大體積補(bǔ)償收縮混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用

摘　要: 結(jié)合實(shí)際工程,進(jìn)行大體積補(bǔ)償收縮混凝土配合比設(shè)計(jì),并驗(yàn)算了大體積補(bǔ)償收縮混凝土的收縮應(yīng)力。結(jié)果表明,流化膨脹劑PNC23 能顯著降低水膠比,從而降低水泥用量,結(jié)合膨脹劑補(bǔ)償收縮,對(duì)于解決大體積超長混凝土結(jié)構(gòu)的收縮應(yīng)力效果較好。

關(guān)鍵詞: 大體積混凝土; 補(bǔ)償收縮; 收縮應(yīng)力; 超長

中圖分類號(hào): TU528 ·2 　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B 　　文章編號(hào): 1005 - 8249 (2005) 01 - 0009 - 03

　　山東江山水泥公司項(xiàng)目總投資5. 2 億元人民幣,混凝土澆注量約10 萬m3 ,其中大體積混凝土占總量的20 %左右。幾個(gè)典型的大體積混凝土基礎(chǔ)是:立磨基礎(chǔ)(18m ×12m ×5m) 、煤磨基礎(chǔ)(10. 6m ×8. 6m ×4. 4m) 、熟料庫基礎(chǔ)(188m ×2. 4m ×1. 8m) 、窯中1 #基墩(9. 84m ×6. 1m ×6. 0m) 、窯中2 # 基墩(10. 21m×6. 8m ×4. 9m) 、窯中3 # 基墩(13. 26m ×9. 2m ×8. 6m) 和均化庫基礎(chǔ)(76m ×4. 9m ×3. 0m) 。

1 　試驗(yàn)內(nèi)容

1. 1 　試驗(yàn)原材料

　　原材料包括32. 5 普通硅酸鹽水泥、Ⅱ級(jí)粉煤灰(水泥、粉煤灰的化學(xué)成分見表1) 、流化膨脹劑PNC23(技術(shù)指標(biāo)符合J C473 - 2001 、J C476 - 2001 要求) 、中砂和粒級(jí)為5mm～31. 5mm 碎石。

工程應(yīng)用

1. 2 　混凝土試驗(yàn)

　　我院受江山水泥公司委托,進(jìn)行大體積超長結(jié)構(gòu)混凝土配合比設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30 ,坍落度140mm～180mm?？紤]到獨(dú)立基礎(chǔ)尺寸超大(最小尺寸4. 4m) , 連續(xù)基礎(chǔ)尺寸超長( 76m、188m) ,按大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)要求,采取大量摻加粉煤灰替代水泥以減少水泥用量和摻加膨脹劑補(bǔ)償混凝土收縮“雙摻”技術(shù)進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)?；炷猎囼?yàn)配合比及其各齡期強(qiáng)度見表2 。

　　從表2 可以看出:流化膨脹劑PNC23 摻量低、減水率高,致使混凝土單位用水量少,每立方混凝土用水量在152 公斤左右;水泥強(qiáng)度富裕系數(shù)大、實(shí)際強(qiáng)度高,在水膠比為0. 302～0. 306 的情況下,混凝土28 天強(qiáng)度就可達(dá)到62. 5～67. 2MPa ;粉煤灰取代(水泥) 系數(shù)大,在粉煤灰摻量達(dá)30 %情況下(摻和料摻量高達(dá)39 %) ,混凝土早期強(qiáng)度降低不多,后期強(qiáng)度無顯著降低。根據(jù)以上結(jié)論, 確定了表3 的混凝土施工配合比。

2 　混凝土塊收縮應(yīng)力分析

2. 1 　混凝土綜合降溫差計(jì)算

2. 1. 1 　混凝土水化溫升水泥水化絕熱溫升　

 ℃

　　

式中:  - 膠凝材料水化熱(根據(jù)我們的研究結(jié)果, 取30kJ / kg ) ?；炷馏w中心散熱溫升　

, 系數(shù) 可以按圖1 計(jì)算。

圖1 　水化溫升歷時(shí)曲線與混凝土體厚度的關(guān)系

　　圖1 表示半無限長板單面散熱的溫升系數(shù);當(dāng)工程中遇到多面散熱時(shí), 取各面散熱溫升系數(shù)乘積。

2. 2 　混凝土收縮當(dāng)量溫降

　　式中:εsh (t) 為收縮應(yīng)變值(10 - 4 ) ;εsh ,0為標(biāo)準(zhǔn)條件鋼筋混凝土收縮(取3. 24 ×10 - 4 ) 。

　　水膠比影響修正系數(shù)(M4) 取0. 85 ; 截面尺寸效應(yīng)系數(shù)(M8) 取0. 57 (V/ S ≥72. 0cm) ; 其它修正系數(shù)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 天混凝土收縮當(dāng)量溫降為:

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

2.3 　膨脹補(bǔ)償當(dāng)量溫升

混凝土膨脹應(yīng)變

　　式中εp (t) 為第t 天的膨脹應(yīng)變(10 ^{- 4}) ;εp ,0 (t ) 為標(biāo)準(zhǔn)條件下混凝土膨脹應(yīng)變(10 ^{- 4} ) 。

　　根據(jù)我們的研究結(jié)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 天時(shí)　θp (30) =εp (30) /α = 1. 56 ×10 - 4 /10 - 5 = 15. 6 ℃

　　本例是在5 月份開始澆注混凝土,爾后一段時(shí)間氣溫將會(huì)逐漸升高。所以氣溫對(duì)本例的影響是有利的,而我們忽略氣溫的有利影響,認(rèn)為T30 = T0 。

2.4 　混凝土綜合降溫差　

　　混凝土澆注后3 天, 塊體溫度逐漸升高,體積變形是膨脹性的,塊體不會(huì)出現(xiàn)收縮裂縫;第3 天時(shí)由于水泥水化導(dǎo)致的混凝土塊體溫度基本達(dá)到峰值,所以3 天后混凝土塊體開始降溫,至第30 天時(shí)混凝土塊體基本達(dá)到穩(wěn)定溫度?；炷翂K體至30 天的綜合降溫差(θ) 為:θ= T0 - T30 + Tm +θsh (30) -θp (30)

2. 2 　混凝土構(gòu)件收縮應(yīng)力計(jì)算

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

　　式中: C 為地基水平阻力系數(shù), 取1. 5N/ mm2 ;

　　S(t ,τ) 相當(dāng)于由t 至τ時(shí)間的應(yīng)力松弛系數(shù),取0. 5 ; cosh 為雙曲余弦函數(shù); H 為結(jié)構(gòu)厚度(mm) ; L 為結(jié)構(gòu)長度(mm) 。式中負(fù)號(hào)表示綜合降溫度差與應(yīng)力符號(hào)方向相反。

3 　結(jié)　　論

　　流化膨脹劑PNC-3 摻量低、減水率高,可顯著減少混凝土單位用水量,從而大幅減少水泥用量,降低水泥水化熱。膨脹劑和粉煤灰“雙摻”既能補(bǔ)償部分收縮應(yīng)力,又可提高混凝土強(qiáng)度, 圓滿解決大體積超長混凝土結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量問題。目前,該工程基礎(chǔ)已全部澆注完畢,未發(fā)現(xiàn)貫穿性裂紋,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。工程各方對(duì)該工程基礎(chǔ)部位的施工質(zhì)量表示滿意。評(píng)價(jià)結(jié)果列于表5 。