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高性能混凝土(HPC)在北京奥林匹克公园地下商业工程的应用

信息来源:hunningtu.biz  时间:2007-08-06  浏览次数:177

  21世世纪将是高性能混凝土(HPC)发展的时代。1994年我国发布的《中国21世纪议程--中国21世纪人口、环境与发展白皮书》指出:“必须寻求一条人口、经济、社会、环境和资源相互协调,既能满足当代人需求,而又不对满足后代人需求的能力构成危害的可持续发展的道路。”发展高性能混凝土,可以充分利用各种环保性材料、外加剂、掺合料来达到节约能源、保护环境、降低工程造价的目的,符合可持续发展战略。
  吴中伟院士曾经提出:高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代技术制作的混凝土,它具有强度高、耐久性好、原料来源广、制作工艺简单、成本较底、适用于各种自然环境等优点,针对不同用途要求,高性能混凝土对下列性能有重点地予以保证:耐久性、工作性、力学性、适用性、体积稳定性和经济合理性,是各工程领域混凝土材料的最新发展方向。
  北京奥林匹克公园地下商业工程南侧为奥运会主会场--“鸟巢”,西南侧为国家游泳馆--“水立方”,西侧隔奥林匹克景观大道与奥运会国际新闻广播中心相望;东侧为地下通道,地下商业顶板上部为奥林匹克景观水系--奥运湖,地下商业是镶嵌在奥林匹克公园中一棵璀璨的明珠。
  地下商业工程总建筑面积173000平方米,南北长405米,东西长207米,主体结构为钢筋砼框架—抗震墙结构,基础形式为梁式筏板基础,地下两层,局部夹层,外墙为抗渗砼C40S12,内墙和独立柱C50,框架梁、板
  C35,地下一层顶板上部为景观水系,顶板砼要求为抗压、阻锈、抗渗、抗冻、膨胀的高性能砼。
  高性能砼的配制技术要求
  高性能混凝土的配制除选用优质水泥、集料、水外,还须掺加足量的掺合料与高性能外加剂,即“双掺法”。
  双掺法基本原理:掺入高性能外加剂能够大幅度降低水胶比、用水量及水泥用量,改善混凝土的流动性、和易性、技术性以及阻止钢筋锈蚀;而掺入掺合料则能降低水泥用量、降低水化热和混凝土碱含量,提高混凝土密实性和体积稳定性,从而达到提高混凝土耐久性的目的。
  采用常规生产工艺,利用碎石、碎卵石、天然砂和普通P.O42.5水泥,选用高性能的外加剂与一级粉煤灰配制高性能泵送混凝土,其性能指标如下:
  配制强度:fcu,28≥42Mpa,依据JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》及北京市地方性标准《混凝土矿物掺合料应用技术规程》;坍落度:180±20毫米,60分钟坍落度经时损失不大于30毫米;扩展度:D≥500毫米;掺合料掺量符合《混凝土矿物掺合料应用技术规程》;砼外加剂选用西卡阻锈剂
  901、UEA膨胀剂、泵送剂CON-10优质的外加剂;C35混凝土初凝时间6-8小时,终凝时间与初凝时间尽量缩短。
  高性能混凝土具有优异的工作性:流动性大,粘聚性好,不离析、不泌水,能满足汽车泵送要求。
  高性能砼的原材料选择及配合比确定
  高性能砼所用的原材料,除传统砼所用的水泥、砂、石和水外,还有化学外加剂(亦称为砼的第五组分)和矿物外加剂(亦称为砼的第六组分)。使用新型的高效减水剂和磨细矿物外加剂(或称矿物掺合料)是使砼达到高性能的主要技术措施。前者能降低砼的水胶比,增大坍落度和控制坍落度损失,赋予砼高致密性和良好的工作性;后者能填充胶凝材料的孔隙,参与胶凝材料的水化,除提高砼的致密性外,还能改善砼的界面结构,提高砼的耐久性和强度。
  原材料的选择
  选用水泥的主导思想是:根据高性能砼的特点,选用水泥应具有足够的强度,同时具有良好的流变性,并与目前广泛应用的高效减水剂有很好的适应性,较容易控制坍落度损失,普通水泥和硅酸盐水泥的强度等级完全可以满足高性能砼配制的需要,最常使用的是P.O42.5水泥。
  选用集料的主导思想是:集料是砼的主要组成材料之一,在砼中约占3/4。正确选择集料的品种是配制高性能砼的基础。集料在传统砼中主要起骨架作用并减少由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化,同时还作为胶凝材料的廉价填充料。
  集料应优选洁净、级配良好、空隙较小的粗骨料,砼处于潮湿环境的地下工程应选用低碱性骨料。细集料对砂的质量要求主要包括:细度模数、颗粒级配、含泥量、泥块含量、坚固性、有害杂质含量和碱活性。高性能砼对粗集料的质量要求主要包括:颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、强度(岩石抗压强度和压碎指标值)、坚固性、有害杂质含量和碱活性。
  拌合水采用自来水。
  外加剂方面,混凝土为泵送砼要求有较大的流动性,并能在较长时间内保持这种性能,即塌落度损失小,黏性较好,砼不离析,不泌水,外观要求达到清水砼标准。
  粉煤灰能改善混凝土施工性能和力学性能、减少混凝土需水量、避免混凝土拌合物的离析、泌水,改善工作性、减少坍落度损失。
  高性能混凝土配合比
  混凝土配合比应主控以下三个主要参数:水灰比,用水量和砂率。通常情况下水灰比的大小决定了砼的强度,用水量对砼的流动性和密实性有很大影响,同时对砼配合比的经济指标影响显著。砂率对砼的影响主要体现在流动性和和易性。级配好、细度合适的砂子以及适当的砂率,对砼的工作性、强度及耐久性有较大影响。
  混凝土拌合物性能试验
  高性能砼的优良工作性,即包括传统砼拌合物工作性中的流动性、黏聚性(抗材料分离性)和泌水性等方面,又包括现代砼为适应泵送、免振等施工要求而要求的大流动性、坍落度保留好等方面。加之高性能砼突出特点之一是在新拌状态下具有与施工方法相适应的优良的工作性,高性能砼工作性的测试和现场检验就变得更为重要。测试工作包括以下几个方面:混凝土拌合物工作性能试验、硬化混凝土力学性能试验、混凝土耐久性试验(收缩性能、抗渗性能、抗冻性能、抗冻性能、碱—骨料反应),各项性能均达到要求才行。
  经验总结
  1)要选择具有良好生产能力的砼搅拌站,考察它是否具有高性能砼的配制、生产、供应能力,站内试验室是否对高性能砼具有配制和检测能力。
  2)加强现场检测砼的措施,砼运至施工现场后要增大对砼的坍落度的检测频率,要求砼具有良好的和易性,不离析、不泌水。
  3)严格控制搅拌站砼专用原材料进站质量,各项技术检测指标必须符合试验时所用原材料质量标准,选择性能良好的砼外加剂,因为砼外加剂对砼的各项性能的作用是越来越大,成为了名副其实的第五组分。应用于砼中,改善砼拌合物的工作性,良好的坍落度保持性能,提高砼的均质性,降低单方砼的碱含量,降低砼的收缩,提高体积稳定性和耐久性,从而使得砼实现高性能化。
  4)加强对砼浇注过程的控制,减少砼表面水的蒸发速度。在夏季高温、多风的天气情况下,减少或避免砼表面的阳光直射,降低砼表面的风速都是减少砼表面水蒸发速度的有效措施。
  5)养护前注意及时进行表面收光,由于收缩裂缝在砼初凝前后均有出现的可能,所以应注意及时进行表面收光,初凝至终凝这段时间内留意观察表面状况,并根据需要再进行一次或多次收光。
  6)要特别注意砼的及时养护,在初凝以后,如果在砼表面洒水而水泥浆不流失,则可尽早洒水养护,并覆盖土工布、草帘等进行保湿养护。
  7)通过在北京奥林匹克公园地下商业工程结构顶面C35P12高性能混凝土的浇注施工实践证明,利用多种高效外加剂及掺合料,采用科学的混凝土配合比配制C35P12高性能混凝土,采取严格、特殊的混凝土生产质量控制措施和周密的施工部署,保持混凝土供应和浇注的连续性,注重施工中从泵送、浇注到用麻布、塑料薄膜包裹养护等各项工序衔接配合。完全可以有效解决
  C35P12高性能混凝土在大空间大面积上易出现的质量问题。确保拆模后混凝土外观质量光洁平滑,色泽均一,尺寸严整,达到清水混凝土的质量标准。

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