混凝土材料技术及外加料选择

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：工程实践证明，在施工中优化混凝土级配，掺加适宜的外加料，以改善混凝土的特征，是大体积混凝土施工中的一项重要技术措施。混凝土中常用的外加料主要是外掺剂和外掺料。大体积混凝土中的细骨料，以采用中、粗砂为宜，细度模数宜为2.6～2.9。有关试验资料证明，采用细度模数为2.79、平均粒径为0.381的中、粗砂，比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336的细砂，每立方米混凝土可减少水泥

1.水泥品种选择和用量控制

大体积混凝土结构引起裂缝的主要原因是：混凝土的导热性能较差、水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期温升和后期降温现象。因此，控制水泥水化热引起的温升，即减小降温温差，对降低温度应力，防止产生温度裂缝能起到釜底抽薪的作用。

（1）选用中热或低热的水泥品种。混凝土升温的热源是水泥水化热，选用中/低热的水泥品种，是控制混凝土温升的最基本的方法。如强度等级为32.5级的矿渣硅酸盐水泥，一般3d内的水化热仅为同强度等级普通硅酸盐水泥的60%。某大型基础试验表明：选用强度等级为32.5级的硅酸盐水泥，比选用强度等级为32.5级的矿渣硅酸盐水泥，3d内水化热平均升温高5℃～8℃。

（2）充分利用混凝土的后期强度。大量的试验资料表明，每1m3混凝土的水泥用量，每增/减10kg，其水化热将使混凝土的温度相应升/降1℃。因此，为控制混凝土温升，降低温度应力，减少温度裂缝，一方面在满足混凝土强度和耐久性的前提下，尽量减少水泥用量，严格控制每立方米混凝土水泥用量不超过400kg；另一方面可根据实际承受荷载的情况，对结构的强度和刚度进行复算，并取得设计单位、监理单位和质量检查部门的认可后，采用f45、f60或f90替代f28作为混凝土的设计强度，这样可使每立方米混凝土的水泥用量减少40～70kg，混凝土的水化热温度相应降低4℃～7℃。

结构工程中的大体积混凝土，大多采用矿渣硅酸盐水泥，其熟料矿物含量比硅酸盐水泥少得多，而且混合材料中活性氧化硅、活性氧化铝与氢氧化钙、石膏的作用，在常温下进行缓慢，早期强度（3d，7d）较低，但在硬化后期（28d以后），由于水化硅酸钙胶凝数量增多，水泥石强度不断增长，最后甚至超过同强度等级的普通硅酸盐水泥，这对利用其后期强度非常有利。

2.掺加外加料

在混凝土中掺入一些适宜的外加料，可以使混凝土获得所需要的特性，尤其在泵送混凝土中更为突出。泵送性能良好的混凝土拌合物应具备以下三种特性：

（1）在输送管壁形成水泥浆或水泥砂浆的润滑层，使混凝土拌合物具有在管道中顺利滑动的流动性；

（2）为了能在各种形状和尺寸的输送管内顺利输送，混凝土拌合物要具备适应输送管形状和尺寸的变化性；

（3）为在泵送混凝土施工过程中不产生离析而造成堵塞，拌合物应具备压力变化和位置变动的抗分离性。

由于影响泵送混凝土性能的因素很多，如砂石的种类、品质和级配、用量，砂率，坍落度，外掺料等。为了使混凝土具有良好的泵送性，在进行混凝土配合比的设计中，不能用单纯增加单位用水量方法，这样不仅会增加水泥用量，增大混凝土的收缩，还会使水化热升高，更容易引起裂缝。工程实践证明，在施工中优化混凝土级配，掺加适宜的外加料，以改善混凝土的特征，是大体积混凝土施工中的一项重要技术措施。混凝土中常用的外加料主要是外掺剂和外掺料。

（1）掺加外掺挤。大体积混凝土中掺加的外掺剂主要是木质素磺酸钙（简称“木钙”）。木质素磺酸钙，属阴离子表面活性剂，它对水泥颗粒有明显的分散效应，并能使水的表面张力降低。因此，在泵送混凝土中掺入水泥重0.2%～0.3%的木钙，它不但能使混凝土的和易性有明显的改善，而且可减少10%左右的拌合水，使混凝土28d的强度提高10%以上；若不减少拌合水，坍落度可提高10cm左右，若保持强度不变，可节约水泥10%，从而降低水化热。

木钙由于原料为工业废料，资料丰富，生产工艺和设备简单，成本低廉，并能减少环境污染，故世界各国均大量生产，广为使用，尤其适用于泵送混凝土的浇筑。

（2）掺加外掺料。大量试验资料表明，在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，在混凝土用水量不变的条件下，由于粉煤灰颗粒呈球性并具有“滚珠效应”，可以起到显著改善混凝土和易性的效能；若保持混凝土拌合物原有的流动性不变，则可减少用水量，起到减水的效果，从而提高混凝土的密实性和强度；掺入适量的粉煤灰，还可大大改善混凝土的可泵性，降低混凝土的水化热。

大体积混凝土掺和粉煤灰分为“等量取代法”和“超量取代法”两种。前者是用等体积的粉煤灰取代水泥的方法，但其早期强度（28d以内）也会随掺入量的增加而下降，所以对早期抗裂要求较高的工程，取代量应非常慎重；后者是一部分粉煤灰取代等体积水泥，超量部分粉煤灰则取代等体积砂子，它不但可以获得强度增加效应，而且可以补偿粉煤灰取代水泥所降低的早期强度，从而保持粉煤灰掺入前后的混凝土强度等级。

3.骨料的选择

大体积混凝土砂石料质量占混凝土总质量的85%左右，正确选用砂石料对保证混凝土质量、节约水泥用量、降低水化热数量、降低工程成本是非常重要的。骨料的选用应根据就地取材的原则，首先考虑选用生产成本低、质量优良的天然砂石料。国内外对人工砂石料的试验研究和生产实践证明采用人工骨料也可以产生经济实用的效果。

（1）粗骨料的选择。为了满足预定的要求，同时发挥水泥最有效的作用，因此，对粗骨料规定了一个最佳的最大粒径。但对结构工程的大体积混凝土，粗骨料的规格往往与结构物的配筋间距、模板形状以及混凝土的浇筑工艺等因素有关。

结构工程的大体积混凝土，宜优先采用以自然连续级配的粗骨料配制，这种用自然连续级配的粗骨料配制的混凝土，可根据施工条件，尽量选用粒径较大、级配良好的石子。有关试验结果证明，采用5～40mm的石子比采用5～25mm的石子，每立方米混凝土可减少水量15kg左右，在相同水胶比的情况下，水泥用量可节约20kg左右，混凝土温升可降低2℃。

选用大粒径骨料，不仅可以减少用水量，使混凝土的收缩和泌水随之减少，也可减少水泥用量，从而使水泥的水化热减小，最终降低混凝土的温升。但是，骨料粒径增大后，容易引起混凝土的离析，影响混凝土的质量。因此，进行混凝土配合比设计时，不要盲目选用大粒径骨料，必须进行优化级配设计，施工时加强搅拌、浇筑和振捣等工作。

（2）细骨料的选择。大体积混凝土中的细骨料，以采用中、粗砂为宜，细度模数宜为2.6～2.9。有关试验资料证明，采用细度模数为2.79、平均粒径为0.381的中、粗砂，比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336的细砂，每立方米混凝土可减少水泥用量28～35kg，减少用水量20～25kg，这样就降低了混凝土的温升和减小了混凝土的收缩。

泵送混凝土的输送管形式较多，既有直管又有锥形管、弯管和软管。当通过锥形管和弯管时，混凝土颗粒之间的相对位置就会发生变化，此时，如果混凝土中的砂浆量不足，便会产生堵管现象，所以，在级配设计时可适当提高砂率；但砂率过大将对混凝土的强度产生不利影响，因此，在满足可泵性的前提下，应尽可能降低砂率。

（3）骨料质量的要求。骨料质量的好坏直接关系到混凝土的质量，所以，骨料中不应含有超量的黏土、淤泥、粉屑、有机物及其他有害物质，其含量不能超过规定的数值。混凝土试验表明，骨料的含泥量是影响混凝土质量的最主要的因素，它对混凝土的强度、干缩、徐变、抗渗、抗冻融、抗磨损及和易性等性能会产生不利的影响，尤其会增加混凝土的收缩，引起混凝土的抗拉强度的降低，对混凝土的抗裂更是十分不利。因此，在大体积混凝土施工中，石子的含泥量应控制在不大于1%，砂的含量应控制在不大于2%。

混凝土材料技术及外加料选择

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