摘 要: 結(jié)合實際工程,進行大體積補償收縮混凝土配合比設(shè)計,并驗算了大體積補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)合膨脹劑補償收縮,對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; 補償收縮; 收縮應(yīng)力; 超長
中圖分類號: TU528 ·2 文獻標識碼: B 文章編號: 1005 - 8249 (2005) 01 - 0009 - 03
山東江山水泥公司項目總投資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 試驗內(nèi)容
1. 1 試驗原材料
原材料包括32. 5 普通硅酸鹽水泥、Ⅱ級粉煤灰(水泥、粉煤灰的化學(xué)成分見表1) 、流化膨脹劑PNC23(技術(shù)指標符合J C473 - 2001 、J C476 - 2001 要求) 、中砂和粒級為5mm～31. 5mm 碎石。
工程應(yīng)用
1. 2 混凝土試驗
我院受江山水泥公司委托,進行大體積超長結(jié)構(gòu)混凝土配合比設(shè)計。工程設(shè)計要求混凝土強度等級C30 ,坍落度140mm～180mm。考慮到獨立基礎(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償混凝土收縮“雙摻”技術(shù)進行混凝土配合比試驗。混凝土試驗配合比及其各齡期強度見表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;水泥強度富裕系數(shù)大、實際強度高,在水膠比為0. 302～0. 306 的情況下,混凝土28 天強度就可達到62. 5～67. 2MPa ;粉煤灰取代(水泥) 系數(shù)大,在粉煤灰摻量達30 %情況下(摻和料摻量高達39 %) ,混凝土早期強度降低不多,后期強度無顯著降低。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 ) 。混凝土體中心散熱溫升
, 系數(shù) 可以按圖1 計算。
圖1 水化溫升歷時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);當工程中遇到多面散熱時, 取各面散熱溫升系數(shù)乘積。
2. 2 混凝土收縮當量溫降
式中:εsh (t) 為收縮應(yīng)變值(10 - 4 ) ;εsh ,0為標準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 天混凝土收縮當量溫降為:
θsh (30) =εsh (30) /α= 0. 41 ×10 - 4 / 1 ×10 - 5 = 4. 1 ℃。
2.3 膨脹補償當量溫升
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 ) 為標準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 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,爾后一段時間氣溫將會逐漸升高。所以氣溫對本例的影響是有利的,而我們忽略氣溫的有利影響,認為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,塊體不會出現(xiàn)收縮裂縫;第3 天時由于水泥水化導(dǎo)致的混凝土塊體溫度基本達到峰值,所以3 天后混凝土塊體開始降溫,至第30 天時混凝土塊體基本達到穩(wěn)定溫度。混凝土塊體至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) 相當于由t 至τ時間的應(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) 。式中負號表示綜合降溫度差與應(yīng)力符號方向相反。
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”既能補償部分收縮應(yīng)力,又可提高混凝土強度, 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,各項指標均達到設(shè)計要求。工程各方對該工程基礎(chǔ)部位的施工質(zhì)量表示滿意。評價結(jié)果列于表5 。
