特殊环境下大体积混凝土材料配方试验研究

特殊环境下大体积混凝土材料配方试验研究吴庆安中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州221008摘要从大体积混凝土原材料研究入手,针对大体积混凝土实际所处的高温高湿环境,采用模拟试验的方法,模拟现场的高温高湿环境,对试块进行养护、试压,最终确定了大体积混凝土的材料配方。论文旨在研究材料在特殊环境下的性能,但不同的工程应有不同的要求和配比。关键词高温高湿大体积混凝土材料配方模拟试验中图分类号TU5281062文献标识码A文章编号1671095920040720069203TESTRESEARCHONMATERIALSCOMPOUNDINGOFMASSIVECONCRETEUNDERSPECIALENVIRONMENTSWUQINGANSCHOOLOFARCHITECTUREMASSIVECONCRETEMATERIALSCOMPOUNDINGSIMULATINGTEST徐州矿务集团某煤矿21102工作面位于太原组西一、西二采区,为该煤矿太原组的首采工作面。2002年10月26日,该工作面发生底板突水事故,突水点位于工作面老塘靠运输道附近,涌水量稳定在1020M3/H,水温达4546。为治理水害,保证矿井安全,治水方案经多次论证,决定在21102工作面的材料道和运输道、自外切眼往里的75M和20M处墙的外壁分别施工水闸墙,水闸墙内预埋引水管,实现堵、放相结合,水闸墙处于工作面两道内距离屯头系运输下山约100M的半煤岩巷道内,如图1。徐州矿务集团设计研究院设计的水闸墙墙体均为倒锥形结构,运输道水闸墙承压8132MPA,材料道水闸墙承压810MPA,两道水闸墙承压之高为国内罕见砌筑在煤巷内,对墙体的防渗、防漏要求高高水温,预计运输巷水温达50,施工难度大混凝土浇筑体积大,工程量大。该混凝土工程分为21102运输道水闸墙混凝土工程和材料道水闸墙混凝土工程,均为大型防渗混凝土工程,混凝土设计强度C25,按C28施工。运输道和材料道的水闸墙均长64M,纵向分为三部分里加固段、主体墙段和外加固段,见图2。里加固段长30M,混凝土厚400MM主体墙段为倒截锥形,长24M,分为3段外加固段长10M,混凝土厚400MM。施工中,首先施工里加固段,再施工外加固段,最后施工主体墙段,即纵向分为三段进行浇筑而针对每一段,竖向则分若干层进行浇筑,主要浇注量见表1。表1水闸墙混凝土浇注量材料道水闸墙运输道水闸墙项目合计墙体加固段合计64624088664624088612924801772混凝土工程/M3图1水闸墙位置图收稿日期2004042769新产品新技术煤炭工程2004年第7期图2水闸墙示意图凝土粘塑性,提高混凝土的可泵性,改善并提高混凝土后期强度。以粉煤灰取代部分水泥或集料,一般可在保持混凝土和易性的条件下减少用水量。粉煤灰可使混凝土的干缩减少5左右,使混凝土的弹性模量大约提高510。粉煤灰掺和料还能减少混凝土的水化热,防止大体积混凝土开裂。鉴于此,本工程要求采用级以上优质粉煤灰。4减水剂。在大体积混凝土中,掺加一定量的引气减水剂,可降低水泥用量1015,并可引入36的空气,从而改善混凝土拌和物的和易性,提高混凝土的抗渗性。本工程可采用JM100减水剂,掺量为115310。5水。可以采用水质符合混凝土拌和用水标准的自来水作为拌和用水。1大体积混凝土原材料的选用1水泥。大体积混凝土工程宜采用低热水泥。普通硅酸盐水泥具有早期强度高,水化热略高,抗冻性好,抗侵蚀、抗腐蚀能力稍差,干缩较小。矿渣硅酸盐水泥具有早期强度低,后期强度高,对温度敏感,适宜于高温养护水化热较低,放热速度慢耐热性较好抗侵蚀、抗腐蚀能力较强泌水性大,干缩率较大,抗冻性差。经过比较,决定采用3215级普通硅酸盐水泥,但必须掺粉煤灰,并将水灰比控制在0140左右,从而降低水泥用量,改善混凝土的和易性,降低单位体积混凝土的水泥水化热量、确保混凝土块体温差不至于过大。2粗细集料。配制大体积混凝土拌和物,必须尽可能减少用水量,以相应地减少水泥用量。试验表明,选用较大的粗集料,配以两种或多种较细集料,可以组成合理级配,加以捣实后,产生的密实度接近最大值最小空隙率,从而在给定的水灰比和稠度下,水和水泥用量两者都有所下降。因此,砂可选用中粗石英河砂,石子选用粒径53115MM连续级配的优质碎石,要求符合筛分比标准以减少用水量和水泥用量,而且要严格控制砂、石含泥量,将其分别控制在2和1以下。3粉煤灰。粉煤灰具有活性,可代替水泥,能改善混2大体积混凝土材料配方试验研究211原材料的检测1水泥。山东枣庄3215级普通硅酸盐水泥。水泥的化学成分分析见表2,水泥的技术性能指标见表3。2砂。中粗石英河砂。通过对砂进行筛分析试验,可知砂为中砂,但中偏粗,MX3106,级配合格。砂的颗粒级配见表4,砂的筛分析曲线见图3。表2普通硅酸盐水泥化学成分分析化学成分SIO2AL2O3FE2O3CAOMGOTIO2SO3C3A碱含量烧失量32152716581984112491863146/213216181/3128表3普通硅酸盐水泥性能指标凝结时间/MIN抗压强度/MPA抗折强度/MPA标准稠度用水量/标号细度/安定性初凝终凝94H28D94H28D32154182815合格2416401641357138170510表4砂的颗粒级配结果累计筛余、按重量计/筛孔尺寸方孔筛/MM级配情况公称粒级/MM417521361118016001300115连续级配级配区410141635187010941998197019942013CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP/WWWCNKINET2004年第7期煤炭工程新产品新技术碎石的颗粒级配见表5。4粉煤灰。邹城电厂级粉煤灰细度1318、烧失量0165、SO30184。5缓凝剂。木质素磺酸钙。6减水剂。JM100减水剂。212大体积混凝土配比试验根据有关规范要求,在实验室经过反复试配后,最终选取了一种配方,其实验室配合比、施工配合比及试验结果如表6。图3砂的筛分析曲线3碎石。粒径为53115MM连续级配的优质碎石。表5碎石颗粒级配结果累计筛余、按重量计/筛孔尺寸方孔筛/MM级配情况公称粒级/MM21364175915016101910261531153715分计筛余累计筛余01710029179913301769161012381921132817616714018018/53115表6待选配方的试验结果砂率SP配比水泥黄砂碎石水粉煤灰JM100减水剂W/C坍落度/MM实验室配比施工配比2752756837381114111416010511830118101021501411010215014101380138/160213模拟现场的环境下养护、试压为了准确地反映实际情况,选择在模拟现场的高温高湿环境下对试块进行养护,养护箱内相对湿度为100,养护温度随养护时间的变化曲线如图4。对试块进行试压的结果为24H强度为411MPA,48H强度为1018MPA,72H强度为1910MPA。3结语确保混凝土优质的前提是原材料的研究,通过试验研究,可确保原材料满足工程要求。本工程根据有关规范,在实验室反复试配,最终选取一种配方,以该配方为研究对象,打三组试块,放在高温高湿的环境中养护。同时,考虑到混凝土的放热,模拟实际环境对试验环境温度进行调整。分别在24H、48H和72H试压,测定其抗压强度,由于24H、48H及72H强度都比较高,满足C28的设计要求,故将其作为大体积混凝土材料配方的最优方案,既满足了特殊的高温高湿环境下大体积混凝土的要求,又满足了水闸墙所承受水压的要求。环境的温湿度对混凝土的养护有着重要的影响,故在做材料试验时,一定要实时检测环境温湿度的变化,同时要模拟实际环境的温湿度情况做适当调整。参考文献杨伯科混凝土实用技术手册精编M学技术出版社,1998长春吉林科1图4养护温度随养护时间变化曲线王铁梦工程结构裂缝控制M版社,1997北京中国建筑工业出2214试验结果分析通过模拟现场的高温高湿环境下大体积混凝土材料配方试验研究,发现该配方的24H、48H及72H强度都比较高,满足C28的设计要求。同时,试验的温湿度也和现场环境的温湿度比较接近,能准确反映事物本身的规律,真实地体现大体积混凝土材料的性能。可以断定,采用上述配方能够达到设计要