專利名稱：：一種高強度硅粉混凝土及施工工法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種混凝土及施工工法，尤其是高強度硅粉混凝土及施工工法，屬于建筑工程
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：目前，水利水電工程中的沖砂建筑物、泄洪建筑物、引水建筑物，由于存在難移質(zhì)或懸移質(zhì)的作用，同時運行期往往使用較頻繁，加之流速較高，極易造成磨蝕破壞，維修頻繁且維修費用高。為延長建筑物的使用壽命，減少維修費用，往往采取在混凝土中摻加硅粉，從而獲得高強度、抗沖磨、抗空蝕、抗磨蝕的混凝土。但由于其水膠比小、水泥用量大且不易泌水，因而比普通混凝土更容易發(fā)生塑性收縮，其早期干縮率和自身體積變形也比普通混凝土更大，這些因素交織在一起，導(dǎo)致硅粉混凝土在施工中往往出現(xiàn)早期開裂的技術(shù)難題。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種高強度硅粉混凝土及其施工工法。能保證混凝土強度的同時，有效避免硅粉混凝土施工中早期開裂的技術(shù)難題。為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案-一種高強度硅粉混凝土，該高強度硅粉混凝土由如下材料組成膠凝材料中各組分所占膠材總量的百分比為粉煤灰1020%;硅粉58%;減水劑0.60.8%;水泥7583%;4其他組分為骨料10001100kg/V混凝土，中石與小石各占50%;砂率3844%;聚丙烯纖維0.81.2kg/m3混凝土；其中水膠比為0.4。另外，硅粉二氧化硅中含量》85%，而減水劑為聚羧酸減水劑，水泥為低熱或中熱水泥。該高強度硅粉混凝土的施工工法按如下步驟進(jìn)行-a.了解技術(shù)要求，確定混凝土的設(shè)計強度等級，進(jìn)行材料調(diào)査，根據(jù)工程實際情況確定混凝土澆筑方案；b.根據(jù)實際情況和經(jīng)驗首次確定配合比，攪拌混凝土并進(jìn)行檢測，不符合指標(biāo)要求則重新修改配合比，再次攪拌并檢測直到符合要求，從而確定施工配合比；C.施工配合比確定后，進(jìn)行混凝土拌制混凝土拌和投料順序投入骨料一投入砂，同時投入纖維一加水一投入水泥、粉煤灰一加硅粉漿液一加聚羧酸減水劑；聚丙烯纖維采用電子稱計量分袋，人工在配料機處拆包添加；硅粉投入混凝土之前，先將硅粉配制成固體含量為30%的懸浮顆粒硅粉漿液；骨料按10001100kg/m"昆凝土投入，其中骨料中石和小石各占50%;投砂量為沙石總量的3844%;另外按0.81.2kg/V混凝土加入聚丙烯纖維；按水膠比0.4加水；按膠材總量的7583%加水泥；將占膠材總量的1020%粉煤灰投入；將硅粉漿液按干粉占膠材總量為58%的比例投入；聚羧酸按0.60.8%的比例投入；拌和時間為150s240s;d.混凝土運輸將拌和好的混凝土用9m3罐車水平運送到施工現(xiàn)場；e.入倉澆筑采用拖式混凝土泵泵送入倉中，一次鋪料厚度《60cm;f.平倉振搗振搗厚度《60cm，入倉后要及時攤鋪，振搗時間比普通混凝土適當(dāng)延長，使內(nèi)部空氣完全排出，振搗過程中配備專人在模板外輕敲模板，幫助氣泡排出，以混凝土不明顯下沉、不出氣泡、開始泛漿為止；g.倉內(nèi)冷卻水管通水冷卻預(yù)先在混凝土中埋設(shè)冷卻水管，澆筑同時通水冷卻；h.混凝土養(yǎng)護(hù)采取擋風(fēng)措施，噴霧保持澆筑面濕潤，表面始終處于飽水潮濕狀態(tài)2128天。其中，材料調(diào)査包括粗細(xì)骨料的級配、超遜徑、密度、孔隙率、壓碎指標(biāo)、堅固性、水泥及粉煤灰檢測、外加劑檢測等材料的常規(guī)數(shù)據(jù)，以掌握材料的基本性能。而聚羧酸在拌和高強度硅粉混凝土?xí)r，由拌和站內(nèi)設(shè)置的一外加劑池計量泵計量送入拌和站中。而混凝土拌和中加入的水為地下水或自然水。本發(fā)明以原材料的優(yōu)先選擇、配合比的優(yōu)化設(shè)計為立足點，通過采取選擇中熱或低熱水泥、以粉煤灰、硅粉等活性礦物料雙摻取代部分水泥、摻加復(fù)合型高效減水劑、摻加纖維等手段，盡可能減少水泥用量，降低混凝土絕熱溫升，極大的克服了硅粉混凝土自身存在的弊端，改善了混凝土的早期抗裂性能，充分發(fā)揮硅粉的填隙效應(yīng)、火山灰反應(yīng)性質(zhì)。并直接采用地下水或自然水拌和，倉內(nèi)布設(shè)冷卻水管降溫，后期采取灑水濕養(yǎng)護(hù)即可使主體結(jié)構(gòu)安全順利建成。節(jié)約了一套制冰系統(tǒng)的建設(shè)和高昂的運行費用，施工簡便，造價省，并且有效解決了早期開裂的技術(shù)難題。具體實施例方式下面我們結(jié)合具體實施例來做進(jìn)一步說明。瀑布溝水電站泄洪洞工程位于瀑布溝水電站左岸，是瀑布溝水電站主要的泄洪建筑物之一。泄洪洞布置于左岸花崗巖體內(nèi)，洞線順直，方位角N60°30'W。泄洪洞由進(jìn)口、隧洞、出口等三部分建筑物組成。泄洪洞最大泄洪流量3412m3/s，最大流速42m7s。由于溢洪道高程較高，瀑布溝水庫在低水位時主要使用泄洪洞泄洪，泄洪洞泄流量巨大，泄洪功率非常大。泄洪洞運行時，洞內(nèi)高速水流會對混凝土襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強烈的沖磨、空蝕作用，泄洪洞襯砌混凝土抗沖耐磨問題非常突出。瀑布溝泄洪洞工程設(shè)計采用90d抗壓強度C50硅粉混凝土，并經(jīng)過試驗研究，最終采用的高強度硅粉混凝土施工配合比如下組分粉煤灰:硅粉水泥水骨料砂聚丙烯纖維:用量(kg/m3混凝土)比例6314.9%(占膠材總量)215%(占膠材總量)2.950.7%(占膠材總量)33779.5%(占膠材總量)160(水膠比O.38);532(中石)，532(小石);701(砂率0.4);0.9。水泥水泥選用中熱硅酸鹽水泥，等級應(yīng)不低于P.042.5MPa;特別是宜選用低堿含量、低水化熱的水泥品種，這對改善混凝土的水化熱溫升，防止混凝土裂縫大有益處。粉煤灰高標(biāo)號混凝土強度的提高必將使單位混凝土的水泥用量增加，從而導(dǎo)致混凝土絕熱溫升的增加。采用粉煤灰等活性礦物料取代部分水泥，盡可能減少水泥用量，可以顯著降低混凝土絕熱溫升、降低水化熱和混凝土自收縮，從而減輕溫控負(fù)擔(dān)，降低混凝土出現(xiàn)裂縫的風(fēng)險。通過摻加粉煤灰，還可使硅粉混凝土具有良好的和易性及流動性，以滿足工程現(xiàn)場泵送施工的要求。而不同粉煤灰摻量對硅粉混凝土性能產(chǎn)生不同影響，不同粉煤灰摻量對硅粉混凝土性能產(chǎn)生的影響見表l、表2、表3。表l、不同粉煤灰摻量對硅粉混凝土性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2、不同粉煤灰摻量對硅粉混凝土性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>不同硅粉摻量對混凝土性能的影響見表4、表5:表4、不同硅粉摻量對混凝土性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表5、不同硅粉摻量對混凝土性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表4、表5可以看出，當(dāng)硅粉摻量由6%增加至10%時，混凝土的抗壓強度變化不大，28d以硅粉摻量8X的抗壓強度稍高，90d抗壓強度基本持平。隨著硅粉摻量的增加，混凝土干縮變形逐漸增大，28d硅粉摻量10%的干縮值比硅粉摻量6%的干縮值增加了7.8%。因此，硅粉的適宜摻量則為5%8。％。減水劑高標(biāo)號混凝土由于存在單位混凝土水泥用量的增加以及硅粉具有極大的比表面積特性，導(dǎo)致混凝土需水量的增加，從而導(dǎo)致混凝土的水化熱和收縮增加。為降低混凝土水化過程中的干燥收縮，需要選用高效減水劑減少混凝土的加水量，從而獲得低水膠比混凝土。低水膠比混凝土存在凝結(jié)硬化快的特點，因此需要添加緩凝劑以滿足施工需要。同時，高標(biāo)號混凝土存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成的速率大于抗拉強度的增長速率，彈性模量的增長大于抗拉強度的增長比一般混凝土要快，在相同的收縮應(yīng)變下，內(nèi)部則產(chǎn)生更大的拉應(yīng)力，因此需要添加膨脹劑、保塑劑(或增塑劑)。為滿足泵送的需要，需要添加泵送劑。由于外加劑品種繁多，施工過程中容易漏加或少加，宜選用復(fù)合型高效減水劑。聚羧酸JM-PCA(IV)高效減水劑，具有減縮、抗裂、增強的功能，減水率高達(dá)30%。江蘇博特聚羧酸JM-PCA(IV)減水劑的各項性能指標(biāo)必須滿足《聚羧酸系高性能減水劑》Q/3200JJK012-2004的要求和《混凝土外加劑國家標(biāo)準(zhǔn)》GB8076-1997高效減水劑的要求。聚羧酸JM-PCA(IV)減水劑的適宜摻量為0.6%0.8%。纖維經(jīng)過試驗研究表明，在硅粉混凝土中摻加聚丙烯纖維、或礦物纖維、或鋼纖維能很好的改善混凝土的抗裂性能，降低混凝土的干縮值，提高硅粉混凝土的抗沖擊性能。但在需要人工抹面收光的部位，采用鋼纖維會造成抹面收光十分困難，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。聚丙烯纖維、礦物纖維的適宜摻量為0.8Kg/m31.2Kg/m3骨料-混凝土中最大粗骨料粒徑與最多粗骨料用量，主要取決于結(jié)構(gòu)物尺寸與其鋼筋的間距。瀑布溝水電站泄洪洞工程抗沖耐磨硅粉混凝土主要為二級配。因此，對采用的花崗巖人工骨料進(jìn)行了二級配的最佳級配選擇試驗。選擇當(dāng)振實容重最大，空隙率最低時的骨料級配為最佳級配。表6、粗骨料最佳級配試驗級配比例平均振實容重Ug/m3)最佳級配選擇1二中石小石=554516522中石小石=50501663《3中石小石=60401659由表6中試驗結(jié)果可知，粗骨料的最佳級配為中石小石=50:50。水膠比和砂率混凝土合理的砂率值能使其拌和物獲得最大的流動度、且能保持良好的粘聚性和保水性。在確定混凝土配合比時須選擇最佳砂率，最佳砂率是由混凝土所組成的原材料特性并包括粗骨料粒徑級配、細(xì)骨料粒徑級配、細(xì)度模數(shù)及石粉含量等綜合因素所決定的，是在混凝土拌和物具有良好的活易性并達(dá)到施工所要求的坍落度時的砂率。表7、二級配泵送混凝土最佳砂率選擇試驗結(jié)果編水膠砂率用水量膠材用量(Kg/m3)坍落度活易抗壓強度(Mpa)號比，(%)(Kg/ra3)水泥粉煤灰硅粉(mm)性7d28d90d10.40381553104731130一般37.649.157.620.40401553104731160良好36,048.350.230.40421553104731165好37.751.453.110<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由表7可知，水膠比為0.40時，最佳砂率為42%。具體實施例瀑布溝泄洪洞工程中二級配硅粉混凝土試驗所得水膠比為0.38。聚羧酸JM-PCA(IV)型高效減水劑-高標(biāo)號的抗沖耐磨混凝土膠材用量較多，混凝土水化溫升過高，采用傳統(tǒng)的萘系減水劑，雖具有價格優(yōu)勢，但性能單一，需多種不同功能的外加劑進(jìn)行復(fù)配，施工工藝復(fù)雜，且澆筑的混凝土根據(jù)完建的工程施工經(jīng)驗，混凝土出現(xiàn)了較多裂縫，后期處理費用高昂。在選擇硅粉混凝土外加劑時，應(yīng)根據(jù)硅粉混凝土所具有的不同于常規(guī)混凝土的特性選擇復(fù)合型外加劑。瀑布溝泄洪洞工程硅粉混凝土選用的聚羧酸JM-PCA(IV)型高效減水劑在工程應(yīng)用中獲得了成功，拌制的混凝土施工性能好，混凝土裂縫得到很好控制。聚羧酸JM-PCA(IV)型高效減水劑是江蘇建筑科學(xué)研究院建筑材料研究所研制開發(fā)的新產(chǎn)品，是以羧酸類接枝聚合物為主體的復(fù)合添加劑，具有大減水、高保坍、減縮、抗裂、增強的功能。其主要技術(shù)特性為1)、大減水，混凝土減水率高達(dá)30%以上；2)、高保坍，混凝土2小時坍落度基本不損失，且?guī)缀醪皇軠囟茸兓挠绊懀?)、活易性好，JM-PCA(IV)型高效減水劑抗泌水、抗離析性能好，混凝土泵送阻力小，便于輸送；混凝土表面無泌水現(xiàn)象、無大氣泡、色差小、混凝土外觀質(zhì)量好；4)、具有低收縮、低徐變與低水化放熱率的技術(shù)優(yōu)勢。在相同水灰比與坍落度下，可減少水與水泥用量，可降低混凝土水化溫升和降低混凝土的干縮，對防止混.凝土出現(xiàn)裂縫有一定作用。同時，由于降低了混凝土的膠材用量，增加了混凝土的骨料份量，提高了混凝土的抗沖耐磨能力。5)、早強效果好，在標(biāo)養(yǎng)條件下，其一天強度為基準(zhǔn)強度的242%。6)、無毒、無味，對鋼筋無銹蝕危害；7)、使用方便，可與水泥、砂、石子等原材料一起加入攪拌機中攪拌，不需預(yù)先溶解。施工比確定后，進(jìn)行混凝土拌制混凝土拌和投料順序為投入骨料一投入砂，同時投入纖維一加水一投入水泥、粉煤灰一加硅粉漿液一加聚羧酸減水劑。注意的是，聚丙烯纖維采用電子稱計量分袋，人工在配料機處拆包添加。而硅粉則需要先配制成固體含量為30%的懸浮顆粒硅粉漿液。骨料里中石和小石均按532kg/ms混凝土投入，投砂量701kg/m3混凝土投入，聚丙烯纖維按0.9kg/m3混凝土投入，按160kg/m3混凝土加自然水或地下水，按337kg/m"混凝土加入水泥，按63kg/m3混凝土投入粉煤灰，將硅粉槳液以干粉形態(tài)為21kg/V混凝土(占膠材總量的5%)投入，硅粉漿液用污水泵輸送至漿液稱計量，聚羧酸按2.95kg/m3混凝土投入，拌和時間為150s240s。拌和好的混凝土用91113罐車水平運送到施工現(xiàn)場；由于硅粉混凝土較粘稠，為避免坍落度損失，應(yīng)避免提前在站內(nèi)拌料存儲；混凝土出機后盡量縮短運輸中轉(zhuǎn)時間，盡快到達(dá)倉面。入倉澆筑時，采用HBT60A拖式混凝土泵泵送入倉中。同時嚴(yán)格控制混凝土下料高度，防止混凝土骨料分離。為減少混凝土澆筑過程中出現(xiàn)的表面氣泡，減少高流速水道的氣蝕源，混凝土鋪料層厚及振搗厚度應(yīng)嚴(yán)格控制。一次鋪料厚度不宜大于60cm，以防止氣泡排除困難。入倉后要及時攤鋪，振搗時間比普通混凝土適當(dāng)延長，使內(nèi)部空氣完全排出，振搗過程中配備專人在模板外輕敲模板，幫助氣泡排出。以混凝土不明顯下沉、不出氣泡、開始泛漿為止。當(dāng)遇到振搗器無法振搗的部位，必須人工搗固，使其密實。由于硅粉混凝土的干縮在混凝土處于塑性階段就幵始產(chǎn)生，特別是表面的細(xì)微干縮裂紋，在混凝土終凝前就可以用肉眼觀察到，若不及時消除，則中后期這些表面裂紋就可能發(fā)展成裂縫。尤其在底板混凝土澆筑施工中應(yīng)該注意復(fù)振壓面。采取復(fù)振壓面施工工藝可以使已經(jīng)出現(xiàn)的干縮裂紋閉合，從而減少高標(biāo)號硅粉混凝土的裂縫。為控制混凝土澆筑后的最高溫升，要預(yù)先在混凝土中埋設(shè)冷卻水管，澆筑同時倉內(nèi)冷卻水管通水冷卻。最后，混凝土要養(yǎng)護(hù)。為防止硅粉混凝土產(chǎn)生早期塑性開裂，澆筑過12程中發(fā)現(xiàn)表面發(fā)白或表面蒸發(fā)速度大于0.5kg/(m2*h)時，要采取擋風(fēng)措施，噴霧保持澆筑面濕潤。硅粉混凝土抹面時間通過現(xiàn)場試驗確定，抹面時必須用力將漿液提出表面。要確保早期潮濕養(yǎng)護(hù)，使表面始終處于飽水潮濕狀態(tài)21天以上；如遇干燥炎熱氣候條件，應(yīng)延長至28天。潮濕養(yǎng)護(hù)可有效的防止裂縫的發(fā)生，同時也為混凝土的后期水化反應(yīng)提供必要的水分，有利于混凝土后期強度的增長。經(jīng)計算瀑布溝泄洪洞工程高峰月平均澆筑量為7800m3，使用一套HZ90-2F1500型拌和站，其標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量為90mVh，即能滿足混凝土澆筑需要。采用本發(fā)明后，混凝土現(xiàn)場取樣試驗，90天抗壓強度值達(dá)到61.4Mpa，并滿足設(shè)計要求的各項物理力學(xué)性能，混凝土表面平整、光潔，基本沒有出現(xiàn)裂縫，工程質(zhì)量優(yōu)良率達(dá)98%以上，混凝土的最終施工質(zhì)量得到一致好評。權(quán)利要求1.一種高強度硅粉混凝土，其特征在于，該高強度硅粉混凝土由如下材料組成膠凝材料中各組分所占膠材總量的百分比為粉煤灰10～20％；硅粉5～8％；減水劑0.6～0.8％；水泥75～83％；其他組分為骨料1000～1100kg/m3混凝土，中石與小石各占50％；砂率38～44％；聚丙烯纖維0.8～1.2kg/m3混凝土；其中水膠比為0.4。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高強度硅粉混凝土，其特征在于，減水劑為聚羧酸減水劑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高強度硅粉混凝土，其特征在于，硅粉中二氧化硅含量》85%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高強度硅粉混凝土，其特征在于，水泥為低熱或中熱水泥。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高強度硅粉混凝土的施工工法，其特征在于，該施工工法按如下步驟進(jìn)行a.了解技術(shù)要求，確定混凝土的設(shè)計強度等級，進(jìn)行材料調(diào)査，根據(jù)工程實際情況確定混凝土澆筑方案；b.根據(jù)實際情況和經(jīng)驗首次確定配合比，攪拌混凝土并進(jìn)行檢測，不符合指標(biāo)要求則重新修改配合比，再次攪拌并檢測直到符合要求，從而確定施工配合比；c.施工配合比確定后，進(jìn)行混凝土拌和-混凝土拌和投料順序投入骨料一投入砂，同時投入纖維一加水一投入水泥、粉煤灰一加硅粉漿液一加聚羧酸減水劑；聚丙烯纖維采用電子稱計量分袋，人工在配料機處拆包添加；硅粉投入混凝土之前，先將硅粉配制成固體含量為30%的懸浮顆粒硅粉漿液；骨料按10001100kg/i^混凝土投入，其中骨料中石和小石各占50%;投砂量為沙石總量的3844%;另外按0.81.2kg/m3混凝土加入聚丙烯纖維；按水膠比0.4加水；按膠材總量的7583%加水泥；將占膠材總量的1020%粉煤灰投入；將硅粉漿液按干粉占膠材總量為58%的比例投入；聚羧酸按0.60.8%的比例投入；拌和時間為150s240s;d.拌和好的混凝土用9m3罐車水平運送到施工現(xiàn)場；e.入倉澆筑時，采用拖式混凝土泵泵送入倉中，一次鋪料厚度《60cm;f.平倉振搗振搗厚度《60cm，入倉后要及時攤鋪，振搗時間比普通混凝土適當(dāng)延長，使內(nèi)部空氣完全排出，振搗過程中配備專人在模板外輕敲模板，幫助氣泡排出，以混凝土不明顯下沉、不出氣泡、開始泛漿為止;g.倉內(nèi)冷卻水管通水冷卻預(yù)先在混凝土中埋設(shè)冷卻水管，澆筑同時通水冷卻；h.混凝土養(yǎng)護(hù)采取擋風(fēng)措施，噴霧保持澆筑面濕潤，表面始終處于飽水潮濕狀態(tài)2128天。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種高強度硅粉混凝土施工工法，其特征在于，所述的聚羧酸在拌和高強度硅粉混凝土?xí)r，由拌和站內(nèi)設(shè)置的一外加劑池計量泵送入拌和站中。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種高強度硅粉混凝土施工工法，其特征在于，所述材料調(diào)查包括粗細(xì)骨料的級配、超遜徑、密度、孔隙率、壓碎指標(biāo)、堅固性、水泥及粉煤灰檢測、外加劑檢測等材料的常規(guī)數(shù)據(jù)，以掌握材料的基本性能。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種高強度硅粉混凝土施工工法，其特征在于，混凝土拌和中加入的水為地下水或自然水。全文摘要本發(fā)明公開了一種高強度硅粉混凝土及其施工工法，以原材料的優(yōu)先選擇、配合比的優(yōu)化設(shè)計為立足點，通過采取選擇中熱或低熱水泥、以粉煤灰、硅粉等活性礦物料雙摻取代部分水泥、摻加復(fù)合型高效減水劑、摻加纖維等手段，盡可能減少水泥用量，降低混凝土絕熱溫升，極大的克服了硅粉混凝土自身存在的弊端，改善了混凝土的早期抗裂性能，充分發(fā)揮硅粉的填隙效應(yīng)、火山灰反應(yīng)性質(zhì)。本發(fā)明在保證混凝土強度的同時，有效避免硅粉混凝土施工中早期開裂的技術(shù)難題。文檔編號C04B16/06GK101538137SQ200910059058公開日2009年9月23日申請日期2009年4月24日優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日發(fā)明者蓉冉,吳運華,張家富,震耿,詹光文,謝英奎申請人:吳運華