热带沙漠气候条件下滑模施工用混凝土的配制_

热带沙漠气候条件下滑模施工用混凝土的配制
   彭先兵，王建福，司光
   （苏州中材建筑建材设计研究院有限公司，215004）
   摘要：通过境外工程实例，介绍了在热带沙漠的特殊环境情况下，采用超细砂和人工砂的复配，成功配制出适用于滑模施工的混凝土。分析了影响滑模施工中混凝土性能的各项因素及应对方法，并提出了滑模施工过程中对混凝土进行质量控制的几项建议。
   关键词：滑模；复配；混凝土性能；质量控制
   中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1000-4637（2008）06-22-04
   前言
   随着建筑技术的发展，对工厂生产中所用的大型筒状构筑物的建造已摈弃了原有的搭脚手架、支设内外模板的施工方法，采用了液压滑模工艺。它与原有的施工方法相比有以下优点：
   ①构筑物上无水平施工缝，混凝土的浇筑是连续的，结构整体性好、质量高。
   ②省去了搭脚手和支模板的工序，节约了人力物力，加快了工程进度，提高了施工安全性。
   ③构筑物表面平整度高，颜色一致，外形美观。与此同时，由于液压滑模的工艺特点，也将对混凝土的性能提出一些要求，主要包括：
   ①对混凝土早期强度的要求
   为保证模板能正常的提升，《液压滑动模板施工技术规范》(GBJ113-87)规定:混凝土适宜的出模强度为0.2～0.4MPa，或贯入阻力值为3.0～10.5MPa。
   滑模施工过程中，当模板上升时，混凝土将因与模板之间产生的摩擦力而承受垂直方向的拉力。而当模板提升至一个千斤顶行程的终点时，混凝土则会在重力的作用下向下回落，从而承受一个“回落挤压力”。
   因此，如果混凝土早期强度发展过快，模板的提升会因摩擦力过大而变得困难，甚至出现卡模现象。如果混凝土早期强度发展过慢，则在模板上升时会因不能承受垂直方向的拉力而开裂，而当模板回落时，在“挤压力”作用下，便会发生塌落或“鼓包”现象，这些都会严重影响工程质量，甚至造成事故。
   ②对混凝土凝结时间的要求
   凝结时间对滑模施工的影响和早期强度的影响基本是一致的，因为混凝土前几小时的强度是通过物理凝结所获得的。但凝结时间的长短还必须和混凝土的运输、混凝土的泵送（提升）速度和施工队伍的施工速度（包括钢筋绑扎和混凝土浇筑等）密切相关。凝结时间太短，除影响上述各工序的顺利施工和质量外，还势必造成滑模提升困难；而凝结时间过长，则常造成提升时出模强度不足或是延误工期。
   ③对混凝土泌水率的要求
   由于刚出模的混凝土一般还未到终凝，因此明显的泌出水会把表面的水泥浆体带走，从而使表面的骨料露出。此外，伴着大量水分的流出，混凝土内部将会形成许多孔隙和通道，影响硬化混凝土的强度和耐久性。
   ④对混凝土坍落度的要求
   就滑模施工而言，坍落度应是较小时较合适。但实际上坍落度要根据筒壁的厚度、配筋率、浇筑部位的高度、气温和坍落度损失等综合因素来确定。根据经验，100～160mm的坍落度较为适宜。
   本文通过工程实例，介绍了在热带沙漠条件下，根据当地原材料特点，配制出适于滑模施工的混凝土的特性。
   1工程概况
   工程位于也门共和国穆卡拉市。地理、自然环境均较恶劣，地貌类似戈壁，虽靠海，但气候较独特，干旱少雨。全年只分热季和凉季。热季较长，最高气温达60℃，凉季气温也能达到35℃。工程项目是一条产能为4000t/d的水泥生产线。在土建工程中，圆筒形储库的滑模施工是整个工程的难点。主要是由于当地气候干燥，而滑模施工又恰好在热季，气温很高。此外，与国内相比，混凝土用原材料比较特殊。所以，能否在计划工期内顺利的完成滑模施工是保证整个工程按期顺利完工的关键。
   滑模施工的项目又包括生料预均化库、水泥库和砂石库。具体数据见表1。
   2混凝土原材料
   也门当地建筑行业较落后，市场上供选择的原材料非常有限，且地处靠海的沙漠地带，各原材料都具有很强的特殊性。

   2.1水泥
   早强水泥和矿渣水泥在滑模施工中一般是禁止使用的。本项目使用的水泥为P•O 42.5级，供应商为阿曼的Raysut公司。对进场水泥进行了复检，结果为：3d、7d和28d强度分别为23.9MPa、35.2MPa和45.2MPa；初凝和终凝时间为150min和200min；细度为350kg/m²。从强度来看，可满足国内的标准要求，但28d强度不是很高。凝结时间正常，但初凝和终凝的间隔稍短，在使用过程中需重视这一特性。
   2.2集料
   （1）粗集料
   当地供应商均参照ASTM或BS标准进行生产，其提供的碎石均为单粒级。市场上常见的有4.75～9.50mm、9.50～25.0mm、12.5～25.0mm和19.0～25.0mm等几种。
   业主和监理要求按ASTM标准对原材料进行检验，所以，所有的前期试验都是参照ASTM标准进行的。当地石料大都为石灰岩，抗压强度不高，按国标GB/T 14685-2001试验，其压碎指标为21.52%，这说明碎石的耐磨性和抗压强度均不好。试验结果还表明，各粒级碎石的针片状含量高，不适宜单独用于泵送混凝土中，因此决定由两个单粒级碎石进行复配试验，提出最佳的粗集料组成。
   试验根据两单粒级（4.75~9.50mm及9.5~25.0mm）筛分数据，提出了复配方案，按复配方案再分别进行拌合及筛分试验，挑选出最佳的粗骨料复配结果。结果表明，（4.75～9.50mm）级的质量:（9.5～25.0mm）级的质量＝1:1.2及1:1.5两种复配较符合标准要求。因此在配合比试验中，两种复配的粗集料均被采用，再从试验结果中选出一种复配方案。
   图1为1：1.2复配方案的粗集料筛分曲线。

   （2）细集料
   当地天然砂均为山砂。测得细度模数为1.4（ASTM计算方法为1.9），属超细砂；用75μm筛的水洗法（GB/T 14684-2001，ASTM C117）测得含泥量为5％，偏高；测得吸水率为1.42%（GB/T 14684-2001,ASTM C128），偏高。
   由于当地没有粉煤灰和矿粉等辅助材料，如果使用山砂，势必造成混凝土的需水量过大，且所需的水泥用量很高。
   为此，我们采用了在天然山砂中加入人工砂的方法来改善细集料的品质。人工砂的加入，一方面可以提高细集料的细度模数，降低骨料的吸水率，另一方面，可以优化集料的颗粒分布，更符合最紧密堆积的原理。
   当地人工砂含有大量的石粉，小于150μm的颗粒占16％，不能直接使用。因此向供应商提出了筛除石粉的要求，严格将其品质控制在技术要求内。筛后实测细度模数为4.5(ASTM计算方法4.4)；吸水率为0.6%（GB/T 14684-2001,ASTM C128）。颗粒主要分布在2.36～4.75mm之间。
   试验表明，适合于滑模用混凝土的砂子细度模数应大于2.2，业主和监理工程师要求控制在2.4左右，以此为目标对天然砂和人工砂进行了复配。由于滑模混凝土采用泵送（最高泵送高度为64m），人工砂因片状含量大，会在很大程度上影响泵送性能，所以复配时所占的比例较小（天然砂:人工砂＝2:1），复配后的细度模数为2.5（ASTM计算方法为2.6），基本符合要求。图
   2为复配后细集料的筛分曲线。

   2.3外加剂
   外加剂选用的是德固赛（Degussa）公司的LD80。该产品属复合高效减水剂，是德固赛公司专为热带气候地区所设计的，具有很好的减水性和保塑性，掺量为0.8～1.25%，减水率在20％左右，含有一定量的缓凝组分，对没有特殊缓凝要求的混凝土，一般不需另加缓凝剂。
   3  配合比设计及试配
   经业主和监理同意，配合比的设计和试配按JGJ55-2000的规定进行。集料采用上述的最佳复配方案，用水量、外加剂掺量和砂率都在理论计算基础上按试配实际情况进行调整。
   试验过程中发现，砂石吸水率较大，混凝土需水量较高，出机坍落度设计为180mm时，用水量达到190～200kg/m3。人工砂的加入，使拌合物显得比较粗糙，流动性不好。但由于水泥用量高，拌合物的粘聚性很好，无明显的石子与浆体分离的离析现象。1h坍落度损失一般在20～30mm。因砂率选得较大，在插捣混凝土时没有困难的感觉，试块的抹面也很容易。这些都表明，人工砂的加入，没有对混凝土的工作性造成很大的影响。经过试配及混凝土强度测定，滑模用混凝土的配合比基本确定下来，见表2。

    经28d标准养护，C35级混凝土平均强度为42MPa，C40的平均强度为48MPa。
   4混凝土拌合物性能及施工概况
   4.1凝结时间
   施工部门根据滑模流程的一个周期（绑筋-浇混凝土-提模）需1.5～2h，结合搅拌运输的时间，提出了混凝土的初凝时间应控制在7～8h，出模强度至少为0.2MPa的要求。为此，我们按《液压滑动模板施工技术规范》（GBJ113-87）的规定，采用贯入阻力值对混凝土的凝结时间进行了测定。为最大程度地模拟滑模施工中的现场情况，试样均放置于室外庇荫处。与此同时，成型了混凝土立方体试件，在混凝土搅拌后的第5h、6h、7h和8h时拆模试压。
   从图3可知，混凝土的初凝时间为6.5h，此时对应的混凝土贯入阻力值约为3.0MPa，符合标准规定的滑模施工技术要求。

图4为4个不同时间测得的混凝土强度与时间的关系曲线及其回归公式。从图4可知，当抗压强度y=0.2MPa时，x=7h；当龄期在8h时，抗压强度则为0.29MPa。从时间上看，7～8h的龄期能满足施工的需要，此时混凝土刚好初凝，而对应的强度0.2～0.29MPa符合对出模强度的质量要求。

   所以，综合上述混凝土凝结时间试验和混凝土强度发展试验的结果，可以得出这一配比的混凝土适合滑模施工的结论。
   4.2含气量
   对混凝土含气量的测试结果为1.8%。因工程所在地属干旱炎热地区，无潮湿和冻融的危害，混凝土不需要高的含气量。另外，滑模工艺对混凝土表面质量要求较高，太高的含气量反而容易在表面形成气孔，影响质量。因此，可以认为混凝土的含气量指标符合工艺要求。
   4.3泌水率
   按标准方法进行了3组试样的泌水率测量试验，泌水的持续时间约7h，累计泌水量分别为39ml、41ml和38ml。计算得出的平均泌水量Ba=0.003ml/mm²，平均泌水率B＝4％。表明混凝土的泌水量很小，泌水率在正常范围内。也说明虽然使用了山砂和单粒级的粗集料，但通过复配，材料本身原来具有的一些缺陷得到了弥补，改善了混凝土的泌水率。
   4.4混凝土温度
   为了降低搅拌用水的温度，搅拌站配备了一套冷水机组，当入机水温为30℃时，出机水温可降至7℃。从而可使混凝土的入模温度降到26.7℃，符合标准和合同的要求。浇注后现场的实测混凝土温度为29～30℃。
   4.5工程施工概况
   经过7个筒仓的滑模施工，混凝土性能得到了全面的检验。除了在施工初期由于凝结时间稍长造成局部混凝土下塌和“鼓包”外，其后的施工质量都得到了有效控制,出模的混凝土表面光滑，无刮痕，软硬适中，没有出现过水平裂缝。模板滑移转接的过渡都很平整，没有高低不平的现象。抹面抛光容易，基本不需要另加水泥净浆进行表面的抹平压光操作。所有筒体的颜色都较均匀，总的来说取得了很好的滑模质量和滑模速度（每天可提升3.6～4.5m）。
   5对混凝土现场质量控制的建议
   5.1根据混凝土的浇筑高度和环境气温的变化，灵活调整坍落度。
   总的原则是在满足泵送和施工的前提下，采取尽量减小混凝土坍落度的措施。例如，在预均化库的施工中，由于配筋密、筒壁厚、门洞及预埋件较多，滑模速度较慢，因此相对其它项目，坍落度控制值应偏大一些，且随不同高度而又稍有变化。具体为0～30m高时坍落度100～160mm；30～60m高时160～180mm；60m高以上时180～200mm。
   此外，施工期间，白天气温为40～50℃，晚上为20～30℃，温差较大。所以，对夜间浇注的混凝土，采取了减小外加剂用量和坍落度的的措施。
   5.2搅拌站应根据浇筑方法而与施工单位密切的配合
   在模板提升过程中，整个一圈混凝土同时受力，如混凝土的强度、稠度等的均匀性不好，就会导致受力不均，而使构筑物出现倾斜、扭曲等现象。
   滑模施工每一层的浇筑高度一般为200～300mm，搅拌站应保证混凝土不断供及应尽可能做到不让搅拌车在工地积压停滞，因此，每车的装载量最好和每层浇筑量吻合。浇筑混凝土时应当根据日照情况选好浇筑起点及浇筑方向。因为日照对凝结时间的影响很大，在本工程中，向阳面与背阳面的凝结时间可相差30～60min。
   5.3有条不紊地进行各阶段的滑模提升
   整个滑模施工分为初升、正常滑升和末升三个阶段。据经验，初升为最关键的一环，通过它可以检验混凝土的性能及确定提升的最佳时机，因此要缓慢地进行。一般首次滑升都会试探性地提升10mm。用“望”、“压”法进行滑模时机的判断。以确定混凝土强度是否适宜模板提升。
   混凝土强度偏低的表象有：表面出现塌落、裂纹、流浆或“鼓包”；积水或露骨料；混凝土很软，轻轻按压时会留下明显指印，压印中有水或浆往外渗，浆体很粘手；有时表面是一层硬壳，轻压时会感觉到一点硬度，但随着多压几下，表面就会出现细微的裂纹，有水从细纹中淌出等，这时应放慢施工速度。
   混凝土强度过高的表象有：表面干燥，无浆体；有拉裂或刮痕现象；混凝土泛灰白色，和下一圈混凝土有明显的颜色差异，整体向里凹；指压时不能留下压印或用指甲轻滑时不能留下划痕等，这时应加快施工速度。
   混凝土强度合适的表象为：整个滑出的混凝土表面都很平滑，行程与行程之间，模与模之间无明显的高低不平的压痕；指压时会感觉到一定的硬度，在混凝土表面只能形成浅浅的指印；表面有湿润的浆体，不很粘手；用指甲轻轻滑过会留下痕迹；可以用抹刀直接利用混凝土表面的原浆进行收浆、抹光等，这时应保持均匀的施工速度。
   正常滑升阶段中要特别注意各个环节的工作连续性和协调性。出现问题时要全面地分析、诊断并及时解决。
   末升是指模板滑至距筒仓设计标高仅剩1m的阶段，一般此阶段会有较多的预埋件，且因圈梁钢筋很密，所以应增大混凝土的坍落度和延长凝结时间，减慢滑模施工速度。
   5.4重视现场施工管理
   滑模施工中应派专人专职检查混凝土的出模情况，并检测筒体中心及周围各点的线垂直度情况、滑升过程中千斤顶的爬升情况、支撑钢管的受压情况、模板状况是否正常等，并及时调整或纠正。
   5.5重视模板和平台上残留混凝土的清理工作模板上凝结的混凝土在模板提升过程中会刮伤出模混凝土，在平台上掉落的混凝土残渣应避免落入模板内。因此应及时清理。
   6  结语
   目前，滑模技术已广泛地应用于烟囱、冷却塔、筒状储仓、桥墩及混凝土路面等的施工中。滑模施工所用混凝土的质量控制，关键是要考虑其适应性，包括对施工工艺的适应性、对环境及其变化的适应性。因此，必须对原材料进行优选、改性，并通过合理的配制及根据环境变化而及时调整，从而满足上述适应性的要求。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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