形成原因
大摻量粉煤灰混凝土是一種新型的
高性能混凝土,在保證混凝土
強度的前提下使用更多的
粉煤灰,提高耐久性,節約水泥,減少環境污染。
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》涉及的粉煤灰摻量遠遠超過2005年前規範規定的30%~50%限值,在實驗研究的基礎上對配合比最佳化、混凝土攪拌、運輸、澆搗、養護等各環節的施工參數,進行了合理的優選與細化界定。
2002年,大摻量粉煤灰混凝土在甘肅七建集團自建高層住宅樓基礎施工中成功套用,取得了良好的經濟和社會效益。甘肅第七建設集團股份有限公司在總結經驗後編制了《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》。
工法特點
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》的工法特點是:
混凝土配合比中的粉煤灰摻量遠遠超過2005年前已執行的規範規定的限量,採用集中攪拌混凝土和泵送混凝土工藝達到高效率和高質量,解決了大體積混凝土水泥水化絕熱溫升過高引起的溫度裂縫問題。主要包括混凝土攪拌、運輸、泵及管道布置泵送與澆築和泵送混凝土的質量控制等方法。
操作原理
適用範圍
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》適用於地下工程與大體積混凝土施工。
工藝原理
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》的工藝原理敘述如下:
粉煤灰(Fly Ash)一方面具有良好的火山灰質活性和潛在的二次水化性,另一方麵粉煤灰中含有大量的玻璃體微珠,玻璃體微珠的“滾珠效應”有助於增大混凝土流動度,亦即具有“減水效果”。
2005年前已執行的國家規範《粉煤灰混凝土套用技術規範》GBJ 146-90和甘肅省標準《粉煤灰在建築工程中套用技術規程》DBJ 25-35-93中規定粉煤灰取代水泥的最大限量,見表1。
註:《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》中“粉煤灰摻量”採用GBJ 46-90的定義:
。
式中:f——粉煤灰摻量係數;F——單方混凝土的粉煤灰用量;C——單方混凝土的水泥用量。
截至2005年,大量試驗資料顯示,當粉煤灰摻量小於30%時,混凝土強度與流動度隨著粉煤灰摻量的增加而降低。
2000年美國的Concrete雜誌刊登的一篇文章中提到,當粉煤灰摻量大於50%時,其“滾珠效應”才明顯呈現,“二次水化”才更加明顯。
在此提示下,甘肅第七建設集團股份有限公司開始進行超大摻量粉煤灰混凝土的試驗研究,可喜的結果是:當粉煤灰摻量達到一定值後,混凝土的流動度大幅度提高,緩凝時間大幅度延長,而且後期強度(特別是60天以後的強度)增長幅度也有較大的提高。
施工工藝
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》的工藝流程是:
原材料試驗→混凝土配合比設計→混凝土拌制→混凝土運輸→布置混凝土泵及泵管→混凝土泵送→混凝土澆搗→混凝土測溫控溫→混凝土養護。
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》的操作要點如下:
一、原材料試驗
1.水泥:42.5級普通矽酸鹽水泥(P.O)。
2.細骨料:細度模數為2.6~2.8中砂。
3.粗骨料:5~31.5毫米顆粒級配卵石。
4.外加劑:高效緩凝減水劑。
5.粉煤灰:Ⅱ級及Ⅱ級以上粉煤灰。
6.水:潔淨的飲用水。
7.所用原材料試驗結果,均應符合國家2005年前已執行的相應質量檢驗標準。
二、混凝土配合比設計
1.應符合國家2005年前已執行的有關標準,必須滿足混凝土設計強度、耐久性和可泵性。
2.水灰比宜為0.4~0.6。
3.砂率宜為38%~45%。
4.坍落度宜為160~180(毫米)。
5.粉煤灰摻量由試驗確定(本工法核心技術的水泥用量150千克/立方米,粉煤灰摻量200千克/立方米,為水泥用量的133%)。
6.外加劑產品和摻量由試驗確定。
7.設計強度等級的齡期宜為60天或90天。
8.混凝土設計配合比必須經試驗確定。
三、混凝土拌制
1.混凝土攪拌前採用經計量部門檢定合格並在使用有效期內的標準砝碼,對攪拌站混凝土原材料計量系統進行校核。校核結果:攪拌站混凝土原材料計量系統微機螢幕顯示數據與標準砝碼質量相一致。
2.根據天氣變化、溫、濕度,測定砂、石含水率,並據此將混凝土設計配合比用水量調整為混凝土施工配合比用水量。
3.混凝土拌制,原材料按混凝土施工配合比,嚴格計量。投料順序為:砂、石、水、水泥與粉煤灰、外加劑,見圖1。攪拌的最短時間,應符合國家2005年前已執行的標準《預拌混凝土》的有關規定,但每盤從原材料全部投完算起不得低於30秒。
4.坍落度控制。第一盤混凝土出機後,應測試混凝土坍落度,根據坍落度偏差,在下一盤中通過調整用水量或減水劑使坍落度符合要求。每隔2h按同樣步驟測試出混凝土坍落度,以保證混凝土坍落度始終符合設計及施工要求。混凝土攪拌過程中應有專人目測混凝土拌合物的稠度,發現混凝土拌合物過乾或過稀,應及時通知試驗室調整混凝土用水量。
四、混凝土運輸
1.混凝土運輸:攪拌運輸車裝料前,應清理乾淨拌筒內積水。應隨攪拌車攜帶適量稀釋過的減水劑溶液,運輸途中或等待卸料中,混凝土坍落度損失過大時,在保證混凝土水灰比不變的前提下,由試驗室指導,適量添加不超過該車所載混凝土總用水量1%的高效緩凝減水劑稀釋溶液。拌筒高速轉動不少於1分鐘。
2.混凝土持續時間:混凝土出機後,運輸與等待卸料的持續時間,以當時的最高氣溫按表2控制。
3.施工現場混凝土坍落度的測試:在泵送點連續抽測三車混凝土,若符合要求,以後不定時抽測;如發現超標,再連續抽測3車符合要求後,再不定時抽測。抽測總數不少於10車混凝土。
4.卸料:卸料前,高速旋轉拌筒,使混凝土拌和均勻,卸料時,應配合泵送均勻進行,混凝土應保持在集料斗內高度標誌線以上。中斷卸料作業時,應保持攪拌筒低速轉動攪拌混凝土。應在混凝土泵餵料斗上安置篩網,設專人監視卸料,防止粒徑過大骨料及異物進入泵管造成堵塞。卸料完畢後,及時清洗攪拌運輸車拌筒並排盡積水。
五、混凝土泵的布置
混凝土泵布置場地應平整堅實,道路暢通,供料方便,有排水設施。
六、混凝土輸送管的布置
1.混凝土輸送管應根據工程施工現場特點進行布置,管線長度不宜過長,少用彎管和軟管,裝拆維修方便,施工安全。
2.地上水平管軸線與“Y”形變徑管出料口軸線應垂直。向基坑下傾斜布管時,斜管上端應設排氣閥,地面上的平管段長度不宜小於15米,必要時可加設彎管,且與斜管連線處應高於出機口處。當基坑深度大於20米時,斜管下端應設長度大於5倍基坑深度的平管。也可加彎管和環形管,滿足5倍基坑深度的要求。
3.混凝土輸送管的固定與防護:平管每隔一定間距用支架、台座或吊具可靠固定。炎熱季節施工,用濕布或草簾遮蓋混凝土輸送管,並經常澆水,防止陽光暴曬。嚴寒季節施工,用保溫材料包裹混凝土輸送管,防止管內混凝土受凍。
七、混凝土的泵送
1.泵送混凝土前,按使用說明書全面檢查混凝土泵,符合要求後,進行空車試運轉。
2.啟動混凝土泵後,先泵送適量水濕潤混凝土泵的料斗、活塞、輸送管內壁等直接與混凝土接觸的部位。經泵送水檢查,確認混凝土泵和輸送管暢通後,泵送與混凝土內除粗骨料外的其他成分同配合比的水泥砂漿。
3.開始泵送時,應保持混凝土泵慢速、勻速轉動,處於隨時可反泵的狀態。泵送速度,先慢後快,逐步加速,同時觀察混凝土泵的壓力和工作系統的工作狀況。系統運行正常後,以正常速度進行連續泵送,必須中斷時,中斷時間不得超過允許值。該允許值參照表2確定。
4.泵送混凝土時,活塞保持最大行程運轉。如輸送管吸入了空氣,立即反泵混凝土吸至料斗中重新攪拌,排出空氣後再泵送。水箱和活塞清洗室中應經常保持充滿水。
5.輸送管的接長與拆除:混凝土泵送過程中,需接長輸送管時,應預先用水濕潤管道內壁。不得把拆下的輸送管內的混凝土撒落在未澆築的地方。
6.泵壓異常的處理:當混凝土泵出現壓力升高且不穩定、油溫升高、輸送管明顯振動時,立即停止泵送,重新泵送前,先排除管內空氣,再擰緊接頭。
八、混凝土澆搗
1.振搗順序:混凝土澆搗應由遠而近進行,同一區域的混凝土,應分層連續澆築。
2.澆築混凝土時,不宜在同一處連續布料。應在2~3米範圍內移動布料。混凝土澆築分層厚度宜為300~500毫米,當混凝土澆築厚度超過500毫米時,按1:6~1:10坡度斜面分層澆築。
3.混凝土的“二次振搗”:振搗混凝土時,振動棒移動間距為400毫米左右,振搗時間為15秒。在混凝土初凝前(約第一次振搗後隔20~30分鐘,混凝土表面已硬化,但手指按壓可出現清晰壓痕時),應進行第二次復振。澆築混凝土時,經常觀察,發現混凝土有不密實現象,應重複振搗,但混凝土終凝後不得再振搗。
4.排除泌水:混凝土分層澆築時,上下層施工的間隔時間較長,經過振搗後混凝土的泌水和浮漿順著混凝土坡面流到坑底。在混凝土墊層施工時,預先在橫向上做出2米的坡度。在基礎四周側模的底部開設排水孔,使泌水及時從孔中自然流出,少量來不及排出的泌水,隨著混凝土澆築向前推進被趕至基坑頂端,由頂端模板下部的預留孔排至坑外。
5.“二次抹壓”:混凝土表面適時按設計標高用2米長刮尺刮平,用鐵滾筒碾壓兩遍以上。在混凝土終凝前進行“二次抹壓”(用木抹子邊灑水邊搓壓),消除混凝土早期乾縮裂縫。
6.留置施工縫:混凝土澆築中,應嚴格控制混凝土的供應滿足接茬處不出現冷縫的要求;一旦因交通堵塞、停水、停電或機械等原因可能出現時,則應及時按施工縫要求留置;恢復澆筑前,該處必須按施工縫的規定進行處理後,方可開始澆築。
九、混凝土測溫
混凝土測溫採用小型電子測溫儀測定,澆築混凝土時事先在預定測溫點上、中、下布置熱敏電阻測溫探頭,並留出線頭,編號記錄、測溫點布置,見圖2。測溫時間不少於14天,每天分別在2:00、8:00、14:00、20:00進行測溫。
十、混凝土養護
混凝土養護溫度:應控制在兩個25℃範圍內。混凝土終凝後,根據測溫記錄,及時掌握溫差變化。當混凝土表面和中心溫度差≥25℃時,或混凝土的表面與環境溫度差≥25℃時,均應及時採取調整保溫的辦法保溫養護。
混凝土養護濕度:宜採用滿蓄水養護。在混凝土上表面的四周及臨澆築方向的尚未終凝混凝土與已終凝混凝土分界處鋪壓一行機磚,用混凝土表面的漿體勾縫,注滿水(水層厚度約50毫米)養護。蓄水養護期不少於7天,然後採用澆水養護,繼續養護不少於7天。
十一、冬期施工
1.冬期施工條件
依據國家2005年前已執行的標準《建築工程冬期施工規程》規定:根據當地多年氣象資料統計,當室外日平均氣溫連續5天穩定低於5℃即進入冬期施工。
2.冬期施工生產準備
1)進入冬施前,材料主管根據工程量作好原材料的採購計畫,儲備充足的原材料,防止生產過程中因材料斷檔而影響連續生產。
2)各種原材料進場後,檢查質量證明,按標準要求進行嚴格的復檢,防止不合格的材料進入生產過程。
3)砂石料應提前備料,依次堆放,晾乾多餘的水分,降低含水率並保持均勻。生產時,去除外面一層冰凍層,使用裡面乾燥未凍的砂石料,保證混凝土質量。
每天檢測砂、石料的含水率,並折算減少配合比中的用水量,雪天應增加檢測次數。
4)冬施混凝土所用水泥,採用42.5級的普通矽酸鹽水泥(P.O)。
5)摻加含有早強、減水和泵送成分的複合型防凍劑保證混凝土在達到受凍臨界強度以前不受凍害。
每班最少2次檢測外加劑摻量的準確性,嚴格控制好摻量,防止其波動影響混凝土質量。每班最少測量4次水和骨料的入機溫度和混凝土的出機溫度。混凝土出機溫度和入模溫度由熱工計算確定。
6)節能措施
A.採用抽水箱和貯水箱兩極加熱方式,用蒸汽加熱攪拌用水。用發泡聚氨酯保溫材料包裹蒸汽管與輸水管,減少熱量散失。進入攪拌機的水溫不得超過80℃。
B.當只加熱水不能滿足要求時,應在骨料緩衝倉和攪拌機內通入蒸汽,加熱骨料及機體,以保證混凝土的出機溫度。
C.輸水泵、水箱、外加劑泵和外加劑箱等器具應加設保溫措施,以免熱量損失或凍裂器具。
D.混凝土運輸車罐體外加保溫罩,減少運輸途中熱量損失。
7)氣動支路和聯結件等易凍部位應進行蒸汽預熱,保證開關動作靈活可靠。
8)攪拌和輸送設備提前更換防凍液,根據不同階段氣溫更換相應的低溫機油和低溫燃油,以保證負溫條件下正常工作。
9)為了及時了解生產過程中出現的各種問題,建立冬施生產質量管理及回訪小組,加強與客戶的溝通,負責混凝土生產過程中的質量控制及回訪工作。
3.冬施方法
1)混凝土攪拌站
A.投料順序:砂、石、部分熱水、水泥、粉煤灰、外加劑、剩餘的水,先期投入的砂石料和水的混合物在與水泥接觸時的溫度不得超過60℃。
B.攪拌時間延長50%左右,保證混凝土攪拌均勻。
C.嚴格控制水灰比,偏差不得超過1%。坍落度控制在設計坍落度±20毫米範圍內。
D.嚴格控制複合型防凍劑的品種、類型及摻量,防止混凝土凍融事故的發生。
E.每車混凝土卸完料後,運輸車司機及時沖洗掉進料口及出料口的混凝土,避免污染路面。
F.應保持混凝土澆築現場、攪拌站和運輸車之間的通訊暢通。減少運輸時間,保持生產運輸的連續性。
2)施工現場
A.生產前,使用單位應準確提供如下信息:混凝土施工部位、強度等級、計畫用量、混凝土施工方法及有無特殊要求(抗滲、抗化學侵蝕)等。
B.準備好混凝土覆蓋用保溫材料,如塑膠薄膜、彩條布等。
C.澆筑前,應清除模板和鋼筋上的冰霜和污垢,但不得用水沖洗。
D.不得在凍土層上進行混凝土澆築,澆筑前,必須設法升溫使凍土消融。
E.混凝土施工縫處接茬時,應預熱舊茬。澆築後加強保溫,防止接槎處受凍形成薄冰層界面,破獲混凝土的連續性。
F.嚴禁給裝有混凝土的罐車內加水。混凝土的坍落度過小難於卸料時,可適量添加隨車攜帶的高效緩凝減水劑稀釋溶液,攪拌均勻後使用。混凝土的坍落度過大不能保證強度時,施工現場應做退貨處理。
G.泵送的清水水溫不低於40℃。潤管用過的水和砂漿不得直接注入模板內。
H.檢測坍落度和製作試塊的取樣,應在每車混凝土卸料過程的1/4~3/4之間抽取。拆模後,標準試塊應及時送入標養室,同條件試塊應。
I.混凝土澆築完,應及時覆蓋塑膠薄膜並加蓋線毯保溫養護。混凝土澆築後對結構易受凍部位,必須加強保溫,以防凍害。
J.應適當把握好抹面時機,在終凝前(用手輕按表面可留下指痕)進行“二次抹壓”,減少表面乾縮裂縫。
K.混凝土的養護時間不得少於14天。
L.由專人負責監測和詳細記錄整個養護期的溫度和濕度情況,發現問題及時採取補救措施。
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》的勞動組織見表3。
材料設備
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》所用的機具設備見表4。
計量器具應按規定由法定計量單位進行檢定,使用期間應定期校準。
質量控制
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》的質量控制要求如下:
1.混凝土原材料質量應符合國家2005年前已執行的標準的規定要求。
2.混凝土原材料的計量允許偏差,應符合國家2005年前已執行的標準《預拌混凝土》的有關規定(表5)。
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累計計量允許偏差:是指每一運輸車中各混凝土裡的每種材料計量和的偏差。 |
3.混凝土生產質量應符合國家2005年前已執行的標準《混凝土強度檢驗評定標準》規定的生產質量水平見表6。
4.混凝土強度的檢驗評定,應符合國家2005年前已執行的標準《混凝土強度檢驗評定標準》的規定。
5.混凝土入泵時的坍落度允許誤差應符合國家2005年前已執行的標準《混凝土泵送施工技術規程》的規定見表7。
6.混凝土的試塊,應在澆築地點取樣、製作,且混凝土的取樣試塊成型、養護和試驗均應符合國家2005年前已執行的標準《混凝土強度試驗評定標準》的有關規定。
7.當混凝土可泵性差,出現泌水、離析、難以泵送和澆灌時,應立即對配合比、混凝土泵、泵管、泵送工藝等重新進行研究,並採取相應措施。
8.結合施工現場具體情況,建立質量控制制度,對材料、設備、泵送工藝、混凝土強度等進行系統的科學管理。
安全措施
採用《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,尚應遵守注意下列事項:
1.牢固樹立“安全第一”的指導思想,認真貫徹執行《中華人民共和國安全生產法》,遵守《安全操作規程》。
2.進入施工現場人員,必須戴好安全帽。
3.各種施工機械和電器設備由專人負責操作,並持證上崗。
4.所有配電箱,開關箱均應加鎖,用電設備加防雨罩,外接電源及電線均為絕緣線。
5.配備一名專職安全員,檢查現場安全生產情況。
環保措施
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》的環保措施如下:
1.為了減小施工過程中給周圍居民帶來不便,施工現場進行磚牆圍擋,高度宜為2.8米,M5水泥砂漿砌築,1:2.5水泥砂漿抹面,耐擦洗塗料刷白。
2.保證施工現場道路暢通,排水流暢,無污水,工完場清,無垃圾。
3.整齊堆放建築材料,器具,並掛出標識牌,嚴禁亂拉亂用。
效益分析
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》的效益分析如下:
1.大摻量粉煤灰混凝土,是生態環保型混凝土,節約能源、提高性能、社會經濟效益好,推廣套用價值大。
2.能節約水泥約45%左右,減少大量能源消耗。
3.可節約天然砂15%~20%,減少再生資源消耗,維持生態平衡和國民經濟可持續發展有現實意義。
4.粉煤灰的產量巨大,據有關部門統計,2001年中國粉煤灰排放量達到2億噸,造成環境的巨大污染。如果能合理的利用,那么由此能消耗大量的粉煤灰,對保護環境具有深遠的意義。
5.混凝土的密實性、抗滲性能、抗凍性能、抗腐蝕性、和易性等性能都得到不同程度的改善,更可喜的是水化熱低(核心區最高溫度低於表面溫度),後期強度高(28天達到32兆帕以上,60天達到40兆帕以上),收縮裂縫少(2000多平方米的基礎底板,僅發現兩條長度小於500毫米的淺表性乾縮裂縫)。
套用實例
《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》的套用實例如下:
2002年甘肅七建集團公司段家灘自建住宅樓基礎底板。該工程基礎底板厚1.5米,混凝土1800立方米,設計強度等級為C35,作為大摻量粉煤灰混凝土試點工程,混凝土配合比為:水泥150千克/立方米,Ⅱ級粉煤灰200千克/立方米。粉煤灰為水泥用量的133.3%。實測強度R60≥40兆帕。
粉煤灰摻量遠遠超過2005年前已執行的規範規定的限值,為了保證混凝土質量,對配合比設計、攪拌、運輸、澆搗、養護等各環節施工參數,在試驗研究取得大量實測數據的基礎上,進行了合理的優選與細化界定。
2006年6月,蘭州市財富中心鋼筋混凝土基礎底板,由甘肅建科技術試驗檢測有限公司(前身為甘肅七建集團試驗檢測中心)負責配合比設計,蘭州宏建集團負責混凝土供應,甘肅慶盛建築公司施工,推廣套用該工法取得成功。混凝土設計強度等級C35,混凝土量5300立方米,底板長×寬=68.3米×35.7米,最厚處1.5米,混凝土配合比為:水泥250千克/立方米,粉煤灰摻量180千克/立方米,粉煤灰為水泥用量的72%。實測強度R28=44.7~54.8兆帕,R60=55.6~61.3兆帕。
2007年4月,蘭州東550千伏變電站基礎底板,由甘肅建科技術試驗檢測有限公司(前身為甘肅七建集團試驗檢測中心)負責配合比設計,蘭州金山集團混凝土攪拌站負責混凝土供應,甘肅送變電建築公司施工。工程為突出地面的露天基礎底板,位於興隆山下,環境溫差較大,1期工程發生多處貫通性裂縫後採用該工法進行2、3、4、5期工程的施工。2、3期工程混凝土設計強度等級C35,混凝土量9800立方米,底板長×寬=138米×47.6米,最厚處2.3米,混凝土配合比為:水泥240千克/立方米,粉煤灰190千克/立方米,粉煤灰為水泥摻量的79.2%。
以上三例工程,除個別地方因未徹底清理浮漿,出現少數(2~3條)長度400~500毫米的淺表性乾縮裂縫(裂縫深度20~30毫米)外,基本解決了大體積混凝土的溫度裂縫問題,大幅度提高了混凝土結構的耐久性。
榮譽表彰
2008年1月31日,中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》,《大摻量粉煤灰混凝土施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。