摻防凍泵送劑負溫混凝土強度研究
2006-08-07 00:00
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【摘要】通過對LNC-53型負溫混凝土防凍泵送劑性能的研究，總結(jié)了摻防凍泵送劑負溫混凝土在負溫條件下強度發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明，摻LNC-53型負溫防凍泵送劑可在-5～-15℃ 的條件下確保結(jié)構(gòu)實體混凝土強度能持續(xù)增長，免于凍害。
【關(guān)鍵詞】防凍泵送劑；負溫混凝土；強度；恒負溫；變負溫
我國三北地區(qū)由于區(qū)域條件所致，氣候環(huán)境差異很大，東北、華北、西北三個地區(qū)各有自己的特色。冬期施工所采取的施工措施也不盡相同，防凍泵送劑作為一種能夠使泵送混凝土不產(chǎn)生凍害，而且在負溫條件下能順利進行澆筑所必不可少的外加劑，其所具有的性能指標(biāo)也不盡相同。以華北的京、津地區(qū)為代表，該地區(qū)生產(chǎn)的防凍泵送劑的廠家很少，大部分以生產(chǎn)早強型泵送劑為主，其產(chǎn)品也多數(shù)以-10℃為最低使用溫度，該類防凍泵送劑到東北以及西北的大部分地區(qū)很難進行使用和大面積推廣應(yīng)用（包括華北地區(qū)的早強防凍劑也很難在我省推廣應(yīng)用）。我省目前防凍泵送劑的研究與應(yīng)用工作也正在開展，但也存在一些難點，主要是因為冬季嚴(yán)寒的氣候下，混凝土在低溫或負溫下的流變性能與常溫下的有所不同。泵送混凝土的塌落擴展度Sf減小，且防凍組份或早強組份會造成混凝土坍落度Sl損失增大，這對商品混凝土的運輸和混凝土的遠距離泵送也造成很大的不便。因此，發(fā)展適應(yīng)于我國三北地區(qū)能普遍推廣應(yīng)用的、負溫下全天候的、具有高技術(shù)含量的混凝土防凍泵送劑，對保證我國寒冷地區(qū)工業(yè)與民用建筑、市政、橋梁、公共設(shè)施等工程的質(zhì)量將起到積極的作用。
黑龍江省寒地建筑科學(xué)研究院在2002年申報了省科技廳科技攻關(guān)項目—LNC-53型負溫混凝土防凍泵送劑的研究與應(yīng)用，目前已完成了課題的大部分試驗研究工作，并在部分工程中進行試點應(yīng)用，取得了良好的效果。以下是LNC-53型防凍泵送劑負溫混凝土強度發(fā)展規(guī)律試驗研究的部分內(nèi)容。
1 原材料
（1） 水泥：哈爾濱水泥廠產(chǎn)天鵝牌P．0 42．5普硅水泥，fcu.28 =46．8MPa；
?。?） 細集料：哈爾濱港務(wù)局砂場產(chǎn)中砂，M =2．67，含泥量=1．35% ；
?。?） 粗集料：哈爾濱玉泉采石場產(chǎn)玄武巖碎石，粒級為5～31．5ram．壓碎指標(biāo)為3．12%；
?。?） 水：哈爾濱市自來水；
?。?） 外加劑：黑龍江省低溫建筑科學(xué)研究所中間試驗廠產(chǎn)LNC-53型負溫混凝土防凍泵送劑。
2 試驗方案
2．1 試驗配合比的確定
按JCA73—2001《混凝土泵送劑》標(biāo)準(zhǔn)中5．2．2條規(guī)定進行。
水泥用量確定為390kg／m3，Sp=44% ．各材料用量如表1：
 表中用水量根據(jù)LNC-53防凍泵送劑的減水率計算所得，實際成型混凝土?xí)r依Sl、Sf的控制值做上下調(diào)整。
2．2 基準(zhǔn)混凝土的確定
我國目前尚未有防凍泵送劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，對于基準(zhǔn)混凝土我們以下面的3種來進行試驗對比：
?。?） 不摻任何外加劑的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護混凝土，Sl控制在80±10mm；
?。?） 摻加防凍泵送劑中的泵送組份的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護混凝土，Sl控制在180±20mm；
?。?） 摻加防凍泵送劑中的防凍組份的負溫養(yǎng)護混凝土，Sl控制在80±120 mm。
2．3 試驗條件的確定
?。?） 負溫溫度確定為-5℃ 、-l0℃ 、-l5℃ ，采用冰箱進行冷凍，冰箱溫度由控溫儀控制，上下波動范圍為1℃ ；
（2） 預(yù)養(yǎng)溫度控制為20±2℃，采用恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室；
（3） 采用變負溫環(huán)境進行對比試驗，試件置于自然室外養(yǎng)護，試件內(nèi)部與外部溫度采用溫度自動采集儀記錄；
（4） 預(yù)養(yǎng)時間的確定見表2。
 室外自然養(yǎng)護變負溫條件下，我們增加了立即受凍的試驗，主要是考慮到工程施工中的實際情況，對比試驗室與工程實際的差別。上表中3個負溫溫度下的預(yù)養(yǎng)度時積為JC475{混凝土防凍劑》本次修訂后的新指標(biāo)。
3 LNC-53型防凍泵送劑負溫混凝土強度發(fā)展
3．1 三個基準(zhǔn)混凝土強度發(fā)展  3．2 冰箱恒負溫環(huán)境下混凝土強度發(fā)展
從圖2中LNC-53負溫混凝土與純防凍負溫混凝土的同齡期抗壓強度比的數(shù)據(jù)對比來看，摻LNC-53防凍泵送劑混凝土負溫下強度均高于摻純防凍劑負溫混凝土同齡期的強度，數(shù)值都在100%以上，并且-15℃ 溫度下的同齡期抗壓強度比均高于-10℃和-5℃溫度下的值，原因可能是防凍泵送劑中的減水組份起到減少混凝土中的用水量，從而提高了混凝土中液相濃度，降低了混凝土中液相冰點。-15℃條件下LNC-53的摻量最大，達到占水泥質(zhì)量的7．0% ，其中所包含的減水泵送組份的含量也相應(yīng)為最大，在相同坍落度的基礎(chǔ)上，其減水率也最高，因此相對于相同溫度下的純防凍劑混凝土，其同齡期抗壓強度比也提高幅度最大。因此，在工程中，相同負溫條件下，一般防凍泵送劑的摻量可較純防凍劑的摻量低2% 一3%左右，但前提是，防凍泵送劑的減水率必須達到15% 以上。
摻LNC-53防凍泵送劑混凝土在負溫下雖然隨氣溫的下降，其強度的發(fā)展速率減慢，強度絕對值不高，但R-7+28 、R-7+56、R28抗壓強度比卻隨溫度的降低而提高，這在圖3中可以明顯體現(xiàn)出來。這是LNC-53防凍泵送劑的一個特點，其不僅具有顯著的防凍效果，還可增加基準(zhǔn)混凝土的坍落度達l00mml以上，同時可減少用水量10% 一15%，減少了混凝土內(nèi)部可凍結(jié)水，負溫下早期強度提高。
若以摻LNC-53防凍泵送劑混凝土與摻純減水泵送劑的混凝土進行對比試驗，從圖4中與基準(zhǔn)2混凝土R-7+28、R-7+56、R28的抗壓強度比柱狀圖高度來看，-5、-10、-15℃三種溫度下的數(shù)值并沒有統(tǒng)一的規(guī)律，三者之間的抗壓強度比相近，且R-7+28、R-7+56、R2的比值都在95%~105%之間，這與圖3中的相對于基準(zhǔn)1混凝土比值相差15%~25%。原因主要是防凍劑中的防凍組份與泵送組份的功能不同所造成，基準(zhǔn)1與基準(zhǔn)2混凝土的最終強度存在20% 以上的差異。因此，防凍泵送劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)進行制訂時，應(yīng)充分考慮基準(zhǔn)混凝土的定義問題，即以誰為基準(zhǔn)的問題。
3．3 室外自然環(huán)境變負溫條件下混凝土強度發(fā)展
為了研究LNC-53防凍泵送劑在實際工程中的應(yīng)用技術(shù)，本項目也進行了冬季室外自然環(huán)境變負溫條件下LNC-53負溫混凝土的強度發(fā)展規(guī)律試驗，試驗日期為2002．10．25— 2003．01．25，并對此期間的天氣最高溫度與最低溫度進行了記錄，試驗結(jié)果見圖5。
 從試驗的情況分析，成型完畢后的混凝土在室內(nèi)20℃環(huán)境中進行必要的預(yù)養(yǎng)升，對混凝土在負溫環(huán)境中強度發(fā)展有很大的益處，特別是早期，混凝土的持續(xù)增長率較高。而成型完成后立即受凍的混凝土，其早期強度與預(yù)養(yǎng)6h后再受凍的混凝土相差1倍以上，但摻LNC-53防凍泵送劑的混凝土立即受凍后并沒有產(chǎn)生不可修復(fù)的凍結(jié)損傷，其在-60d齡期后強度迅速增加，并在-90d時接近于預(yù)養(yǎng)4h再受凍混凝土的同齡期強度值。
3．4 LNC-53型防凍泵送劑在工程結(jié)構(gòu)中強度發(fā)展情況
LNC-53型防凍泵送劑于2001年、2002年冬季在許多大型工程中進行了試點應(yīng)用，課題組對LNC-53防凍泵送負溫混凝土結(jié)構(gòu)實體的強度發(fā)展進行了現(xiàn)場跟蹤檢驗，并對2001年l2月施工的哈爾濱勝達女士商城四層頂板C50級混凝土、2002年11月施工的龍墾麥芽工程 筒倉基礎(chǔ)（25級混凝土進行了內(nèi)部溫度監(jiān)測。其中女士商城工程施工時節(jié)最低氣溫為-27℃，平均氣溫為18．5℃左右，龍墾麥芽工程施工時節(jié)最低氣溫為-10℃，平均氣溫為-6．3℃。通過對實體同條件養(yǎng)護-7、28d抗壓強度的測試（見表4），實體同條件下的養(yǎng)護試件與實驗室的恒負溫與變負溫養(yǎng)護試件存在一定的差異，實體-7d抗壓強度比31．2% 、23．2% 要分別高于試驗室數(shù)據(jù)15．8% 、19．6% ，-28d也是相同的規(guī)律。
 4 結(jié)語
通過對LNC-53型防凍泵送劑負溫混凝土的強度發(fā)展規(guī)律研究，并確定三種基準(zhǔn)混凝土進行強度發(fā)展的對比試驗，同時結(jié)合工程實體強度發(fā)展的實際情況來分析：
?。?） LNC-53防凍泵送負溫混凝土在-5、-10、-15℃環(huán)境下，強度能夠持續(xù)增長，能夠保證混凝土結(jié)構(gòu)的安全越冬以及后續(xù)施工的要求。
?。?） 在冬期施工中，防凍泵送劑的使用效果要明顯優(yōu)于純防凍劑，摻防凍泵送劑負溫混凝土的強度發(fā)展速率高于純防凍劑混凝土。二者之間的差距大于20%。
（3） 由于LNC-53型防凍泵送劑具有明顯的增加混凝土的初始坍落度以及減水效應(yīng)，摻人負溫混凝土中能夠明顯地降低混凝土的用水量，從而達到降低液相冰點的作用，因此LNC-53型防凍泵送劑的摻量要低于同類防凍泵送劑以及純防凍劑。
?。?） 恒負溫條件下與變負溫條件下的LNC-53負溫混凝土，其強度發(fā)展不盡相同。變負溫條件下養(yǎng)護的試件，其強度要明顯高于恒負溫條件下養(yǎng)護的試體同齡期強度的10% 以上，但兩種養(yǎng)護條件下的負溫轉(zhuǎn)正溫強度幾乎相同。
（5） LNC-53型防凍泵送劑在工程實際中的使用效果與試驗室條件下的試驗結(jié)果有一定的差異，從-7d的發(fā)展速率來看，其值一般在20% ～30%之間。而試驗室恒負溫冰箱中的數(shù)值一般在15% 一20%左右，相差5% －10% ，-28d齡期時的負溫強度發(fā)展也有相似的規(guī)律。
?。?） 對于防凍泵送劑的對比基準(zhǔn)混凝土的確定，尚未有統(tǒng)一的確定，通過此次試驗的三種基準(zhǔn)混凝土的對比，不同基準(zhǔn)混凝土存在著一定的抗壓強度比差，這將直接影響防凍泵送劑產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的確定，因此，在制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時確定基準(zhǔn)問題極其重要，既不能依從于JC473的指標(biāo)，也不能依從于JC475的指標(biāo)。看來防凍泵送劑有其自身的特點與作用，應(yīng)單獨制訂標(biāo)準(zhǔn)。 |
| 原作者： 朱衛(wèi)中 朱廣祥 尹冬梅 |
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