【摘 要】 從大體積混凝土原材料研究入手, 針對(duì)大體積混凝土實(shí)際所處的高溫高濕環(huán)境, 緊緊圍繞如何最大限度地降低水化熱, 選取符合實(shí)際工程需要的大體積混凝土原材料, 并對(duì)大體積粉煤灰混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì), 最終得到了滿(mǎn)足高溫高濕特殊環(huán)境要求的大體積混凝土配方.
【關(guān)鍵詞】 高溫; 高濕; 大體積粉煤灰混凝土; 選材; 配合比; 設(shè)計(jì)
【中圖分類(lèi)號(hào)】 TU 37514 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】167320704 (2006) 1220073204
1 工程概況
徐州礦務(wù)集團(tuán)三河尖煤礦21102 工作面位于太原組西一、西二采區(qū), 為三河尖煤礦太原組的首采工作面. 2002 年10 月26 日, 該工作面發(fā)生底板突水事故, 突水點(diǎn)位于工作面老塘靠運(yùn)輸?shù)栏浇? 涌水量穩(wěn)定在1020m 3／h , 水溫超過(guò)50℃. 為治理水害, 保證礦井安全, 治水方案經(jīng)多次論證, 決定在21102 工作面的材料道和運(yùn)輸?shù)?、自外切眼往里?5m 和20m 處(墻的外壁) 分別施工水閘墻, 水閘墻內(nèi)預(yù)埋引水管, 實(shí)現(xiàn)堵、放相結(jié)合的目的, 水閘墻位置在工作面兩道內(nèi)距離屯頭系運(yùn)輸下山約100m 的半煤巖巷道內(nèi), 如圖1 所示.
根據(jù)徐州礦務(wù)集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院的水閘墻設(shè)計(jì), 混凝土采用泵送混凝土, 設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25, 按C28 施工. 水閘墻段巷道均采用錨噴支護(hù), 并采用壁后注漿的方式加固圍巖, 壁后注漿終壓為9. 00M Pa. 運(yùn)輸?shù)篮筒牧系赖乃l墻均長(zhǎng)64m , 縱向分為三部分: 里加固段、主體墻段和外加固段, 如圖2 所示. 里加固段長(zhǎng)30m , 混凝土厚400mm; 主體墻段均為多楔倒錐形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 長(zhǎng)為24m , 分為3 段, 僅在混凝土四周和前后布設(shè)鋼筋網(wǎng); 外加固段長(zhǎng)lOm, 混凝土厚400mm. 其中運(yùn)輸?shù)浪l墻設(shè)計(jì)承壓為8. 32M Pa, 材料道水閘墻設(shè)計(jì)承壓為8. 00M Pa, 兩道水閘墻混凝土澆筑總量約為1772m3.
該兩道水閘墻具有以下特點(diǎn):
(1) 承壓高達(dá)8. 32M Pa, 為國(guó)內(nèi)罕見(jiàn);
(2) 砌筑在煤巷內(nèi), 對(duì)墻體的防滲、防漏要求高;
(3) 高水溫, 預(yù)計(jì)運(yùn)輸巷水溫達(dá)50℃, 施工難度大;
(4) 工程量大, 混凝土澆筑體積達(dá)1772m3.
2 大體積粉煤灰混凝土原材料的選用
(1) 水泥. 大體積混凝土工程宜采用低熱水泥, 考慮到實(shí)際工程所處的高溫高濕高壓環(huán)境, 水泥采用徐州第二水泥廠(chǎng)生產(chǎn)的32. 5 級(jí)普通硅酸鹽水泥. 水泥的化學(xué)成分和技術(shù)性能指標(biāo)分別見(jiàn)表1 和表2 所示.
表1 普通硅酸鹽水泥化學(xué)成分
Tab. 1 Chem ical ingredients of common Portland cement
表2 普通硅酸鹽水泥性能指標(biāo)
Tab. 2 Performances of common Portland cement
(2) 粉煤灰. 粉煤灰具有活性, 可代替水泥, 能改善混凝土的粘塑性, 提高混凝土的可泵性, 改善并提高混凝土的后期強(qiáng)度. 以粉煤灰取代部分水泥或集料, 一般都能在保持混凝土原有和易性的條件下減少用水量, 降低混凝土的水化熱, 防止大體積混凝土開(kāi)裂. 鑒于此, 本研究采用徐州華潤(rùn)粉煤灰開(kāi)發(fā)公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)優(yōu)質(zhì)粉煤灰, 且采用"等量取代法"取代水泥. 粉煤灰質(zhì)量指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3 所示, 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596- 91) , 該粉煤灰為Ⅱ 級(jí)粉煤灰.
(3) 粗細(xì)集料. 配制大體積混凝土拌合物, 必須盡可能減少水的用量, 從而相應(yīng)地減少水泥用量. 試驗(yàn)表明, 選用較大尺寸的粗集料, 配以?xún)煞N或更多種較細(xì)集料, 可以組成合理級(jí)配, 加以搗實(shí)后, 產(chǎn)生的密實(shí)度接近最大值(最小空隙率) , 從而在給定的水膠比和稠度下, 水和水泥用量?jī)烧叨加兴陆? 天然石子具有很高的強(qiáng)度, 對(duì)大體積混凝土來(lái)說(shuō), 石子本身的強(qiáng)度并不是最重要的, 而粒徑、粒形、表面狀況、級(jí)配以及軟弱顆粒
表3 粉煤灰質(zhì)量指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果
Tab. 3 Test results of quality indexes of fly ash
和石粉含量等因素既影響混凝土的強(qiáng)度又影響新拌混凝土的工作性能. 因此, 理想的石子應(yīng)是清潔, 顆粒盡量接近等徑狀, 針、片狀顆粒盡量少, 不含能與堿反應(yīng)的活性組分. 考慮以上各因素, 砂采用徐州邳縣產(chǎn)的石英河砂, 其顆粒級(jí)配實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其篩分析曲線(xiàn)圖分別見(jiàn)表4 和圖3 所示, 根據(jù)GB／T 14685—93 所提供的標(biāo)準(zhǔn), 砂的細(xì)度模數(shù)M X= 2. 40, 級(jí)配區(qū)Ⅱ區(qū), 為中砂. 石子選用徐州漢王采石廠(chǎng)生產(chǎn)的碎石, 為得到5～ 31.5mm 連續(xù)級(jí)配碎石, 將5～ 16mm 和16～ 31. 5mm 粒徑的碎石各摻50% 進(jìn)行人工級(jí)配, 然后對(duì)其進(jìn)行篩分析試驗(yàn), 要求符合篩分比標(biāo)準(zhǔn)以減少用水量和水泥用量, 碎石顆粒級(jí)配實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其篩分析曲線(xiàn)分別見(jiàn)表5和圖4 所示, 根據(jù)GB／T 14685—93 所提供的標(biāo)準(zhǔn), 碎石符合5～ 31. 5 連續(xù)級(jí)配要求. 而且要嚴(yán)格控制砂、石含泥量, 其含泥量要求分別控制在2% 和1% 以下.
表4 砂顆粒級(jí)配實(shí)驗(yàn)結(jié)果
Tab. 4 Test results of granule series of sand
(4) 減水劑. 在大體積混凝土中, 摻加一定量的引氣減水劑, 可降低水泥用量l0%～ 15% , 并可引入3%～ 6% 的空氣, 從而改善混凝土拌合物的和易性, 提高混凝土的抗?jié)B性. 鑒于此, 本研究擬采用南京道鷺建設(shè)材料廠(chǎng)生產(chǎn)的JM - Ð 高效減水劑, 一般摻量為膠凝材料重量的1. 5%～ 3% , 其減水率可達(dá)10% 以上. 減水劑主要檢驗(yàn)其減水率, 減水率是指在坍落度相同情況下, 摻外加劑混凝土和基準(zhǔn)混凝土單位用水量之差與基準(zhǔn)混凝土單位用水量之比. 具體有關(guān)物理參數(shù)見(jiàn)表6 所示.
表6 JM - Ð 高效減水劑物理參數(shù)表
Tab. 6 Physical parameters of JM - Ð additive
3 大體積粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)
(1) 確定配制強(qiáng)度. f cu, 0 = f cu, k + 1. 645R = 28 + 1. 645 × 5 = 36. 225M Pa.
(2) 初步確定水膠比. f ce = Cc／ f ce, g = 1. 13 × 32. 5 = 36. 725;
為保證施工強(qiáng)度選定水膠比0. 43, 滿(mǎn)足最大水膠比限值的要求.
(3) 確定每m 3 混凝土用水量. 按泵送混凝土坍落度的要求, 混凝土拌合物坍落度控制在160 ±10mm. 已知碎石最大粒徑為31. 5mm , 坍落度為75～ 90mm 時(shí), 查表m w 0 = 205kg／m 3, 而且坍落度每增大20mm 用水量增加5kg／m 3, 為此, 要達(dá)到要求的坍落度, 需水量為205 + 5 × 4 = 225kg／m 3. 減水劑的減水率B按15％考慮, 實(shí)際用水量為m w a = m w 0 (1 - B) = 225 (1 - 15％ ) = 191kg／m 3.
(4) 確定每m3 混凝土水泥用量, 粉煤灰采用“等量取代法”取代水泥, 暫時(shí)假設(shè)粉煤灰摻量為30％.
滿(mǎn)足耐久性要求.
(5) 計(jì)算粉煤灰取代水泥量, 粉煤灰按30％等量取代水泥. m f s = 133kg／m 3, 驗(yàn): 水泥和粉煤灰總量444kg／m 3 大于最小水泥用量300kg／m 3 的要求.
(6) 初步確定砂率. 查表并綜合考慮各因素, 得S p = 0. 38.
(7) 計(jì)算JM - Ð 高效減水劑用量. m bs = 444 × 1. 5％ = 6. 66kg／m3.
(8) 粗細(xì)骨料用量計(jì)算. 按重量法, 假定粉煤灰混凝土拌合物表觀密度2350kg／m 3.
解得m g 0 = 1063kg／m 3,m s0 = 652kg／m 3.
則理論配合比:m c0∶m f s∶m s0∶m g 0∶m bs∶m w a
311∶133∶652∶1063∶11. 1∶191
4 結(jié)論
原材料的研究是確?；炷羶?yōu)質(zhì)的前提條件, 從材料的角度出發(fā), 通過(guò)對(duì)混凝土原材料水泥、粉煤灰、粗細(xì)集料及減水劑的化學(xué)成分和物理性能進(jìn)行分析, 選取了適合實(shí)際工程高溫高濕高壓環(huán)境需要的混凝土原材料. 然后, 根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求, 對(duì)大體積粉煤灰混凝土的配方進(jìn)行設(shè)計(jì), 得到了其理論配合比, 為進(jìn)一步采用正交試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化配方奠定了基礎(chǔ). 高溫高濕高壓環(huán)境下大體積粉煤灰混凝土選材及配合比設(shè)計(jì), 為如何確定特殊環(huán)境下大體積混凝土的配方積累了一定的經(jīng)驗(yàn).
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 項(xiàng)翥行. 建筑工程常用材料試驗(yàn)手冊(cè)[M ]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1998.
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Selection of Ma ter ia l s andM ix Design ofMa ss Fly Ash Concrete
Under High Tempera ture and Hum idity
L IU Zh i2yong(Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China)
【Abstract】 Th is paper startsw ith a study of the raw materials formass concrete, and states that hydra2tion heat should be reduced to the least under the environment of h igh temperature and hum idity, and that theselection of raw materials should be determ ined by p ractical need. The paper also makes a design of them ix ra2tio of mass fly ash concrete, and finally work s out a compounding of mass concrete for environment of h ightemperature and hum idity.
【Key words】 h igh temperature; h igh hum idity; mass fly ash concrete; selection ofmaterials; m ixture ra2tio; design
