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清水混凝土表观质量评价方法研究

时间:2017/11/24 9:25:20 来源: 点击次数:2485
清水混凝土表观质量评价方法研究王龙志;李宗才;崔鑫;路林海;王桂玲;窦青松;马万国;张海霞;95-97+102

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【机构】 山东建泽混凝土有限公司; 济南市工程质量与安全生产监督站; 中建八局二公司; 济南轨道交通集团有限公司; 中建八局技术中心;

【摘要】 清水混凝土以其节约工程成本、提高工程质量、改善企业管理水平等优点,自从20世纪90年代后期以来在技术研究及工程应用方面得到了长足发展。但在清水混凝土表观质量评价方法的研究方面还存在着不足,即未建立起清水混凝土表观质量事前评价手段,仍以事后评价为主。这极大的制约了清水混凝土工程应用的发展。为此,以轨道交通清水混凝土工程为依托,开展了清水混凝土表观质量评价方法的研究。通过对清水混凝土的概念、特征及现有研究成果的分析,提出了清水混凝土表观质量评价方法——气泡法。工程实践表明:气泡法可对清水混凝土的表观质量进行有效预判及评价。

【关键词】 清水混凝土; 表观质量; 评价方法; 气泡法;

0 引言

济南轨道交通工程是济南市“十三五”期间重点工程之一。基于“绿色工程、景观工程、耐久工程”的综合考虑,济南轨道交通工程拟建成全国首条全清水混凝土轨道交通工程。

清水混凝土工程自上世纪末以来,在我国得到了长足发展。清水混凝土科学研究及工程应用方面均取得了一系列成果,但在清水混凝土表观质量评价方法的建立方面还存在不足。虽然相关技术规程在清水混凝土表观质量评价方面进行了要求,但仍为事后评价,不利于清水混凝土工程应用的发展。本文以济南轨道交通工程以契机,对清水混凝土的表观质量评价方法进行了研究,以推动清水混凝土技术研究与工程应用的发展。

1 清水混凝土的特征

由清水混凝土的概念可知,清水混凝土最显著的特征就是其高质量的表观性能,具体体现在:

(1)色泽匀

清水混凝土表面的色泽需均匀,不能出现明显的色差,这是清水混凝土最基本的要求。这就要求清水混凝土的原材料质量稳定、配合比稳定、施工工艺稳定等。任何一个因素的变化都可能对清水混凝土表观色泽造成较大影响。

(2)气泡少

清水混凝土表面不能出现明显气泡,如气泡超出允许的范围内,则需对气泡进行修补,以保证清水混凝土的外观质量。清水混凝土的气泡与清水混凝土浆体的粘度、施工工艺等有很大关系。

2 清水混凝土的性能研究

清水混凝土的性能研究主要分为表观性能研究和基本性能研究[1-4]。

2.1 表观性能

由清水混凝土的概念及其主要特征可知,清水混凝土最显著的特征就是其高质量的表观性能,具体体现为色泽匀、气泡少。

目前,针对于清水混凝土表观性能的检测、试验手段,目前未见报道,即尚未建立起清水混凝土表观性能试验、评价方法。

根据JGJ 169《清水混凝土应用技术规程》,存在清水混凝土色泽及气泡的相关验收标准。针对气泡虽然进行了定量要求,但未明确说明选取位置是效果较好位置、效果较差位置、有代表性位置,这可能会产生截然不同判定结果。针对色差,只定性地要求“有无明显色差”。

针对清水混凝土上述两个指标,目前多数通过施工技术进行事后改善,而未见通过混凝土配合比技术等事前控制措施、方法。

2.2 基本性能

此处所指基本性能包括清水混凝土工作性能、力学性能、耐久性能等。依据清水混凝土概念及现有清水混凝土质量控制措施,清水混凝土与普通混凝土、高性能混凝土相比,多在过程控制、管理手段等外在因素方面要求更为严格,而未在原材、配比等内在因素方面有大的不同,所以单纯地研究清水混凝土的力学性能、耐久性能甚至微观表征是不合适的,对于清水混凝土工作性能的研究也基于对清水混凝土的过程控制。

基于上述原因,清水混凝土的性能研究应着重针对清水混凝土的表观性能展开。

3 原材料及配比

3.1 原材料

(1)水泥

山东水泥厂山水P·O42.5水泥,性能指标如表1所示。

2)矿粉

矿粉选择山东永通实业有限公司产S95矿粉,检测依据国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046-2008)中的项目进行,性能指标如表6所示。。

表6 矿粉检测项目及检测结果

3.2 配合比

在分析现有清水混凝土配合比设计方法基础上,依据清水混凝土特征及清水混凝土配合比设计思路,提出清水混凝土专用配合比设计方法[6-8],具体设计步骤如下:

(1)对石进行自然堆积,得到石的质量m1和石的自然堆积孔隙率α1;

(2)用砂对石进行紧密填充,得到砂的质量m2、砂的紧密堆积孔隙率α2、砂和石的紧密堆积孔隙率β和砂的0.315mm以上部分的质量m3;

(3)根据强度设计理论,确定水胶比,结合各胶材比例,配制浆体,测量所述浆体的密度;

(4)计算石的比表面积和砂的0.315mm以上部分的比表面积;

(5)根据石的质量m1和石的比表面积计算石的表面积,根据砂的0.315mm以上部分的质量m3和砂的0.315mm以上部分的比表面积计算砂的0.315mm以上部分的表面积;

(6)用水胶比的净浆均匀包裹砂和石,净浆的包裹厚度为0.3mm或0.4mm,计算净浆的体积,如果净浆的体积、砂的0.315mm以上部分的体积和石的体积之和大于单位体积,则同比例减少砂和石的用量,重复步骤(5),直至的净浆的体积、砂的0.315mm以上部分的体积和石的体积之和等于单位体积;如果的净浆的体积、砂的0.315mm以上部分的体积和石的体积之和小于单位体积,则用净浆补充至单位体积;

(7)依据净浆的体积和砂的0.315mm以下部分的体积得到浆体的体积;依据浆体的体积和浆体的密度,计算浆体的质量及各胶材的质量和用水量;结合砂的质量m2和石的质量m1,得出清水混凝土配合比。

根据本工程中所使用原材料性能特点及清水混凝土专用配合比设计方法,本工程中清水混凝土配合比如表7所示,P0为普通混凝土配合比,P1为根据清水混凝土专用配合比设计方法设计得到。

4 表观质量评价方法研究

清水混凝土是混凝土材料中最高级的表达形式,它显示的是一种最本质的美感,体现的是“素面朝天”的品位。但清水混凝土在国内尚未建立起完善的质量验收、评价标准,且现有的清水混凝土质量验收、评价方法相对滞后,即评价工程实体的质量,判断混凝土是否为清水混凝土。这很容易引发清水混凝土供应商、施工单位、建设单位之间的争议,从某种程度上制约和限制了清水混凝土技术的发展[9-11]。

因此建立起清水混凝土“事前”表观质量评价方法,为清水混凝土表观质量评定提供便捷、可靠的方法己显得非常重要。

4.1 透明杯法

4.1.1 方法概述

清水混凝土表观质量最显著的特征就是气泡少、颜色匀。为此,通过大量试验研究,提出了透明杯法,即将清水混凝土装入透明杯中,进行振动以模拟施工,并观察杯壁气泡数量、大小,生成时间、消失时间等。如气泡在较短时间内被排出,说明此混凝土易达到清水状态。

4.1.2 试验结果与分析

依据上述思路,对各配合比混凝土进行透明杯试验,试验过程及试验结果如图1、表8所示:

表8中数据表明,普通混凝土排泡更容易,即普通混凝土施工中气泡更易消失。为了验证透明杯法表征清水混凝土表观性能的可行性,进行了试验墩试验,试验过程如图2所示。

从图2可见,两种混凝土气泡均较少,但普通混凝土存在分层现象,经过分析,是由于普通混凝土浆体相对清水混凝土要多造成了分层。图3为两试验墩上表面形貌。从图3可见,普通混凝土上表面明显有浮浆,而清水混凝土上表面可见石子形貌,无浮浆。

通过上述试验结果分析,清水混凝土不仅需要易排泡,同时应避免分层问题的发生,即同时达到无泡或少泡、减少或消除浮浆的状态。为此,对透明杯试验方法进行了改进,提出了气泡法。

4.2 气泡法

4.2.1 方法概述

气泡法是在透明杯法的基础上,通过大量试验研究及实践总结,而提出的清水混凝土外观质量检测方法。气泡法是在透明杯的杯底放一个空心球,模拟气泡上浮,观察气泡上浮时间,同时,测量表面浮浆量。气泡法可以更直观的考查清水混凝土中气泡上浮时间,通过气泡上浮时间及浮浆厚度评价混凝土是否易达到清水混凝土的效果;通过浮浆量,判断施工后的清水混凝土是否会出现分层等质量问题,影响清水混凝土色泽的均匀性。

4.2.2 试验结果与分析

依据上述思路,对混凝土进行气泡法试验,试验过程及试验结果如图4、表9所示:

气泡法试验数据表明,相对而言,普通混凝土浆体多,则气泡易排出,但浆体多易形成浮浆,影响混凝土表观色泽。这与试验墩的试验结果相一致,进而表明:气泡法可对清水混凝土施工效果进行提前判断,即要是实现“清水”状态,混凝土即需要易排泡,有一定的浆体量;又不能形成浮浆,影响混凝土表观色泽。

5 小结

依据清水混凝土的概念、特征等,清水混凝土性能的研究重点在于表观质量的研究。而目前对清水混凝土表观质量评价为事后评价,即通过对成品混凝土表观效果评价,判断是否为清水混凝土。工程实践证明,提出一种清水混凝土表观质量的室内评价方法是非常有必要的。通过大量试验研究与成果分析,提出了清水混凝土表观质量评价方法——气泡法,即在混凝土表面无浮浆的情况下,混凝土内气泡在最短的时间内排出。通过试验墩试验检测,表明气泡法可以对清水混凝土的表观质量进行有效预判、评价。

参考文献

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[2] 黄昌利. 清水混凝土施工技术研究[D]. 重庆:重庆大学,2008

[3] 张栋樑, 唐建华. 南京南站清水混凝土表观质量施工控制研究[J]. 铁道工程学报,2012(1):88-93

[4] 张希清, 王庆华, 黄书珍. 清水混凝土表观质量的影响因素分析[J]. 石家庄铁道学院学报,2006,17(4):75-78

[5] 崔鑫,张海霞,李亚真,等. 关于粉煤灰需水量比测试方法的几点思考[J]. 混凝土,2012(11):51-53

[6] 万纯斌,唐凯,李北星,等. 基于致密配合比法的索塔清水混凝土配合比设计及性能研究[J]. 混凝土,2012(10):100-103

[7] 王军,徐芬莲,刘中心,等. 武汉火车站箱梁C50饰面清水混凝土的研制与应用[J].施工技术,2010(11):1-4

[8] 刘士红,黄义雄,修晓明,等. C50清水混凝土的配制与施工技术[J]. 混凝土与水泥制品,2013(5):75-77

[9]张栋樑, 唐建华. 南京南站清水混凝土表观质量施工控制研究[J]. 铁道工程学报,2012(1):88-93

[10] 张希清, 王庆华, 黄书珍. 清水混凝土表观质量的影响因素分析[J]. 石家庄铁道学院学报,2006,17(4):75-78

[11] 周苋东,张少兵,王军琪. 清水混凝土外观质量控制及治理措施研究[J]. 水利与建筑工程学报,2012,10(4):50-54

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