用西卡阻銹劑
901、UEA膨脹劑、泵送劑CON-10優(yōu)質(zhì)的外加劑;C35混凝土初凝時間6-8小時,終凝時間與初凝時間盡量縮短。
高性能混凝土具有優(yōu)異的工作性:流動性大,粘聚性好,不離析、不泌水,能滿足汽車泵送要求。
高性能砼的原材料選擇及配合比確定
高性能砼所用的原材料,除傳統(tǒng)砼所用的水泥、砂、石和水外,還有化學(xué)外加劑(亦稱為砼的第五組分)和礦物外加劑(亦稱為砼的第六組分)。使用新型的高效減水劑和磨細(xì)礦物外加劑(或稱礦物摻合料)是使砼達(dá)到高性能的主要技術(shù)措施。前者能降低砼的水膠比,增大坍落度和控制坍落度損失,賦予砼高致密性和良好的工作性;后者能填充膠凝材料的孔隙,參與膠凝材料的水化,除提高砼的致密性外,還能改善砼的界面結(jié)構(gòu),提高砼的耐久性和強(qiáng)度。
原材料的選擇
選用水泥的主導(dǎo)思想是:根據(jù)高性能砼的特點(diǎn),選用水泥應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度,同時具有良好的流變性,并與目前廣泛應(yīng)用的高效減水劑有很好的適應(yīng)性,較容易控制坍落度損失,普通水泥和硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級完全可以滿足高性能砼配制的需要,最常使用的是P.O42.5水泥。
選用集料的主導(dǎo)思想是:集料是砼的主要組成材料之一,在砼中約占3/4。正確選擇集料的品種是配制高性能砼的基礎(chǔ)。集料在傳統(tǒng)砼中主要起骨架作用并減少由于膠凝材料在凝結(jié)硬化過程中干縮濕脹所引起的體積變化,同時還作為膠凝材料的廉價填充料。
集料應(yīng)優(yōu)選潔凈、級配良好、空隙較小的粗骨料,砼處于潮濕環(huán)境的地下工程應(yīng)選用低堿性骨料。細(xì)集料對砂的質(zhì)量要求主要包括:細(xì)度模數(shù)、顆粒級配、含泥量、泥塊含量、堅固性、有害雜質(zhì)含量和堿活性。高性能砼對粗集料的質(zhì)量要求主要包括:顆粒級配、針片狀顆粒含量、含泥量、泥塊含量、強(qiáng)度(巖石抗壓強(qiáng)度和壓碎指標(biāo)值)、堅固性、有害雜質(zhì)含量和堿活性。
拌合水采用自來水。
外加劑方面,混凝土為泵送砼要求有較大的流動性,并能在較長時間內(nèi)保持這種性能,即塌落度損失小,黏性較好,砼不離析,不泌水,外觀要求達(dá)到清水砼標(biāo)準(zhǔn)。
粉煤灰能改善混凝土施工性能和力學(xué)性能、減少混凝土需水量、避免混凝土拌合物的離析、泌水,改善工作性、減少坍落度損失。
高性能混凝土配合比
混凝土配合比應(yīng)主控以下三個主要參數(shù):水灰比,用水量和砂率。通常情況下水灰比的大小決定了砼的強(qiáng)度,用水量對砼的流動性和密實(shí)性有很大影響,同時對砼配合比的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響顯著。砂率對砼的影響主要體現(xiàn)在流動性和和易性。級配好、細(xì)度合適的砂子以及適當(dāng)?shù)纳奥?,對砼的工作性、?qiáng)度及耐久性有較大影響。
混凝土拌合物性能試驗
高性能砼的優(yōu)良工作性,即包括傳統(tǒng)砼拌合物工作性中的流動性、黏聚性(抗材料分離性)和泌水性等方面,又包括現(xiàn)代砼為適應(yīng)泵送、免振等施工要求而要求的大流動性、坍落度保留好等方面。加之高性能砼突出特點(diǎn)之一是在新拌狀態(tài)下具有與施工方法相適應(yīng)的優(yōu)良的工作性,高性能砼工作性的測試和現(xiàn)場檢驗就變得更為重要。測試工作包括以下幾個方面:混凝土拌合物工作性能試驗、硬化混凝土力學(xué)性能試驗、混凝土耐久性試驗(收縮性能、抗?jié)B性能、抗凍性能、抗凍性能、堿—骨料反應(yīng)),各項性能均達(dá)到要求才行。
經(jīng)驗總結(jié)
1)要選擇具有良好生產(chǎn)能力的砼攪拌站,考察它是否具有高性能砼的配制、生產(chǎn)、供應(yīng)能力,站內(nèi)試驗室是否對高性能砼具有配制和檢測能力。
2)加強(qiáng)現(xiàn)場檢測砼的措施,砼運(yùn)至施工現(xiàn)場后要增大對砼的坍落度的檢測頻率,要求砼具有良好的和易性,不離析、不泌水。
3)嚴(yán)格控制攪拌站砼專用原材料進(jìn)站質(zhì)量,各項技術(shù)檢測指標(biāo)必須符合試驗時所用原材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),選擇性能良好的砼外加劑,因為砼外加劑對砼的各項性能的作用是越來越大,成為了名副其實(shí)的第五組分。應(yīng)用于砼中,改善砼拌合物的工作性,良好的坍落度保持性能,提高砼的均質(zhì)性,降低單方砼的堿含量,降低砼的收縮,提高體積穩(wěn)定性和耐久性,從而使得砼實(shí)現(xiàn)高性能化。
4)加強(qiáng)對砼澆注過程的控制,減少砼表面水的蒸發(fā)速度。在夏季高溫、多風(fēng)的天氣情況下,減少或避免砼表面的陽光直射,降低砼表面的風(fēng)速都是減少砼表面水蒸發(fā)速度的有效措施。
5)養(yǎng)護(hù)前注意及時進(jìn)行表面收光,由于收縮裂縫在砼初凝前后均有出現(xiàn)的可能,所以應(yīng)注意及時進(jìn)行表面收光,初凝至終凝這段時間內(nèi)留意觀察表面狀況,并根據(jù)需要再進(jìn)行一次或多次收光。
6)要特別注意砼的及時養(yǎng)護(hù),在初凝以后,如果在砼表面灑水而水泥漿不流失,則可盡早灑水養(yǎng)護(hù),并覆蓋土工布、草簾等進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。
7)通過在北京奧林匹克公園地下商業(yè)工程結(jié)構(gòu)頂面C35P12高性能混凝土的澆注施工實(shí)踐證明,利用多種高效外加劑及摻合料,采用科學(xué)的混凝土配合比配制C35P12高性能混凝土,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、澆注到用麻布、塑料薄膜包裹養(yǎng)護(hù)等各項工序銜接配合。完全可以有效解決
C35P12高性能混凝土在大空間大面積上易出現(xiàn)的質(zhì)量問題。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)。
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