摻防凍泵送劑負(fù)溫混凝土強(qiáng)度研究
2006-08-07 00:00
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【摘要】通過(guò)對(duì)LNC-53型負(fù)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(fù)溫混凝土在負(fù)溫條件下強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明，摻LNC-53型負(fù)溫防凍泵送劑可在-5～-15℃ 的條件下確保結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度能持續(xù)增長(zhǎng)，免于凍害。
【關(guān)鍵詞】防凍泵送劑；負(fù)溫混凝土；強(qiáng)度；恒負(fù)溫；變負(fù)溫
我國(guó)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(gè)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(fù)溫條件下能順利進(jìn)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(qiáng)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(jìn)行使用和大面積推廣應(yīng)用（包括華北地區(qū)的早強(qiáng)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(diǎn)，主要是因?yàn)槎緡?yán)寒的氣候下，混凝土在低溫或負(fù)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(kuò)展度Sf減小，且防凍組份或早強(qiáng)組份會(huì)造成混凝土坍落度Sl損失增大，這對(duì)商品混凝土的運(yùn)輸和混凝土的遠(yuǎn)距離泵送也造成很大的不便。因此，發(fā)展適應(yīng)于我國(guó)三北地區(qū)能普遍推廣應(yīng)用的、負(fù)溫下全天候的、具有高技術(shù)含量的混凝土防凍泵送劑，對(duì)保證我國(guó)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(bào)了省科技廳科技攻關(guān)項(xiàng)目—LNC-53型負(fù)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(yàn)研究工作，并在部分工程中進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，取得了良好的效果。以下是LNC-53型防凍泵送劑負(fù)溫混凝土強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律試驗(yàn)研究的部分內(nèi)容。
1 原材料
?。?） 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；
（2） 細(xì)集料：哈爾濱港務(wù)局砂場(chǎng)產(chǎn)中砂，M =2．67，含泥量=1．35% ；
?。?） 粗集料：哈爾濱玉泉采石場(chǎng)產(chǎn)玄武巖碎石，粒級(jí)為5～31．5ram．壓碎指標(biāo)為3．12%；
?。?） 水：哈爾濱市自來(lái)水；
（5） 外加劑：黑龍江省低溫建筑科學(xué)研究所中間試驗(yàn)廠產(chǎn)LNC-53型負(fù)溫混凝土防凍泵送劑。
2 試驗(yàn)方案
2．1 試驗(yàn)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(jìn)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(jì)算所得，實(shí)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(guó)目前尚未有防凍泵送劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于基準(zhǔn)混凝土我們以下面的3種來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比：
?。?） 不摻任何外加劑的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)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(hù)混凝土，Sl控制在180±20mm；
?。?） 摻加防凍泵送劑中的防凍組份的負(fù)溫養(yǎng)護(hù)混凝土，Sl控制在80±120 mm。
2．3 試驗(yàn)條件的確定
?。?） 負(fù)溫溫度確定為-5℃ 、-l0℃ 、-l5℃ ，采用冰箱進(jìn)行冷凍，冰箱溫度由控溫儀控制，上下波動(dòng)范圍為1℃ ；
?。?） 預(yù)養(yǎng)溫度控制為20±2℃，采用恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室；
（3） 采用變負(fù)溫環(huán)境進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試件置于自然室外養(yǎng)護(hù)，試件內(nèi)部與外部溫度采用溫度自動(dòng)采集儀記錄；
?。?） 預(yù)養(yǎng)時(shí)間的確定見表2。
 室外自然養(yǎng)護(hù)變負(fù)溫條件下，我們?cè)黾恿肆⒓词軆龅脑囼?yàn)，主要是考慮到工程施工中的實(shí)際情況，對(duì)比試驗(yàn)室與工程實(shí)際的差別。上表中3個(gè)負(fù)溫溫度下的預(yù)養(yǎng)度時(shí)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(fù)溫混凝土強(qiáng)度發(fā)展
3．1 三個(gè)基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度發(fā)展  3．2 冰箱恒負(fù)溫環(huán)境下混凝土強(qiáng)度發(fā)展
從圖2中LNC-53負(fù)溫混凝土與純防凍負(fù)溫混凝土的同齡期抗壓強(qiáng)度比的數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，摻LNC-53防凍泵送劑混凝土負(fù)溫下強(qiáng)度均高于摻純防凍劑負(fù)溫混凝土同齡期的強(qiáng)度，數(shù)值都在100%以上，并且-15℃ 溫度下的同齡期抗壓強(qiáng)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(diǎn)。-15℃條件下LNC-53的摻量最大，達(dá)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(duì)于相同溫度下的純防凍劑混凝土，其同齡期抗壓強(qiáng)度比也提高幅度最大。因此，在工程中，相同負(fù)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(dá)到15% 以上。
摻LNC-53防凍泵送劑混凝土在負(fù)溫下雖然隨氣溫的下降，其強(qiáng)度的發(fā)展速率減慢，強(qiáng)度絕對(duì)值不高，但R-7+28 、R-7+56、R28抗壓強(qiáng)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(lái)。這是LNC-53防凍泵送劑的一個(gè)特點(diǎn)，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(dá)l00mml以上，同時(shí)可減少用水量10% 一15%，減少了混凝土內(nèi)部可凍結(jié)水，負(fù)溫下早期強(qiáng)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(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，從圖4中與基準(zhǔn)2混凝土R-7+28、R-7+56、R28的抗壓強(qiáng)度比柱狀圖高度來(lái)看，-5、-10、-15℃三種溫度下的數(shù)值并沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)律，三者之間的抗壓強(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(jìn)行制訂時(shí)，應(yīng)充分考慮基準(zhǔn)混凝土的定義問(wèn)題，即以誰(shuí)為基準(zhǔn)的問(wèn)題。
3．3 室外自然環(huán)境變負(fù)溫條件下混凝土強(qiáng)度發(fā)展
為了研究LNC-53防凍泵送劑在實(shí)際工程中的應(yīng)用技術(shù)，本項(xiàng)目也進(jìn)行了冬季室外自然環(huán)境變負(fù)溫條件下LNC-53負(fù)溫混凝土的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律試驗(yàn)，試驗(yàn)日期為2002．10．25— 2003．01．25，并對(duì)此期間的天氣最高溫度與最低溫度進(jìn)行了記錄，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。
 從試驗(yàn)的情況分析，成型完畢后的混凝土在室內(nèi)20℃環(huán)境中進(jìn)行必要的預(yù)養(yǎng)升，對(duì)混凝土在負(fù)溫環(huán)境中強(qiáng)度發(fā)展有很大的益處，特別是早期，混凝土的持續(xù)增長(zhǎng)率較高。而成型完成后立即受凍的混凝土，其早期強(qiáng)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(méi)有產(chǎn)生不可修復(fù)的凍結(jié)損傷，其在-60d齡期后強(qiáng)度迅速增加，并在-90d時(shí)接近于預(yù)養(yǎng)4h再受凍混凝土的同齡期強(qiáng)度值。
3．4 LNC-53型防凍泵送劑在工程結(jié)構(gòu)中強(qiáng)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(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，課題組對(duì)LNC-53防凍泵送負(fù)溫混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體的強(qiáng)度發(fā)展進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)跟蹤檢驗(yàn)，并對(duì)2001年l2月施工的哈爾濱勝達(dá)女士商城四層頂板C50級(jí)混凝土、2002年11月施工的龍墾麥芽工程 筒倉(cāng)基礎(chǔ)（25級(jí)混凝土進(jìn)行了內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)。其中女士商城工程施工時(shí)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(shí)節(jié)最低氣溫為-10℃，平均氣溫為-6．3℃。通過(guò)對(duì)實(shí)體同條件養(yǎng)護(hù)-7、28d抗壓強(qiáng)度的測(cè)試（見表4），實(shí)體同條件下的養(yǎng)護(hù)試件與實(shí)驗(yàn)室的恒負(fù)溫與變負(fù)溫養(yǎng)護(hù)試件存在一定的差異，實(shí)體-7d抗壓強(qiáng)度比31．2% 、23．2% 要分別高于試驗(yàn)室數(shù)據(jù)15．8% 、19．6% ，-28d也是相同的規(guī)律。
 4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)LNC-53型防凍泵送劑負(fù)溫混凝土的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律研究，并確定三種基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行強(qiáng)度發(fā)展的對(duì)比試驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)體強(qiáng)度發(fā)展的實(shí)際情況來(lái)分析：
?。?） LNC-53防凍泵送負(fù)溫混凝土在-5、-10、-15℃環(huán)境下，強(qiáng)度能夠持續(xù)增長(zhǎng)，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。
（2） 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(fù)溫混凝土的強(qiáng)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%。
?。?） 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(fù)溫混凝土中能夠明顯地降低混凝土的用水量，從而達(dá)到降低液相冰點(diǎn)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(fù)溫條件下與變負(fù)溫條件下的LNC-53負(fù)溫混凝土，其強(qiáng)度發(fā)展不盡相同。變負(fù)溫條件下養(yǎng)護(hù)的試件，其強(qiáng)度要明顯高于恒負(fù)溫條件下養(yǎng)護(hù)的試體同齡期強(qiáng)度的10% 以上，但兩種養(yǎng)護(hù)條件下的負(fù)溫轉(zhuǎn)正溫強(qiáng)度幾乎相同。
?。?） LNC-53型防凍泵送劑在工程實(shí)際中的使用效果與試驗(yàn)室條件下的試驗(yàn)結(jié)果有一定的差異，從-7d的發(fā)展速率來(lái)看，其值一般在20% ～30%之間。而試驗(yàn)室恒負(fù)溫冰箱中的數(shù)值一般在15% 一20%左右，相差5% －10% ，-28d齡期時(shí)的負(fù)溫強(qiáng)度發(fā)展也有相似的規(guī)律。
?。?） 對(duì)于防凍泵送劑的對(duì)比基準(zhǔn)混凝土的確定，尚未有統(tǒng)一的確定，通過(guò)此次試驗(yàn)的三種基準(zhǔn)混凝土的對(duì)比，不同基準(zhǔn)混凝土存在著一定的抗壓強(qiáng)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(shí)確定基準(zhǔn)問(wèn)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)?？磥?lái)防凍泵送劑有其自身的特點(diǎn)與作用，應(yīng)單獨(dú)制訂標(biāo)準(zhǔn)。 |
| 原作者： 朱衛(wèi)中 朱廣祥 尹冬梅 |
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