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混凝土小型空心砌块高层建筑用高强砂浆及注芯混凝土的配制改进研究

wyl0523

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2007-04-03
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【提 要】本文对配筋砼小型砌块高层建筑使用的砂浆和注芯砼的材性性能进行研究。配筋砼小型砌块高层中用的砂浆和注芯砼和普通砂浆和细石砼不一样,是一种高性能的独特材料,特别是注芯砼是一种高流动性、低收缩率和高强度的材料,是一种关键技术。本研究通过在《砼小砌块高层建筑用砂浆和注芯砼配制研究》基础上的补充试验研究和分析工作,给出了符合这类建筑要求的砂浆和注芯砼的配制方法和工艺要求。
前言
改革开放以来我国住宅建筑业发展迅速,住宅总建造量七十年代间超过一百亿平方米,但由于受建材落后的影响,住宅结构基本上是高能耗、低效益的模式。墙体材料迫切需要改革,为此国家及各省成立墙改办公室,目的是加大墙改的力度。
八十年代初砼空心砌块大面积用于建筑墙体材料,在小砌块的生产、建筑设计和施工技术上总结了许多宝贵的经验。但砼空心砌块用于中高层建筑的承重墙体材料上国内还是空白,美国在空心砌块应用于高层建筑(已达23层)已比比皆是。根据我国的实际情况砼空心砌块只有用于中高层建筑才比多层砼空心砌块建筑有较大的经济优势。而且采用高强度砼空心砌块孔洞中插筋用高强度注芯砼灌浆的结构,即配筋砌体结构与砼框架和砼剪力墙结构相比在经济和技术上也有明显的优势。
但是用于配筋砌体中高层砌块建筑除了要有高强的砼空心砌块(MU10~MU20)还必需配备高强砂浆及高强注芯砼等材料。
中高层砼空心砌块建筑砌筑用的高强砂浆不同于普通砌筑砂浆,它应满足砼空心砌块布浆面窄吸水率小,初始压强大,立缝高度大特点,强度等级分为M10、M15、M20、M25。
“注芯砼”是配筋砌块高层的关键材料,通过注芯,把砌块、钢筋粘结成整体,使砌体具有较高的抗压、抗剪强度和整体工作性能。为此要求注芯砼有良好的施工性能,较大的塌落度,不分层、不泌水,低干收缩性能和较高的强度。强度等级分为C20、C25、C30、C35。
配制满足上述要求的高强砂浆及注芯砼不能采用普通混合砂浆及混凝土的配制方法,而必须研制新的配置方法和工艺。
高强砂浆和注芯砼的配置研究系“辽宁省混凝土小型空心砌块高层建筑结构设计施工规程”研编项目内容之一。本研究是在前期清华大学对高强砂浆及注芯砼作了大量材性试验基础上工作的继续,即改进研究。本研究由中国建筑东北设计研究院和沈阳建工学院承担,又通过一定数量的补充试验研究和分析,提出了符合上述性能要求的砂浆和注芯砼配制方法和工艺要求。
第一章 高强砂浆
一、 试验方案设计
(一) 技术方案
1.砂浆强度等级
按设计要求分为M10、M15、M20、M25四种。
2.砂浆工作性能要求
1) 流动性:以砂浆稠度仪测定其沉入度来表示,控制值为6~8cm;
2) 保水性:以砂浆分层度表示,控制值为1cm左右;
3) 粘聚性:目前未找到切实可行的表征方法,仅以砌块抗剪强度及墙片破坏宏观确定。
3.试验工艺
1) 搅拌:机械搅拌(0.3m3强制式搅拌机);
2) 成型:小振动台振捣成型;
3) 养护:标准养护室(温度±20℃相对湿度90%);
4) 龄期:砂浆早期强度以7天龄期表征,后期强度以28天龄期表征。
4.研究的技术路线
1) 主要原材料(水泥、砂子)及改性材料(粉煤灰、有机材料P)的基本性质和技术指标的检验测定;
2) 按不同强度等级要求,设计高强砂浆的配合比(须满足强度和工作性能及耐久性要求);
3) 在试验室按不同等级配合比,进行系统批量试验,测定其强度、工作度、变形、弹性模量等;
4) 经多次正交试验后确定其最佳配合比。
二、原材料及试验方法
(一)原材料
1.水泥
425#水泥:有辽宁公路水泥厂生产的“交通牌”复合硅酸盐水泥及本溪工源水泥厂生产的“工源牌”矿渣硅酸盐水泥。
525#水泥:有锦西水泥厂生产的“渤海牌”普通硅酸盐水泥及本溪工源水泥厂生产的“工源牌”普通硅酸盐水泥。
2.砂子:中砂(浑河河砂)粒径≤5mm
3.粉煤灰:粉煤灰选用沈海热电厂原状灰属Ⅲ级粉煤灰
4.有机材料“P”:化工商店购买。
(二)试验方法
1. 砂浆的稠度测定、砂浆试块的养护及强度测定执行GBJ203—83;
2. 硅酸盐水泥强度检验方法执行GBJ175—85;
3. 砂筛分试验方法执行JGJ53—79;
4. 粉煤灰试验方法执行GB1596—91。
三、试验结果分析
常用砂浆的基础是水泥砂浆,其稠度强度规律曾有人进行过较为系统的研究,并且这些规律也一直在砂浆的实际使用过程中起着指导性作用,本次试验也是从水泥砂浆的基础上重点研究掺加粉煤灰及有机材料“P”后的性能和规律,也可以说对普通混合砂浆的改性试验。
粉煤灰水泥砂浆配合比设计根据“粉煤灰在砼和砂浆应用技术规程”推荐的计算方法计算,粉煤灰掺量选用三个掺量,即占水泥重量的10%、15%、20%。其替代量选用1.3倍。
(一)砂浆试验配合比 (kg/m3) 表—1
编号 设计强度
(Mpa) 水泥 砂 水 粉煤灰 “P”
标号 用量 % 用量
M10—1 10 425# 338 1424 207 10 49 0.318
M10—2 10 425# 310 1411 230 15 73 0.27
M10—3 10 425# 316 1393 220 20 103 0.27
M15—1 15 425# 472 1414 246 10 68 0.40
M15—2 15 425# 446 1395 274 15 102 0.319
M15—3 15 425# 420 1375 254 20 137 0.357
M20—1 20 525# 499 1414 240 10 71.5 0.424
M20—2 20 525# 471 1393 256 15 108 0.4
M20—3 20 525# 465 1369 209 20 151 0.395
M25—1 25 525# 578 1405 280 10 83 0.49
M25—2 25 525# 546 1382 270 15 125 0.46
M25—3 25 525# 553 1353 278 20 180 0.47
(二)砂浆试验结果 表—2
编号 水灰比 沉入度(cm) 容重(kg/m3) 7天强度(MPa) 28天强度(MPa) 粘聚性
M10—1 0.61 6.8 1683 5.02 11.2 良好
M10—2 0.72 6.0 1883 6.6 15.3 良好
M10—3 0.70 6.15 1885 10.9 21.5 良好
M15—1 0.52 6.8 1973 10.8 22.2 良好
M15—2 0.61 6.0 2123 16.3 31.1 良好
M15—3 0.6 5.7 2040 16.3 25.7 良好
M20—1 0.48 6.5 1960 18.4 32.8 良好
M20—2 0.54 5.9 1970 23.7 37.6 良好
M20—3 0.45 8.6 1960 12.4 22.0 良好
M25—1 0.48 6.7 1930 28.1 39.9 良好
M25—2 0.49 6.1 2000 24.8 40.4 良好
M25—3 0.50 7.3 2060 17.5 26.7 良好
(三)砂浆试验结果分析
1) 砂浆中掺入粉煤灰和有机材料“P”后,明显改善了砂浆的工作性,其稠度好不泌水、粘聚性好;
2) 砂浆中的用水量应控制在300公斤/m3以内;
3) 高标号砂浆应选用525#水泥,即保证其较高强度,又可减少水泥用量;
4) 粉煤灰掺量选用10%、15%、20%三个等级,随着粉煤灰掺量增加强度并没有减少。
第二章 注芯砼
一、试验方案的设计
(一)技术方案
1.注芯砼等级
按设计要求分为C20、C25、C30、C35四种。
2.注芯砼工作性能要求
1) 流动性:以混凝土塌落度仪测定,塌落度控制值大于20cm;
2) 保水性:混凝土不分层、不离析、不泌水;
3) 粘聚性:目前还没有可行的测定方法,只能用目测观察,测定混凝土及砌块粘结性能,暂用混凝土浇灌砌块孔洞,28天用自制机具制定混凝土及砌块抗剪能力,观察其粘结能力,以及墙片试验测定其共同工作的性能。
3.试验具体做法
1) 为保证注芯砼强度,降低水灰比,增加流动性,选用高效减水剂;
2) 减少砼的收缩掺加适量膨胀剂,增加砼及砌块间的粘结力;
3) 掺加少量有机材料“P”增加砼及砌块间的粘结力;
4) 掺加部分粉煤灰,增加混凝土流动性,同时取代部分水泥;
5) 调整砂率,使混凝土有足够强度及流动度。
4.试验工艺
1) 搅拌:机械搅拌(0.3m3强制式搅拌机);
2) 成型:振动台振捣成型;
3) 养护:标准养护室(温度±20℃,相对湿度90%);
4) 龄期:砼早期强度以7天龄期表征,后期强度以28天龄期表征。
5.研究的技术路线
1) 主要原材料(水泥、砂子、石子)及辅助材料(粉煤灰、膨胀剂、高效减水剂、有机材料“P”)的基本性质和技术指标的检验测定;
2) 按不同强度的等级要求,设计高强注芯砼的配合比(须满足强度和工作性能及耐久性要求);
3) 在试验室按不同等级配合比,进行系统批量试验,测定其强度、工作度、变形、弹性模量等;
4) 对粉煤灰、膨胀剂、高效减水剂、有机材料“P”掺量选择试验;
5) 对主要原材料、辅助材料及多次正交试验后确定其最佳配合比。
二、原材料及试验方法
(一)原材料
1.425#水泥:有辽宁公路水泥厂生产的“交通牌”复合硅酸盐水泥及本溪工源水泥厂生产的“工源牌”矿渣硅酸盐水泥;
525#水泥:有锦西水泥厂生产的“渤海牌”普通硅酸盐水泥及本溪工源水泥厂生产的“工源牌”普通硅酸盐水泥。
2.砂子:中砂、粒径≤5mm,浑河河砂;
3.石子:粒径在5~10mm,碎石(经破碎筛分后);
4.粉煤灰:沈海热电厂一号,干排原状灰属Ⅲ级粉煤灰;
5. 高效减水剂:阜新市清河门化工厂生产的“大桥牌”NF型高效混凝土减水剂;
6. 膨胀剂:锦州东电三公司生产的FN—M型Ⅲ代膨胀剂;
7.有机材料“P”:化工商店购买。
(二)试验方法
1. 混凝土拌合物工作性能检测参照GBJ80—85进行:对大塌落度流态砼的塌落流动测定用直尺量出混凝土塌落平面直径的平均值;
2. 混凝土力学性能试验:参照GBJ81—85“普通混凝土力学性能试验法”进行。
三、试验结果及分析
(一)配比参数的确定
1. 单位用水量及砂率,是影响砼流动度重要因素,单位用水量W=175~185kg/m3,砂率Sp=0.38~0.41;
2. 粉煤灰掺量:占水泥用量的15%左右;
3. 膨胀剂掺量:FN—M:15~20%之间;
4. 高效减水剂掺量:占水泥用量的1.5~2%之间;
5. 有机材料“P”掺量、微量。
(二) 注芯砼最佳配合比
表—3 注芯砼试验配合比 (kg/m3)
编号 设计强度 水泥 水 砂 石 粉煤灰 减水剂 膨胀剂“C” “P”
标号 用量 % 用量
C20—01 20 425# 353 181 746 1119 15 62 4.9 50 0.177
C25—11 25 425# 397 185 738 1064 15 70 6.0 60 0.199
C30—3 30 525# 434 185 675 1101 15 76 6.5 65 0.217
C35—9 35 525# 468 175 656 1069 15 82 9.3 70 0.234
表—4 注芯砼试验结果
编号 水灰比 砂率 塌落度(cm) 塌落度流动度(cm) 容重(kg/m3) 7天强度(Mpa) 28天强度(Mpa) 粘聚性
C20—01 0.51 0.40 21 32 2240 158 245 良好
C25—11 0.47 0.41 23.5 43 2100 161 259 良好
C30—3 0.43 0.38 23 40 2060 188 295 良好
C35—9 0.40 0.38 23.5 38 1970 213 352 良好
(三)注芯砼试验结果分析
1) 注芯砼掺入有机材料“P”明显改善了砼工作性能,如保水性、增粘性,但影响砼的抗压强度,随着“P”掺量减少及粉煤灰、膨胀剂等粉料增大而影响逐渐减少;
2) 单位用水量是影响流动性的主要因素,因此宜控制在185公斤/m3以内;
3) 高标号注芯砼选用525#水泥,为保证其较高的抗压强度,又可减少水泥用量;
4) 粉煤灰是取代水泥,提高流动性的重要因素。
 
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