高性能混凝土QC小组活动成果报告书.doc

QC小组活动成果报告书课题名称：提高耐久性混凝土配合比质量Xx项目部二OO八年十二月QC小组活动成果报告书第一部分 小组概况简介及选题理由应公司科技质量部要求，本QC小组于2008年5月成立，7月正式注册。注册登记号TQ08-14，课题名称为：提高耐久性混凝土配合比质量，课题编号：KT08-10。小组成员共6名，分别是：组长：Xx；副组长：XX；组员：XX、XXX、XXX、XX。在XX城际铁路的施工中，大量的混凝土都有耐久性要求，面对这一实际情况，我们试验室几名成员自愿组织起来，就这一问题开展QC活动。第二部分 现状调查 1、混凝土耐久性，主要是指混凝土在各种环境等级作用下的耐久性。环境对混凝土结构材料的作用因素，主要是温度和湿度及其变化（干湿交替、冻融循环），以及环境中的水、气、盐、酸等介质，环境作用所造成的材料劣化则表现为钢筋的锈蚀和混凝土的腐蚀与损伤。空气中的CO2从混凝土表面扩散到混凝土内部，与混凝土内呈碱性的水泥水化产物Ca(OH)2起反应，生成中性的CaCO3，降低混凝土的碱度，使钝化膜不能继续维持而破坏，并在水份和氧的参与下持续锈蚀。氯离子从混凝土表面扩散到钢筋位置并积累到一定浓度（临界浓度）后，也能使钝化膜破坏。混凝土内的钢筋碳化锈蚀和氯盐锈蚀都是电化学腐蚀过程，都必须有水份和氧的参与。氯盐不仅能破坏钢筋表面钝化膜而引起钢筋锈蚀，而且能和混凝土中的Ca(OH)2发生离子互换反应生成易溶的（如CaCl2）或疏松无胶凝性(如Mg(OH)2)的产物，破坏混凝土材料的微结构。在有冰冻情况下，盐冻能使混凝土表面起皮剥落。除冰盐（一般为氯盐）不但能对钢筋造成严重锈蚀，而且对表层混凝土有很大破坏作用。水、土中的硫酸盐、镁盐、酸等化学介质的作用。硫酸盐能与混凝土中的水化产物Ca(OH)2和水化铝酸钙发生化学作用生成石膏和钙钒石，造成体积膨胀使混凝土开裂剥落；在干湿交替的条件下，潮湿时侵入混凝土孔隙中的盐溶液当环境转为干燥后因过饱和而结晶，还会产生极大的结晶压力使混凝土破坏；酸能溶解混凝土中的Ca(OH)2等水化产物，破坏混凝土的内部结构和密实性；空气中的二氧化硫及氮氧化物等空气污染物与水结合形成酸雨，对混凝土也有很大侵蚀作用。混凝土内的饱和孔隙水受冻膨胀产生压力，反复冻融可使混凝土表层开裂、浆体剥落、骨料裸露甚至崩落。上述都是外部环境对混凝土质量的影响，而耐久性混凝土就是为了提高混凝土在这些特殊环境下的质量和使用寿命。2、正因为有了耐久性要求，所以对混凝土的配合比设计也有了相应的调整以适应要求。一般情况下，耐久性混凝土配合比的设计依据以下几点：（1）混凝土强度等级（2）混凝土环境作用等级（3）混凝土耐久性设计参数（4）原材料品质指标和检验批次控制要求（5）混凝土施工工艺及施工技术要求其中，设计参数包括：基本规定、最大水胶比和最小胶凝材料用量、混凝土含气量、混凝土电通量q、混凝土的抗冻性、抗渗性、抗裂性、泌水性、混凝土中的碱含量以及氯离子含量等。第三部分 分析原因及目标确定影响混凝土耐久性能的因素有：混凝土长期处在各种环境介质中,往往会造成不同程度的损害,甚至完全破坏。造成损害和破坏的原因有外部环境引起的,也有混凝土内部的缺陷及组成材料的特性引起的。前者如气候的作用,极端温度的出现,磨蚀,天然或工业液体或气体的侵蚀等。后者如碱骨料反应,混凝土的渗透性,原材料材料质量与热性能不同引起的热应力等。1、混凝土的胶凝材料用量、水胶比设计已经有一套完整的理论和步骤，进行混凝土配合比设计计算时，所用骨料均以干燥状态骨料为基准（所谓干燥状态骨料系指含水率小于0.5%的细骨料或含水率小于0.2%的粗骨料），所用细骨料均以过10圆孔筛的细骨料为基准。混凝土配合比设计计算步骤和方法可参照行业标准普通混凝土配合比设计规程（JGJ55）执行。有耐久性设计要求的混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量应符合表1表3规定。表1 钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量（kg/m3）环境类别环境作用等级设计使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）最大水胶比最小胶凝材料用量最大水胶比最小胶凝材料用量最大水胶比最小胶凝材料用量碳化环境T10.552800.602600.65260T20.503000.552800.60260T30.453200.503000.50300氯盐环境L10.453200.503000.50300L20.403400.453200.45320L30.363600.403400.40340化学侵蚀环境H10.503000.552800.60260H20.453200.503000.50300H30.403400.453200.45320H40.363600.403400.40340冻融破坏环境D10.503000.552800.60260D20.453200.503000.50300D30.403400.453200.45320D40.363600.403400.40340磨蚀环境M10.503000.552800.60260M20.453200.503000.50300M30.403400.453200.45320表2 素混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量（kg/m3）环境类别环境作用等级设计使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）最大水胶比最小胶凝材料用量最大水胶比最小胶凝材料用量最大水胶比最小胶凝材料用量碳化环境T1、T2、T30.602800.652600.65260氯盐环境L1、L2、L30.602800.652600.65260化学侵蚀环境H10.503000.552800.60260H20.503000.50300H3H4冻融破坏环境D10.503000.552800.60260D20.503000.50300D3D4磨蚀环境M10.552800.602600.65260M20.503000.552800.60260M30.503000.50300注：“”表示不宜采用素混凝土结构。表3 硫酸盐侵蚀环境下混凝土胶凝材料的要求环境作用等级水泥品种水泥熟料中的C3A含量（%）粉煤灰或磨细矿渣粉的掺量（%）最小胶凝材料用量（kg/m3）H1普通硅酸盐水泥820300中抗硫酸盐硅酸盐水泥5300H2普通硅酸盐水泥825330中抗硫酸盐硅酸盐水泥520300高抗硫酸盐硅酸盐水泥3300H3、H4普通硅酸盐水泥630360中抗硫酸盐硅酸盐水泥525360高抗硫酸盐硅酸盐水泥320360 2、选用多功能复合外加剂。3、混凝土含气量 有耐久性设计要求的混凝土的含气量应符合表4的规定。表4 混凝土含气量要求环境条件无抗冻要求混凝土有抗冻要求混凝土D1D2、D3D4含气量（%）2.04.05.05.54、混凝土电通量q有耐久性设计要求的混凝土的电通量应符合表5表7的规定。表5 混凝土的电通量设计使用年限级别一（100年）二（60年）、三（30年）56d电通量（C）C3020002500C30C4515002000C5010001500注：本表是对所有有耐久性要求的混凝土的基本要求。当混凝土处于氯盐环境、化学侵蚀环境或冻融破坏环境时，混凝土的耐久性指标还应满足表6、表7的规定。表6 氯盐环境下混凝土的电通量设计使用年限级别一（100年）二（60年）、三（30年）环境作用等级L1L2、L3L1L2、L356d电通量（C）100080015001000表7 化学侵蚀环境下混凝土的电通量设计使用年限级别一（100年）二（60年）、三（30年）环境作用等级H1、H2H3、H4H1、H2H3、H456d电通量（C）12001000150010005、混凝土的抗冻性有耐久性设计要求的冻融破坏环境下的混凝土结构，混凝土的抗冻性应符合表8的规定。表8 冻融破坏环境下混凝土的抗冻性设计使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）环境作用等级D1、D2、D3、D4D1、D2、D3、D4D1、D2、D3、D4抗冻等级（56d）F300F250F2006、混凝土中的碱含量有耐久性设计要求的混凝土中的碱含量应符合设计要求。设计无具体要求的，当骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%0.20%时，混凝土中的碱含量应符合表9的规定；当骨料的砂浆棒膨胀率在0.20%0.30%时，除了混凝土的碱含量应符合表9的规定外，应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺和料和外加剂，并经试验证明抑制有效。表9 混凝土最大碱含量（kg/m3）设计使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）环境条件干燥环境3.53.53.5潮湿环境3.03.03.5含碱环境3.03.0注： 带号项目混凝土必须换用非碱活性骨料。 混凝土的总碱含量包括水泥、矿物掺合料、外加剂及水的碱含量之和。其中，矿物掺合料的碱含量以其所含可溶性碱计算。粉煤灰的可溶性碱含量取粉煤灰总碱含量的1/6，矿渣粉的可溶性碱含量取矿渣粉总碱含量的1/2，硅灰的可溶性碱含量取硅灰总碱含量的1/2。 干燥环境是指不直接和水接触、空气平均相对湿度长期不大于76%的环境；潮湿环境是指与水直接接触、干湿交替变化的环境、水下或与潮湿土壤接触以及空气平均相对湿度长期大于75%的环境；含碱环境是指直接与海水、含碱工业废水、钾（钠）盐等接触的环境；干燥环境或潮湿环境与含碱环境交替变化时，均按含碱环境对待。 处于含碱环境中的设计年限为60年、30年的混凝土工程，在限制混凝土碱含量的同时，应对混凝土表面作防水、防碱涂层处理，否则应换用非碱活性骨料。我们的目标就是计算和调整这些影响混凝土耐久性能的参数，使之达到施工要求。第四部分 确定主要影响因素根据以往的施工经验，我们认为胶凝材料用量、水胶比是最重要的因素，对配合比质量的影响最大，因此，我们小组把耐久性混凝土的胶凝材料用量、水胶比设计认定为主因。第五部分 制定对策1、按施工技术要求，设计C30水下桩、C30扩大基础、C35台身、C45墩身混凝土的理论配合比。 2、进行试配和调整。3、制作抗冻融循环性能、抗渗性能、耐腐蚀、抗氯离子渗透性、抗裂性、抗压强度、弹性模量、抗冻性、耐磨性、电通量试件。第六部分 对策实施一、配合比的理论计算。以C45为例。我单位现在所施工的XXX特大桥墩身混凝土，设计年限为100年，环境作用等级为D3，设计强度等级为C45。混凝土施工采用集中搅拌站搅拌、搅拌运输车运输和混凝土泵车泵送浇筑，根据现场施工工艺我们确定坍落度范围为140180，混凝土所使用的原材料为：1、吉林亚泰P.O42.5水泥；2、九台市二道沟半拉山碎石场碎石,碎石采用510、1020、1631.5三级配掺配,掺配比例为：G小15：G中50：G大35，其级配、空隙率、含泥量和泥块含量等均符合铁路混凝土工程施工质量验收补充标准规定；3、九台市松花江更新砂场中砂（江砂），其级配、含泥量和泥块含量等均符合铁路混凝土工程施工质量验收补充标准规定；4、长春二热电厂级粉煤灰，掺量为胶凝材料总用量的30%；5、山东华伟生产的NOF-AS系列聚羧酸高性能减水剂，掺量按胶凝材料质量的0.9% 计。1、设计计算步骤2008年7月5日，小组成员依据上述条件进行了计算。确定试配强度fcu，0 =（fcu，k1.645）=（451.6455.0）=53.2（MPa）确定水胶比W0/J =acfce，g/（fcu，oabcfce，g）=0.461.0742.5（53.20.460.071.0742.5）=0.38根据规范客运专线高性能混凝土暂行技术条件及设计要求，并参考表1化学环境D3允许最大水胶比为0.40,但因考虑到为了提高混凝土的抗冻性及氯离子渗透性等耐久性指标,所以取水胶比0.34故确定水胶比值取0.34。. 选定用水量根据相关规范及标准,配合比设计时水胶比小于0.40的混凝土用水量应该通过试验确定。经过试验后我们确定用水量取213 kg/m3，因检测外加剂的减水率为30%，所以得出单方混凝土实际用水量为：213（1-0.30）=149 kg/m3. 计算胶凝材料用量J = W0W0/J=1490.34=438（kg/m3）计算出胶凝材料用量J=438（kg/m3），根据规范客运专线高性能混凝土暂行技术条件及设计要求，环境类别处于冻融破坏环境、环境作用等级为D3的混凝土配合比最小胶凝材料用量为340 kg/m3。该胶凝材料用量符合要求,故确定胶凝材料用量为438 kg/m3。. 确定粉煤灰用量F=0.30J=0.30438=131（kg/m3）根据规范客运专线高性能混凝土暂行技术条件及设计要求，处于冻融环境的混凝土中粉煤灰的掺量不宜大于30%，但为了降低混凝土的电通量，从而提高混凝土的耐久性，所以我们确定取粉煤灰掺量为胶凝材料用量的30%。. 计算水泥用量C= JF=438131=307（kg/m3）. 砂率SP。根据查阅相关规范及通过试验，混凝土砂率在40%时能满足拌合物性能要求，有很好的和易性和流动性，故选定砂率SP为40%。. 计算砂用量S混凝土假定容重mCP取2370kg/m3。因混凝土处于D3冻融环境，规范客运专线高性能混凝土暂行技术条件及设计要求，混凝土的含气量为5.0，根据多次试验得知，C45混凝土含气量在大于5时容重为2370 kg/m3左右，故确定假定混凝土重量为2370kg/m3。：S=（mCPW0J0.008JWJJHGUL）SP=（23701494380.0094380.20）0.40=713（kg/m3）. 计算石子总用量G、小石子用量G小、中石子用量G中、大石子用量G大G= G小+G中+G大G=mCPW0J0.008JWJJHGULS=23701494380.0094380.20713=1069（kg/m3）其中G小=0.15 G=0.151069=160（kg/m3）其中G中=0.50 G=0.501069=535（kg/m3）其中G大=GG小G中 =1069160535 =374. 计算外加剂用量WJJ、外加剂中的含水量WJJHSL和混凝土实际加水量W 外加剂用量WJJ：WJJ =0.009J=0.008438=3.942（kg/m3） 外加剂中含水量WJJHSL：WJJHSL =WJJ0.009JWJJHGUL=3.550.0094380.20=2.76（kg/m3） 混凝土实际加水量W：W =W0WJJHSL=1492.76=146（kg/m3）. 计算初步理论配合比初步理论配合比为：水泥 ： 砂 ： 小石 ：中石： 大石 ：粉煤灰 ：外加剂 ：水= C/C ：S/C ： G小/C ：G中/C：G大/C ： F/C ：WJJ/C ：W/C=307/307 ：713/307 ：160/307 ：535/307 ：374/307 ：131/307 ：3.942/307 ：146/307= 1 ：2.32 ：0.52 ： 1.74 ：1.22 ： 0.43 ：0.0128 ：0.482、试配调整。7月6日，进行了试配，考虑制成系数，其值取1.25。每盘混凝土的搅拌量为15L。当时坍落度170，混凝土和易性良好，并测出含气量为5.9,所以我们对此配合比不作调整。3、按配合比拌制了试配用料，制作了抗冻融循环性能、抗渗性能、耐腐蚀、抗氯离子渗透性、抗裂性、抗压强度、弹性模量、耐磨性、电通量试件，并按相关标准规定的方法成型。第七部分 检查效果 1、混凝土抗压试件成型后，正温条件下，1-11-4配合比试件预养24h，2-12-4试件预养12h，然后转入冰箱，模拟现场混凝土养护温度养护7d，再转入标准条件下养护28d，同时制作另一组试件在标准条件下养护28d，以作强度对比分析。2、抗冻融循环性能、抗渗性能、耐腐蚀、抗氯离子渗透性、抗裂性、抗压强度、弹性模量、耐磨性、电通量试件，经正温预养后，在负温下养护7天，再标养28天，进行相关的性能试验。3、配比试验结果及分析根据设计文件要求达到7项耐久性指标，饮马河特大桥基础桩C30水下、C30扩大基础、C35台身、C45墩身配合比设计结果如表10所示。混凝土配合比的物理力学性能试验结果列于表10，按前期配合比配制的混凝土的抗冻融循环法试验结果如表11所示；后期按8项耐久性指标要久配制的混凝土的耐久性试验结果如表12所示。由表1012结果分析可知：混凝土耐久性主要取决于水胶比、单方胶凝材料用量和混凝土拌合物的含气量。要提高混凝土的抗冻融性能，必须控制最大水胶比、最小胶凝材料用量和混凝土拌合物的含气量。 按同一配比同一混凝土拌合站每100立方混凝土制作一组混凝土耐久性检查试件的抽检频率，2008年8月1日前，抽取9组，2008年8月30日前抽取19组混凝土试件做综合耐久性试件。抽样试验结果表明：混凝土抗冻融循环次数均不小于300次，抗渗等级大于S20，氯离子渗透值小于1000C，抗蚀系数大于0.80，砂浆的磨耗率小于0.5kg/m2，混凝土砂浆中的钢筋未发现锈蚀，混凝土表面非受力裂缝平均宽度小于0.20mm，骨料砂浆棒膨胀率小于0.10%，8项耐久性指标均达到设计要求，混凝土耐久性评定合格。表10 混凝土配合比物理力学性能试验结果编号强度等级配合比外加剂胶凝材料用量水胶比砂率坍落度含气量早期预养温度抗压强度/MPaC：F：S：G：W型号掺量%Kg/m3%mm%R-7+28R281-1C451:0.43:2.32:3.48:0.48NOF-AS094380.33401705.9-254.156.41-2C351:0.43:2.64:3.80:0.53NOF-AS094030.38411755.7-244.246.91-3C30水下1:0.43:2.76:3.81:0.57NOF-AS093920.40422004.5-242.545.31-4C301:0.43:2.71:3.89:0.58NOF-AS093900.39411705.6-239.342.22-1C451:0.43:2.32:3.48:0.48NOF-AS094380.33401705.9-1053.455.72-2C351:0.43:2.64:3.80:0.53NOF-AS094030.38411755.7-1043.846.12-3C30水下1:0.43:2.76:3.81:0.57NOF-AS093920.40422004.5-1042.444.62-4C301:0.43:2.71:3.89:0.58NOF-AS093900.39411705.6-1038.941.7表11 混凝土配合比抗冻融循环性能试验结果编号混凝土等级配合比外加剂冻融循环次数抗压强度损失率/%试件质量损失率/%C：F：S：G：W型号掺量%1-1C451:0.43:2.32:3.48:0.48NOF-AS093006.81.21-2C351:0.43:2.64:3.80:0.53NOF-AS093009.12.01-3C30水下1:0.43:2.76:3.81:0.57NOF-AS0930011.32.31-4C301:0.43:2.71:3.89:0.58NOF-AS0930010.13.52-1C451:0.43:2.32:3.48:0.48NOF-AS093007.61.52-2C351:0.43:2.64:3.80:0.53NOF-AS0930010.32.42-3C30水下1:0.43:2.76:3.81:0.57NOF-AS0930012.23.12-4C301:0.43:2.71:3.89:0.58NOF-AS0930011.53.7表12 混凝土配合比耐久性能试验结果编号抗冻融循环300次相对弹性模量抗渗等级S护筋性抗氯离子渗透性/C抗蚀系数磨损量/(kg/m2)抗裂性抗碱-骨料反应性能，