混凝土應用及其幾個方面的發(fā)展

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 一、 關于水泥混凝土低溫施工的論述

隨著建筑工業(yè)與公路橋梁事業(yè)的迅猛發(fā)展和設計水平的不斷提高，為滿足加快各種工程工期提前完成的要求，作為施工淡季的冬天，水泥混凝土的冬季低溫施工的情況也大量存在。橋梁混凝土冬季施工特別需要早強的混凝土，這就要求有一套完整的冬季施工技術方案。對于混凝土拌和站來說，必須提前做好冬期施工的準備工作，以便順利進入冬季低溫施工狀態(tài)。下面從幾方面論述冬季施工的一些具體要求。 1.影響水泥混凝土強度的因素 (1)試驗條件：試件形狀、尺寸、澆搗方法，養(yǎng)護溫度、加荷速度及加荷的偏心程度。 (2)材料的品質：水泥的成分、細度及強度，砂的質量，碎石的級配、針片狀含量及壓碎指標值、水的 質量等； (3)合理、適用的配合化； (4)施工隊伍的管理及技術水平等。 2.水泥混凝土的冬季施工 (1)制定詳盡而切實可行的施工組織設計和施工技術方案，建立健全領導和員工的崗位責任制，做好充分的準備工作。做到外加劑和保溫材料進場，材料按施工要求分批有秩序的合理備足，并分別存放，建立嚴格的保管發(fā)放制度。 (2)密切注意天氣預報，工地最好設置百葉窗，并且設專人測定(臨時測定的溫度計放置在陽光直射不到的地方)，測定時間是上午7：30，下午14：00，夜晚21：00。 (3)做好冬季施工的配合比例設計工作。 (4)技術方案應該技術上先進，經濟上合理，組織措施上得力，確保工程質量。 3 冬季施工中所采用的方法 按常規(guī)冬季施工采用蒸汽養(yǎng)護及搭棚生火，混凝土中摻加防凍劑。 (1)汽養(yǎng)護及搭棚生火：需要購置蒸汽鍋爐、鋪設蒸汽管道，養(yǎng)護期間需要24 h專人值班控溫，費用較大，又不太安全。 (2)在水泥混凝土中加人防凍劑。防凍劑能使混凝土在負溫下硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護條件下達到預期性能。低溫或負溫對混凝土施工十分不利，水泥水化反應慢，妨礙混凝土強度的增長。經試驗得出。溫度每降低1℃ ，水泥的水化作用得降低5～7℃ ．在1～0℃ 內水泥的活性劇烈降低，水化作用緩慢。一一般當溫度低于0℃ 的某個范圍內時，游離水開始結冰，溫度達一15℃ 左右時游離水幾乎全部結成冰(此時體積增大9％)致使水泥的水化和硬化完全停止。在混凝土中加人防凍劑就是抵御水的這種作用。目前我國華北、東北、西北地區(qū)使用的防凍劑均是無氯低堿類的，全水溶、多功能，可明顯改善的水泥混凝土的和易"15，可泵送，且塌落度較好。 4. 冬季施工的準備和中期應做的檢查工作 4．1 準備期 (1)冬季施工方案：工程編制、組織學習及技術交底工作； (2)熱源設備：節(jié)能、安裝情況； (3)拌和站和加熱設備：用水的儲備量、攪拌站的保溫措施、砂石加熱設備； (4)外加劑的準備：是否設專人管理、儲備量情況 (5)現(xiàn)場儲備情況：消防、模板保溫、測溫工作。 (6)培訓工作：技術人員的專業(yè)技能和后勤人員的培 II。 (7)生活管理：施工管理人員的生活安全問題的落實情況。 4．2 中期 (1)施工方案的管理：技術交底、責任到人方案的執(zhí)行情況； (2)測溫：組織落實，記錄是否齊全； (3)混凝土脫?？刂疲菏欠穹弦?、是否有申請、試驗報告和批復手續(xù)； (4)保溫：模板保溫層是否牢固、措施是否嚴格： (5)原材料加熱：水、砂、石加熱及混凝土出機溫度： (6)混凝土的宏觀質量：粘連、受凍、蜂窩、麻面情況； (7)外加劑：計量方法的正確及保管情況。 二、關于對水泥混凝土路面施工工藝的探討 水泥混凝土路面以其抗壓、抗彎、抗磨損、高穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢，在各級路面上得到廣泛應用，在我國高等級公路中水混混凝土路面日漸增多，加上一些地域的路基更適合水泥砼路面，使得水泥混凝土路面科學化施工擺在許多施工單位面前。水泥混凝土路面施工中’，核心環(huán)節(jié)是混凝土的攪拌生產和混凝土的攤鋪，本文僅對高速公路水泥混凝土路面施工中水泥混凝土攪拌和攤鋪的技術合理化運用進行探討。 1.水泥混凝土攤鋪 目前高速公路水泥混凝土路面施工中均采用滑模式攤鋪法進行攤鋪，水泥混凝土路面攤鋪是施工中難度較大、技術要求較高的工序，我們僅從攤鋪前準備，攤鋪機的合理運用，攤鋪后養(yǎng)護等常被忽視的幾個方面進行分析。 1．1攤鋪前的準備工作 混凝土攤鋪前的準備工作很多，我們主要強調一下攤鋪前的灑水卸料工序。 (1)攤鋪前灑水是一個看似簡單的工序，往往不被施工人員重視， 但如果灑水處理不好會嚴重影響路面質量。灑水量要根據(jù)基層材料、空氣溫度、濕度、風速等諸多因素來確定， 即保證攤鋪混凝土前基層濕潤，而且盡可能灑布均勻，其在基層不平整之處禁止有存水現(xiàn)象。從目前施工現(xiàn)場來看，大多數(shù)情況下是灑水量不足， 因為基層較干，鋪筑后混凝土路面底部產生大量細小裂紋，有些小裂紋與混凝土本身收縮應力產生的裂縫重疊后使整個混凝土路面裂紋增多。 (2)自卸車的卸料也是常常不被重視的工序，在施工中經常發(fā)生攤鋪機前堆料過多使攤鋪機行走困難，有時布料過少使振搗箱內混凝土量不足，路面厚度得不到保證。攤鋪機前這種混凝土忽多忽少現(xiàn)象會嚴重影響混凝土路面的平整度。在施工過程中大多數(shù)施工者死板地間隔一定距離卸一車料，而忽視了基層不平整的變化，這樣的變化在客觀上是普遍存在的。我國目前施工水平不是很高，對路面基層標高和平整度不一致，加大了混凝土路面施工的難度。在實際施工中，我們可對基層表面與面層基準標高線隔段實測來決定混凝土的卸料量，這樣會避免卸料不均的問題。 1.2一混凝土攤鋪機的合理使用 (1)振搗器間隔距離的確定看似簡單，但它會對混凝土的密實度產生直接影響。振搗器的間隔一般在廠家安裝高度時均加以調整、確定，正是這一點使操作人員忽視了振搗器使用中的再定位，因為要的不同混凝土的級配、和易性、坍落度以及攤鋪后的密實度要求，振搗器的間隔應做適當調整，這是非常必要的，尤其是兩邊的振搗器距側模板的距離更應該常做出調整，以防止坍邊。另外，液壓式振搗器隨著使用時間的加長，振搗能力有所下降，要根據(jù)實際情況做出調整。 (2)許多攤鋪機邊模板的升降是通過液壓缸來調整的。在實際使用中，邊模板不能與基層間距太大，以防止嚴重漏漿，由于這一要求，攤鋪行走過程中隨著基層變化，邊模板會直接與基層接觸，使邊模板形成支承點，嚴重影響了成型模對混凝土的擠壓在型，坍邊嚴重。 (3)從目前國內施工單位來看，大多數(shù)單位攤鋪能力遠遠大于攪拌的生產能力。這主要是由于一般攤鋪機最大攤鋪能力均大于500m ／h，而混凝土生產能力只有l(wèi) 00～200m ／h，有些單位生產能力更小，強調這一點主要是為了說明攤鋪機的攤鋪速度沒有必要開得很快，單方面的速度并不能提高施工進度。在施工中如果將攤鋪速度控制在l～2m／h左右，就會使攤鋪機運行平穩(wěn)，路面乎整度好，連續(xù)攤鋪成為可能。而如果混凝土攤鋪速度過快則會造成鋪鋪停停，不僅使每次起動時設備磨損大大增加，而且每次停機時的停機跳點不可避免，造成路面平整度很差。 1．3攤鋪后的養(yǎng)護 混凝土路面攤鋪后的例行養(yǎng)護工序，在這里不能探討，我們僅對切縫時間加以分析，在一些施工規(guī)范中列出了切縫機開始切縫時間表。這里開始切縫時間指混凝土抹平成型后所經歷的時間。不難看出，規(guī)范中所提到的切縫機開始切縫時間表僅列出溫度對切縫時間的影響，但實際施工中影響混凝土鋪筑后強度的不僅是溫度這一個條件，還有濕度，風速，路面厚度以及混凝土添加劑的含量等重要因素。上述因互助中風速對強度形成影響很大，風速較大地區(qū)應根據(jù)實際情況來確定切縫時間，如果不考慮風速，通常是切縫時間過晚，混凝土強度較高切割速度慢，切割機及刀片損壞度高。 2.影響混凝土坍落度的主要因素 水泥混凝土攪拌質量直接影響混凝土的內在質量，混凝土的質量則影響路面的平整度。 (1)級配變化對混凝土坍落度的影響是很大的，由于水和水泥對等體積的大料和細料和包裹率有著很大的差別，如在同等含水量和水灰比地情況下細料混凝土坍落度遠遠小于粗料混凝土坍落度， 因此混凝土攪拌生產過程中的往骨料倉里上料時要盡可能保持各倉骨料級配相對穩(wěn)定，從而確?；炷良壟涞呐涠ā?(2)含水量的變化對混凝土坍落度的影響更是顯而易見的，一般攪拌站水秤中的水量變化可以直觀地了解，但砂中含水率變化大時對混凝土的坍落度影響十分明顯，這一點已經得到施工者足夠重視。但在雨水較大地區(qū)或下雨過后，坍落度很不好控制。因此，在攪拌生產過程中應先測一下骨料中的含水率，水秤中應扣除這些水量，以得到理想的效果。 (3)水泥溫度對混凝土坍落度的影響往往被施工人員忽視，這種因素往往在單機生產能力較大的攪拌站中發(fā)生，因為一般水泥倉只有100～l50t左右，大方量攪拌站用水泥量也較多，有些時候一邊往水泥罐里打水泥一邊生產，有時候水泥還沒有冷卻下來就開始攪拌，這不僅使生產出的混凝土溫度較高，而且坍落度因水泥溫度高，吸水較大而變小。 (4)水秤和水泥秤的稱量偏差對混凝土坍落度的影響是很大的，如果水秤和水泥秤的稱量偏差都是穩(wěn)定的，操作人員可根據(jù)實際重量計算用量。如果這個偏差是不穩(wěn)定的，尤其是用水計量采用流量計方法的攪拌站，水量計量偏差較大且不穩(wěn)定，因而坍落度不易控制。 (5)添加劑的用量也是影響混凝土坍落度的重要因素， 目前因為添國劑用量較多，因而添加劑用量的多少就直接對坍落度起作用。在添加劑的使用中不要用量過大。它雖然能使水量減少，使用量過大會使混凝土的一些物理、化學性能發(fā)生較大變化。所在具體生產的過程中，減水劑的用量應相對穩(wěn)定， 才會起到較好的作用 三、關于水泥混凝土發(fā)展方向的幾點認識 1. 必須反復強調要“重視耐久性” 現(xiàn)在最熱門話題是執(zhí)行可持續(xù)發(fā)展。大家一致認為這是21世紀世界各國的重要任務。就水泥工業(yè)而言，在生產過程中盡量節(jié)約資源、能源，保護環(huán)境雖是十分必要，但應注意其局限性。以能耗而言，要把熟料熱耗從700 kcal／kg(約3 000 kJ／kg)再往下降，難度很大。改變礦物組成(如降低c3s含量，增加c2s含量)最多也只能減少15％左右熱耗和CO排放量，而同時要設法補償C3s的早強特性，并非易事。相比之下若能延長混凝土建筑物的壽命，譬如提高1倍，則相應地資源、能源、資金和對環(huán)境污染的影響就減少一半。若能將壽命提高5～6倍，則獲益也將成倍增長。因此應將提高混凝土工程的耐久性作為執(zhí)行可持續(xù)發(fā)展方針的最關鍵措施。國外的經驗教訓十分值得注意。根據(jù)美國的最新資料表明，在今后20年內，美國每年用于混凝十基建工程的維修費用將高達750億美元。若再加上重建和新建，則每年基建工程的費用可達數(shù)千億美元。國內情況也是十分驚人的。機場道面有在10年之內嚴重破壞的。水泥混凝土公路有在3～5年內損壞的。立交橋、港口、碼頭短壽命工程者也為數(shù)不少。近來國外專家已反復強調必須重視耐久性，提出橋梁壽命應按125年設計，公路路面應有40年壽命。我們一定要想方設法將重大混凝土工程的壽命提高到100年以上，力爭20～30年內不大修，為此建議國家立題綜合研究“基礎設施百年工程戰(zhàn)略規(guī)劃”。 2.水泥的分類 前幾年我國下大功夫改革水泥的試驗方法，使之與國際接軌，以迎接加入WTO的到來，這是非常必要的和正確的：水泥的分類也必須和國際接軌，取消“普通硅酸鹽水泥”這一名稱。理由如下： 1).首先回顧一段歷史．實際L到現(xiàn)在為IL，除我國外世界各國均無“普通硅酸鹽水泥”這一名詞。而通稱波特蘭水泥．在解放初期，傳說前蘇聯(lián)將把波特簟水泥改為硅酸鹽水泥，我們就改為硅酸鹽水泥。但后來，前蘇聯(lián)并未改，而我國卻沿用至今，成為世界上唯一稱硅酸鹽水泥的國家。“普通硅酸鹽水泥”一詞按意澤即相當于國外的普通波特蘭水泥。但在西方國家普通波特蘭水泥中是不摻混合材的。我國則在50年代學習前蘇聯(lián)，在其中允許摻人質量分數(shù)不超過15％的混合材，并一直沿用至今。實際上無論是實驗室研究或生產實踐均證明摻加混合材一15％，對水泥的所有性能并無突出影響。我國幾十年的實踐也證明了這一點。但近10～20年來，混凝土工業(yè)最顯著的變化是廣泛采用減水劑和發(fā)展商品混凝土。近年來我國商品混凝士站采用磨細摻合料(主要是礦渣和粉煤灰)的越來越多。摻量甚至高達20％～30％以上。而混凝土工作者往往不太注意普通硅酸鹽水泥中已摻有質量分數(shù)為15％的混合材。這樣一來若原水泥中摻有粉煤灰=15％，再在商品混凝土站摻粉煤灰=15％～30％，則力學行為和其他性能將有顯著變化。特別是有可能增大混凝土的干縮，并因而造成早期開裂。但若原水泥中摻的是質量分數(shù)為15％的礦渣，再在商品混凝上中摻粉煤灰則性能變化要小得多。雙摻是有利的，這已由相關研究工作和生產實踐經驗證明了的。因此標明原有水泥所摻 混合材的品種和數(shù)最是十分必要的?；旌喜钠贩N不同對外加劑的適應件也不相同。在廣泛采用減水劑和超塑化劑的今天，讓混凝土使用者允分了解原水泥的組成和性能，特別是混合材的品種和數(shù)量是大有裨益的。不標明混合材的品種，通稱為普通硅酸鹽水泥對使用及提高混凝土施工性能和耐久性都是不利的。 2).近年來國內外都推崇在水泥混凝土中摻填允性混合材，主要是石灰石粉，摻量甚至可達質量分數(shù)20％～35％ 最重要的是在我國普通硅酸鹽水泥的標準中規(guī)定可摻入質量分數(shù)10％以上的非活性混臺材，即可以摻入石灰石粉10％。這在一般使用情況下問題不大。但近幾年研究證明在有石灰行粉存在的情況下，當混凝土用于低溫潮濕有硫酸鹽腐蝕的環(huán)境中，可生成碳硫硅鈣石，導致混凝土破壞。故法國規(guī)定在這種條件下，不得使用摻石灰石粉質量分數(shù)高于5％的水泥。當我們把摻量為10％的水泥通稱為“普通硅酸赫水泥”時，使用者根本不了解混臺材的品種和數(shù)量，也就無法進行選擇。 3)更為嚴重的是，近年來有的水泥廠將多摻混合材作為狀取利潤的一種手段。由于普通硅酸鹽水泥的價格高于礦渣硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥，有的廠的摻量混合材>15％，甚至大于20％～25％的仍以普通硅酸鹽水泥出售。且混合材摻量這一標準規(guī)定一般為人們所忽視，若在這種情況下，再在商品混凝土站摻質量分數(shù)20％、30 %的磨細摻合料，而不采取措施，必然造成混凝土工程質量低劣。當前我國水泥產量為5 97×108 t，具有世界前所未有的規(guī)模巨大的基本建設因此對這一問題必須引起高度重視。 4)反觀國外標準，無論是礦渣、粉煤慶、石灰石、燒頁巖摻人質量分數(shù)量，從其代號中均可一目了然。事實上歐洲標準和口本標準都有這樣的特點。根據(jù)以上理由，建議取消“普通硅酸鹽水泥”這一名稱。元論混臺材摻量為多少均應通過對水泥的命名與代碼讓混凝土使用者解其品種和摻量。若能得到大多數(shù)人的同意，最好將硅酸鹽水泥改為波特蘭水泥，以便與國際接軌。 3.水泥標準、組成與混凝土的技術發(fā)展 水泥標準主要是為混凝土應用而制定的。因此水泥工作者必須了解混凝土工程的新進展。近年來混凝土領域最突出的變化是廣泛使用減水劑和高效減水劑，使水灰比大幅度降低，甚至達o．3～o．4以下。其次是在商品混凝土站和大型工程中大量使用磨細摻合料，主要是礦渣、粉煤灰，硅灰也有少量應用。這些措施使我們不得不重新思考水泥的標準如何適應這種新的變化。下面將舉例分別予以說明。 1）SO3含量。在國標中所有水泥的SO3質量分數(shù)規(guī)定不得超過3．5％，只有礦渣硅酸鹽水泥規(guī)定不得超過4．0％。之所以限制S03的含量，主要是防止后期形成鈣礬石引起膨脹開裂。在水泥生產過程中摻人石膏主要是調節(jié)凝結時間，同時適量的石膏也可提高強度。且對不同的水泥，最適宜的石膏摻量還有所不同。現(xiàn)在的問題是當我們在混凝土攪拌站摻人大量摻合料，如礦渣和粉煤灰，則應有相應的石膏量與之相配合?；蛟S通過試驗可確定獲得最佳性能時混凝土中最宜石膏摻入量。 2）游離CaO。在國標中對用于大壩、道路、抗硫酸鹽腐蝕工程的水泥規(guī)定游離CaO的質量分數(shù)應小于1.0％或甚至0．8％。從理論上講，控制游離CaO越低越好，因為1％的游離CaO就相當于減少4．07％的C3S。若熟料中存在質量分數(shù)3％～5％的游離CaO，就等于是人為浪費熱量并大大減少對強度最有利的C3S的量。但是若就性能而言，當用純硅酸鹽水泥進行對比試驗，游離CaO為1. 2％和o．8％的水泥，性能可能是有差異的。但在大壩用水泥中，常常摻入粉煤灰=20％~30％，在這種條件下，游離CaO質量分數(shù)為1．2％(或1．5％)和0．8％的水泥，究竟性能有多大差異?此外，還應了解把游離CaO限制過嚴，工廠往往難于做到。特別是現(xiàn)在，即使是道路混凝土或抗硫酸鹽水泥混凝土，都在研究摻入一定量的混合材或摻合料。因此這一指標值得重新審定。 3)MgO含量。國標規(guī)定熟料中MgO質量分數(shù)不得超過5．0％，壓蒸合格可放寬到6．0％。限制MgO含量主要是防止后期膨脹引起開裂。在這里自先要回顧一下為防止堿集料反應限制水泥堿含量的標準。開始時一致認為限制水泥中堿的質量分數(shù)低于0．6％是最好的預防措施。但其后發(fā)現(xiàn)水泥在混凝土中的配合比變化很大，可以從100 kg／m3，直到600 kg／m3。若水泥堿含量相同，水泥用量不同．混凝土中堿含量將顯著不同，故近來一致認為限制混凝土中堿含量為3 kg／m3更為合理。雖然MgO的情況與堿集料反應不好類比，膨脹機理和過程也不相同。但確也存在這樣一個問題：在水泥用量差異懸殊的情況下，MgO的限量是否應該相同?能否在這方面做點工作，探討是否可以直接用混凝土試驗來限定MgO的極限含量。 4)水泥的C3S含量和細度。最近我國修改標準，使水泥試驗方法與國際標準接軌，發(fā)現(xiàn)我國水泥強度明顯偏低。因而眾多文章認為應提高水泥的C3S含量和細度?？磥磉@在一定程度內是必要的。但我們也應該注意另外一個趨勢。國外較多專家認為增加C3S含量和細度，雖能提高早強，但對混凝 土的耐久性并無好處。而要提高混凝土的早期強度，也不一定需要C3S含量高和增加細度，依靠摻高效減水劑減少水灰比也能達到這一日的。所以在發(fā)展高C3S舍量和細度的同時，也不應忘記其負面影響。   綜上所述，我們一定要注意，從嚴格意義講，水泥只是半成品，最終形成的混凝土或構件才是真正使用的產品。水泥工作者一定要了解混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。