混凝土应用及其几个方面的发展

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 一、 关于水泥混凝土低温施工的论述

随着建筑工业与公路桥梁事业的迅猛发展和设计水平的不断提高，为满足加快各种工程工期提前完成的要求，作为施工淡季的冬天，水泥混凝土的冬季低温施工的情况也大量存在。桥梁混凝土冬季施工特别需要早强的混凝土，这就要求有一套完整的冬季施工技术方案。对于混凝土拌和站来说，必须提前做好冬期施工的准备工作，以便顺利进入冬季低温施工状态。下面从几方面论述冬季施工的一些具体要求。 1.影响水泥混凝土强度的因素 (1)试验条件：试件形状、尺寸、浇捣方法，养护温度、加荷速度及加荷的偏心程度。 (2)材料的品质：水泥的成分、细度及强度，砂的质量，碎石的级配、针片状含量及压碎指标值、水的 质量等； (3)合理、适用的配合化； (4)施工队伍的管理及技术水平等。 2.水泥混凝土的冬季施工 (1)制定详尽而切实可行的施工组织设计和施工技术方案，建立健全领导和员工的岗位责任制，做好充分的准备工作。做到外加剂和保温材料进场，材料按施工要求分批有秩序的合理备足，并分别存放，建立严格的保管发放制度。 (2)密切注意天气预报，工地最好设置百叶窗，并且设专人测定(临时测定的温度计放置在阳光直射不到的地方)，测定时间是上午7：30，下午14：00，夜晚21：00。 (3)做好冬季施工的配合比例设计工作。 (4)技术方案应该技术上先进，经济上合理，组织措施上得力，确保工程质量。 3 冬季施工中所采用的方法 按常规冬季施工采用蒸汽养护及搭棚生火，混凝土中掺加防冻剂。 (1)汽养护及搭棚生火：需要购置蒸汽锅炉、铺设蒸汽管道，养护期间需要24 h专人值班控温，费用较大，又不太安全。 (2)在水泥混凝土中加人防冻剂。防冻剂能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能。低温或负温对混凝土施工十分不利，水泥水化反应慢，妨碍混凝土强度的增长。经试验得出。温度每降低1℃ ，水泥的水化作用得降低5～7℃ ．在1～0℃ 内水泥的活性剧烈降低，水化作用缓慢。一一般当温度低于0℃ 的某个范围内时，游离水开始结冰，温度达一15℃ 左右时游离水几乎全部结成冰(此时体积增大9％)致使水泥的水化和硬化完全停止。在混凝土中加人防冻剂就是抵御水的这种作用。目前我国华北、东北、西北地区使用的防冻剂均是无氯低碱类的，全水溶、多功能，可明显改善的水泥混凝土的和易"15，可泵送，且塌落度较好。 4. 冬季施工的准备和中期应做的检查工作 4．1 准备期 (1)冬季施工方案：工程编制、组织学习及技术交底工作； (2)热源设备：节能、安装情况； (3)拌和站和加热设备：用水的储备量、搅拌站的保温措施、砂石加热设备； (4)外加剂的准备：是否设专人管理、储备量情况 (5)现场储备情况：消防、模板保温、测温工作。 (6)培训工作：技术人员的专业技能和后勤人员的培 II。 (7)生活管理：施工管理人员的生活安全问题的落实情况。 4．2 中期 (1)施工方案的管理：技术交底、责任到人方案的执行情况； (2)测温：组织落实，记录是否齐全； (3)混凝土脱模控制：是否符合要求、是否有申请、试验报告和批复手续； (4)保温：模板保温层是否牢固、措施是否严格： (5)原材料加热：水、砂、石加热及混凝土出机温度： (6)混凝土的宏观质量：粘连、受冻、蜂窝、麻面情况； (7)外加剂：计量方法的正确及保管情况。 二、关于对水泥混凝土路面施工工艺的探讨 水泥混凝土路面以其抗压、抗弯、抗磨损、高稳定性等诸多优势，在各级路面上得到广泛应用，在我国高等级公路中水混混凝土路面日渐增多，加上一些地域的路基更适合水泥砼路面，使得水泥混凝土路面科学化施工摆在许多施工单位面前。水泥混凝土路面施工中’，核心环节是混凝土的搅拌生产和混凝土的摊铺，本文仅对高速公路水泥混凝土路面施工中水泥混凝土搅拌和摊铺的技术合理化运用进行探讨。 1.水泥混凝土摊铺 目前高速公路水泥混凝土路面施工中均采用滑模式摊铺法进行摊铺，水泥混凝土路面摊铺是施工中难度较大、技术要求较高的工序，我们仅从摊铺前准备，摊铺机的合理运用，摊铺后养护等常被忽视的几个方面进行分析。 1．1摊铺前的准备工作 混凝土摊铺前的准备工作很多，我们主要强调一下摊铺前的洒水卸料工序。 (1)摊铺前洒水是一个看似简单的工序，往往不被施工人员重视， 但如果洒水处理不好会严重影响路面质量。洒水量要根据基层材料、空气温度、湿度、风速等诸多因素来确定， 即保证摊铺混凝土前基层湿润，而且尽可能洒布均匀，其在基层不平整之处禁止有存水现象。从目前施工现场来看，大多数情况下是洒水量不足， 因为基层较干，铺筑后混凝土路面底部产生大量细小裂纹，有些小裂纹与混凝土本身收缩应力产生的裂缝重叠后使整个混凝土路面裂纹增多。 (2)自卸车的卸料也是常常不被重视的工序，在施工中经常发生摊铺机前堆料过多使摊铺机行走困难，有时布料过少使振捣箱内混凝土量不足，路面厚度得不到保证。摊铺机前这种混凝土忽多忽少现象会严重影响混凝土路面的平整度。在施工过程中大多数施工者死板地间隔一定距离卸一车料，而忽视了基层不平整的变化，这样的变化在客观上是普遍存在的。我国目前施工水平不是很高，对路面基层标高和平整度不一致，加大了混凝土路面施工的难度。在实际施工中，我们可对基层表面与面层基准标高线隔段实测来决定混凝土的卸料量，这样会避免卸料不均的问题。 1.2一混凝土摊铺机的合理使用 (1)振捣器间隔距离的确定看似简单，但它会对混凝土的密实度产生直接影响。振捣器的间隔一般在厂家安装高度时均加以调整、确定，正是这一点使操作人员忽视了振捣器使用中的再定位，因为要的不同混凝土的级配、和易性、坍落度以及摊铺后的密实度要求，振捣器的间隔应做适当调整，这是非常必要的，尤其是两边的振捣器距侧模板的距离更应该常做出调整，以防止坍边。另外，液压式振捣器随着使用时间的加长，振捣能力有所下降，要根据实际情况做出调整。 (2)许多摊铺机边模板的升降是通过液压缸来调整的。在实际使用中，边模板不能与基层间距太大，以防止严重漏浆，由于这一要求，摊铺行走过程中随着基层变化，边模板会直接与基层接触，使边模板形成支承点，严重影响了成型模对混凝土的挤压在型，坍边严重。 (3)从目前国内施工单位来看，大多数单位摊铺能力远远大于搅拌的生产能力。这主要是由于一般摊铺机最大摊铺能力均大于500m ／h，而混凝土生产能力只有l 00～200m ／h，有些单位生产能力更小，强调这一点主要是为了说明摊铺机的摊铺速度没有必要开得很快，单方面的速度并不能提高施工进度。在施工中如果将摊铺速度控制在l～2m／h左右，就会使摊铺机运行平稳，路面乎整度好，连续摊铺成为可能。而如果混凝土摊铺速度过快则会造成铺铺停停，不仅使每次起动时设备磨损大大增加，而且每次停机时的停机跳点不可避免，造成路面平整度很差。 1．3摊铺后的养护 混凝土路面摊铺后的例行养护工序，在这里不能探讨，我们仅对切缝时间加以分析，在一些施工规范中列出了切缝机开始切缝时间表。这里开始切缝时间指混凝土抹平成型后所经历的时间。不难看出，规范中所提到的切缝机开始切缝时间表仅列出温度对切缝时间的影响，但实际施工中影响混凝土铺筑后强度的不仅是温度这一个条件，还有湿度，风速，路面厚度以及混凝土添加剂的含量等重要因素。上述因互助中风速对强度形成影响很大，风速较大地区应根据实际情况来确定切缝时间，如果不考虑风速，通常是切缝时间过晚，混凝土强度较高切割速度慢，切割机及刀片损坏度高。 2.影响混凝土坍落度的主要因素 水泥混凝土搅拌质量直接影响混凝土的内在质量，混凝土的质量则影响路面的平整度。 (1)级配变化对混凝土坍落度的影响是很大的，由于水和水泥对等体积的大料和细料和包裹率有着很大的差别，如在同等含水量和水灰比地情况下细料混凝土坍落度远远小于粗料混凝土坍落度， 因此混凝土搅拌生产过程中的往骨料仓里上料时要尽可能保持各仓骨料级配相对稳定，从而确保混凝土级配的配定。 (2)含水量的变化对混凝土坍落度的影响更是显而易见的，一般搅拌站水秤中的水量变化可以直观地了解，但砂中含水率变化大时对混凝土的坍落度影响十分明显，这一点已经得到施工者足够重视。但在雨水较大地区或下雨过后，坍落度很不好控制。因此，在搅拌生产过程中应先测一下骨料中的含水率，水秤中应扣除这些水量，以得到理想的效果。 (3)水泥温度对混凝土坍落度的影响往往被施工人员忽视，这种因素往往在单机生产能力较大的搅拌站中发生，因为一般水泥仓只有100～l50t左右，大方量搅拌站用水泥量也较多，有些时候一边往水泥罐里打水泥一边生产，有时候水泥还没有冷却下来就开始搅拌，这不仅使生产出的混凝土温度较高，而且坍落度因水泥温度高，吸水较大而变小。 (4)水秤和水泥秤的称量偏差对混凝土坍落度的影响是很大的，如果水秤和水泥秤的称量偏差都是稳定的，操作人员可根据实际重量计算用量。如果这个偏差是不稳定的，尤其是用水计量采用流量计方法的搅拌站，水量计量偏差较大且不稳定，因而坍落度不易控制。 (5)添加剂的用量也是影响混凝土坍落度的重要因素， 目前因为添国剂用量较多，因而添加剂用量的多少就直接对坍落度起作用。在添加剂的使用中不要用量过大。它虽然能使水量减少，使用量过大会使混凝土的一些物理、化学性能发生较大变化。所在具体生产的过程中，减水剂的用量应相对稳定， 才会起到较好的作用 三、关于水泥混凝土发展方向的几点认识 1. 必须反复强调要“重视耐久性” 现在最热门话题是执行可持续发展。大家一致认为这是21世纪世界各国的重要任务。就水泥工业而言，在生产过程中尽量节约资源、能源，保护环境虽是十分必要，但应注意其局限性。以能耗而言，要把熟料热耗从700 kcal／kg(约3 000 kJ／kg)再往下降，难度很大。改变矿物组成(如降低c3s含量，增加c2s含量)最多也只能减少15％左右热耗和CO排放量，而同时要设法补偿C3s的早强特性，并非易事。相比之下若能延长混凝土建筑物的寿命，譬如提高1倍，则相应地资源、能源、资金和对环境污染的影响就减少一半。若能将寿命提高5～6倍，则获益也将成倍增长。因此应将提高混凝土工程的耐久性作为执行可持续发展方针的最关键措施。国外的经验教训十分值得注意。根据美国的最新资料表明，在今后20年内，美国每年用于混凝十基建工程的维修费用将高达750亿美元。若再加上重建和新建，则每年基建工程的费用可达数千亿美元。国内情况也是十分惊人的。机场道面有在10年之内严重破坏的。水泥混凝土公路有在3～5年内损坏的。立交桥、港口、码头短寿命工程者也为数不少。近来国外专家已反复强调必须重视耐久性，提出桥梁寿命应按125年设计，公路路面应有40年寿命。我们一定要想方设法将重大混凝土工程的寿命提高到100年以上，力争20～30年内不大修，为此建议国家立题综合研究“基础设施百年工程战略规划”。 2.水泥的分类 前几年我国下大功夫改革水泥的试验方法，使之与国际接轨，以迎接加入WTO的到来，这是非常必要的和正确的：水泥的分类也必须和国际接轨，取消“普通硅酸盐水泥”这一名称。理由如下： 1).首先回顾一段历史．实际L到现在为IL，除我国外世界各国均无“普通硅酸盐水泥”这一名词。而通称波特兰水泥．在解放初期，传说前苏联将把波特簟水泥改为硅酸盐水泥，我们就改为硅酸盐水泥。但后来，前苏联并未改，而我国却沿用至今，成为世界上唯一称硅酸盐水泥的国家。“普通硅酸盐水泥”一词按意泽即相当于国外的普通波特兰水泥。但在西方国家普通波特兰水泥中是不掺混合材的。我国则在50年代学习前苏联，在其中允许掺人质量分数不超过15％的混合材，并一直沿用至今。实际上无论是实验室研究或生产实践均证明掺加混合材一15％，对水泥的所有性能并无突出影响。我国几十年的实践也证明了这一点。但近10～20年来，混凝土工业最显著的变化是广泛采用减水剂和发展商品混凝土。近年来我国商品混凝士站采用磨细掺合料(主要是矿渣和粉煤灰)的越来越多。掺量甚至高达20％～30％以上。而混凝土工作者往往不太注意普通硅酸盐水泥中已掺有质量分数为15％的混合材。这样一来若原水泥中掺有粉煤灰=15％，再在商品混凝土站掺粉煤灰=15％～30％，则力学行为和其他性能将有显著变化。特别是有可能增大混凝土的干缩，并因而造成早期开裂。但若原水泥中掺的是质量分数为15％的矿渣，再在商品混凝上中掺粉煤灰则性能变化要小得多。双掺是有利的，这已由相关研究工作和生产实践经验证明了的。因此标明原有水泥所掺 混合材的品种和数最是十分必要的。混合材品种不同对外加剂的适应件也不相同。在广泛采用减水剂和超塑化剂的今天，让混凝土使用者允分了解原水泥的组成和性能，特别是混合材的品种和数量是大有裨益的。不标明混合材的品种，通称为普通硅酸盐水泥对使用及提高混凝土施工性能和耐久性都是不利的。 2).近年来国内外都推崇在水泥混凝土中掺填允性混合材，主要是石灰石粉，掺量甚至可达质量分数20％～35％ 最重要的是在我国普通硅酸盐水泥的标准中规定可掺入质量分数10％以上的非活性混台材，即可以掺入石灰石粉10％。这在一般使用情况下问题不大。但近几年研究证明在有石灰行粉存在的情况下，当混凝土用于低温潮湿有硫酸盐腐蚀的环境中，可生成碳硫硅钙石，导致混凝土破坏。故法国规定在这种条件下，不得使用掺石灰石粉质量分数高于5％的水泥。当我们把掺量为10％的水泥通称为“普通硅酸赫水泥”时，使用者根本不了解混台材的品种和数量，也就无法进行选择。 3)更为严重的是，近年来有的水泥厂将多掺混合材作为状取利润的一种手段。由于普通硅酸盐水泥的价格高于矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，有的厂的掺量混合材>15％，甚至大于20％～25％的仍以普通硅酸盐水泥出售。且混合材掺量这一标准规定一般为人们所忽视，若在这种情况下，再在商品混凝土站掺质量分数20％、30 %的磨细掺合料，而不采取措施，必然造成混凝土工程质量低劣。当前我国水泥产量为5 97×108 t，具有世界前所未有的规模巨大的基本建设因此对这一问题必须引起高度重视。 4)反观国外标准，无论是矿渣、粉煤庆、石灰石、烧页岩掺人质量分数量，从其代号中均可一目了然。事实上欧洲标准和口本标准都有这样的特点。根据以上理由，建议取消“普通硅酸盐水泥”这一名称。元论混台材掺量为多少均应通过对水泥的命名与代码让混凝土使用者解其品种和掺量。若能得到大多数人的同意，最好将硅酸盐水泥改为波特兰水泥，以便与国际接轨。 3.水泥标准、组成与混凝土的技术发展 水泥标准主要是为混凝土应用而制定的。因此水泥工作者必须了解混凝土工程的新进展。近年来混凝土领域最突出的变化是广泛使用减水剂和高效减水剂，使水灰比大幅度降低，甚至达o．3～o．4以下。其次是在商品混凝土站和大型工程中大量使用磨细掺合料，主要是矿渣、粉煤灰，硅灰也有少量应用。这些措施使我们不得不重新思考水泥的标准如何适应这种新的变化。下面将举例分别予以说明。 1）SO3含量。在国标中所有水泥的SO3质量分数规定不得超过3．5％，只有矿渣硅酸盐水泥规定不得超过4．0％。之所以限制S03的含量，主要是防止后期形成钙矾石引起膨胀开裂。在水泥生产过程中掺人石膏主要是调节凝结时间，同时适量的石膏也可提高强度。且对不同的水泥，最适宜的石膏掺量还有所不同。现在的问题是当我们在混凝土搅拌站掺人大量掺合料，如矿渣和粉煤灰，则应有相应的石膏量与之相配合。或许通过试验可确定获得最佳性能时混凝土中最宜石膏掺入量。 2）游离CaO。在国标中对用于大坝、道路、抗硫酸盐腐蚀工程的水泥规定游离CaO的质量分数应小于1.0％或甚至0．8％。从理论上讲，控制游离CaO越低越好，因为1％的游离CaO就相当于减少4．07％的C3S。若熟料中存在质量分数3％～5％的游离CaO，就等于是人为浪费热量并大大减少对强度最有利的C3S的量。但是若就性能而言，当用纯硅酸盐水泥进行对比试验，游离CaO为1. 2％和o．8％的水泥，性能可能是有差异的。但在大坝用水泥中，常常掺入粉煤灰=20％~30％，在这种条件下，游离CaO质量分数为1．2％(或1．5％)和0．8％的水泥，究竟性能有多大差异?此外，还应了解把游离CaO限制过严，工厂往往难于做到。特别是现在，即使是道路混凝土或抗硫酸盐水泥混凝土，都在研究掺入一定量的混合材或掺合料。因此这一指标值得重新审定。 3)MgO含量。国标规定熟料中MgO质量分数不得超过5．0％，压蒸合格可放宽到6．0％。限制MgO含量主要是防止后期膨胀引起开裂。在这里自先要回顾一下为防止碱集料反应限制水泥碱含量的标准。开始时一致认为限制水泥中碱的质量分数低于0．6％是最好的预防措施。但其后发现水泥在混凝土中的配合比变化很大，可以从100 kg／m3，直到600 kg／m3。若水泥碱含量相同，水泥用量不同．混凝土中碱含量将显著不同，故近来一致认为限制混凝土中碱含量为3 kg／m3更为合理。虽然MgO的情况与碱集料反应不好类比，膨胀机理和过程也不相同。但确也存在这样一个问题：在水泥用量差异悬殊的情况下，MgO的限量是否应该相同?能否在这方面做点工作，探讨是否可以直接用混凝土试验来限定MgO的极限含量。 4)水泥的C3S含量和细度。最近我国修改标准，使水泥试验方法与国际标准接轨，发现我国水泥强度明显偏低。因而众多文章认为应提高水泥的C3S含量和细度。看来这在一定程度内是必要的。但我们也应该注意另外一个趋势。国外较多专家认为增加C3S含量和细度，虽能提高早强，但对混凝 土的耐久性并无好处。而要提高混凝土的早期强度，也不一定需要C3S含量高和增加细度，依靠掺高效减水剂减少水灰比也能达到这一日的。所以在发展高C3S舍量和细度的同时，也不应忘记其负面影响。   综上所述，我们一定要注意，从严格意义讲，水泥只是半成品，最终形成的混凝土或构件才是真正使用的产品。水泥工作者一定要了解混凝土的发展现状和发展趋势。