大体积补偿收缩混凝土在实际工程中的应用

摘　要: 结合实际工程,进行大体积补偿收缩混凝土配合比设计,并验算了大体积补偿收缩混凝土的收缩应力。结果表明,流化膨胀剂PNC23 能显著降低水胶比,从而降低水泥用量,结合膨胀剂补偿收缩,对于解决大体积超长混凝土结构的收缩应力效果较好。

关键词: 大体积混凝土; 补偿收缩; 收缩应力; 超长

中图分类号: TU528 ·2 　　文献标识码: B 　　文章编号: 1005 - 8249 (2005) 01 - 0009 - 03

　　山东江山水泥公司项目总投资5. 2 亿元人民币,混凝土浇注量约10 万m3 ,其中大体积混凝土占总量的20 %左右。几个典型的大体积混凝土基础是:立磨基础(18m ×12m ×5m) 、煤磨基础(10. 6m ×8. 6m ×4. 4m) 、熟料库基础(188m ×2. 4m ×1. 8m) 、窑中1 #基墩(9. 84m ×6. 1m ×6. 0m) 、窑中2 # 基墩(10. 21m×6. 8m ×4. 9m) 、窑中3 # 基墩(13. 26m ×9. 2m ×8. 6m) 和均化库基础(76m ×4. 9m ×3. 0m) 。

1 　试验内容

1. 1 　试验原材料

　　原材料包括32. 5 普通硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰(水泥、粉煤灰的化学成分见表1) 、流化膨胀剂PNC23(技术指标符合J C473 - 2001 、J C476 - 2001 要求) 、中砂和粒级为5mm～31. 5mm 碎石。

工程应用

1. 2 　混凝土试验

　　我院受江山水泥公司委托,进行大体积超长结构混凝土配合比设计。工程设计要求混凝土强度等级C30 ,坍落度140mm～180mm。考虑到独立基础尺寸超大(最小尺寸4. 4m) , 连续基础尺寸超长( 76m、188m) ,按大体积混凝土配合比设计要求,采取大量掺加粉煤灰替代水泥以减少水泥用量和掺加膨胀剂补偿混凝土收缩“双掺”技术进行混凝土配合比试验。混凝土试验配合比及其各龄期强度见表2 。

　　从表2 可以看出:流化膨胀剂PNC23 掺量低、减水率高,致使混凝土单位用水量少,每立方混凝土用水量在152 公斤左右;水泥强度富裕系数大、实际强度高,在水胶比为0. 302～0. 306 的情况下,混凝土28 天强度就可达到62. 5～67. 2MPa ;粉煤灰取代(水泥) 系数大,在粉煤灰掺量达30 %情况下(掺和料掺量高达39 %) ,混凝土早期强度降低不多,后期强度无显著降低。根据以上结论, 确定了表3 的混凝土施工配合比。

2 　混凝土块收缩应力分析

2. 1 　混凝土综合降温差计算

2. 1. 1 　混凝土水化温升水泥水化绝热温升　

℃

　　

式中: - 胶凝材料水化热(根据我们的研究结果, 取30kJ / kg ) 。混凝土体中心散热温升　

, 系数 可以按图1 计算。

图1 　水化温升历时曲线与混凝土体厚度的关系

　　图1 表示半无限长板单面散热的温升系数;当工程中遇到多面散热时, 取各面散热温升系数乘积。

2. 2 　混凝土收缩当量温降

　　式中:εsh (t) 为收缩应变值(10 - 4 ) ;εsh ,0为标准条件钢筋混凝土收缩(取3. 24 ×10 - 4 ) 。

　　水胶比影响修正系数(M4) 取0. 85 ; 截面尺寸效应系数(M8) 取0. 57 (V/ S ≥72. 0cm) ; 其它修正系数Mi 均取1. 0 。

εsh (t) = 3. 24 ×10 - 4 ×1. 0 ×1. 0 ×1. 0 ×0. 85 ×

1. 0 ×1. 0 ×0. 57 ×1. 0 ×1. 0 ×(1 - exp ( - 0. 01 ×t)

　　第30 天混凝土收缩当量温降为:

θsh (30) =εsh (30) /α= 0. 41 ×10 - 4 / 1 ×10 - 5 = 4. 1 ℃。

2.3 　膨胀补偿当量温升

混凝土膨胀应变

　　式中εp (t) 为第t 天的膨胀应变(10 - 4) ;εp ,0 (t ) 为标准条件下混凝土膨胀应变(10 - 4 ) 。

　　根据我们的研究结果,本例取β1 = 1. 03 ,β2 = 1. 0 ,

β3 = 1. 0 ,β4 = 1. 0 ,β5 = 0. 9 ,β6 = 1. 5 ,β7 = 0. 80 ,β8 =0. 90 ,β9 = 0. 50 。

　　第30 天时　θp (30) =εp (30) /α = 1. 56 ×10 - 4 /10 - 5 = 15. 6 ℃

　　本例是在5 月份开始浇注混凝土,尔后一段时间气温将会逐渐升高。所以气温对本例的影响是有利的,而我们忽略气温的有利影响,认为T30 = T0 。

2.4 　混凝土综合降温差　

　　混凝土浇注后3 天, 块体温度逐渐升高,体积变形是膨胀性的,块体不会出现收缩裂缝;第3 天时由于水泥水化导致的混凝土块体温度基本达到峰值,所以3 天后混凝土块体开始降温,至第30 天时混凝土块体基本达到稳定温度。混凝土块体至30 天的综合降温差(θ) 为:θ= T0 - T30 + Tm +θsh (30) -θp (30)

2. 2 　混凝土构件收缩应力计算

　　式中: E = E0 (1 - exp (1 - 0. 09t ) ) = 3. 0 ×(1 - exp (1 -0. 09t) ) ×104 (MPa) ;

　　式中: C 为地基水平阻力系数, 取1. 5N/ mm2 ;

　　S(t ,τ) 相当于由t 至τ时间的应力松弛系数,取0. 5 ; cosh 为双曲余弦函数; H 为结构厚度(mm) ; L 为结构长度(mm) 。式中负号表示综合降温度差与应力符号方向相反。

3 　结　　论

　　流化膨胀剂PNC-3 掺量低、减水率高,可显著减少混凝土单位用水量,从而大幅减少水泥用量,降低水泥水化热。膨胀剂和粉煤灰“双掺”既能补偿部分收缩应力,又可提高混凝土强度, 圆满解决大体积超长混凝土结构的工程质量问题。目前,该工程基础已全部浇注完毕,未发现贯穿性裂纹,各项指标均达到设计要求。工程各方对该工程基础部位的施工质量表示满意。评价结果列于表5 。