基于欧洲标准设计与制备混凝土的方法研究-向卫平.pdf

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1、年月下第卷 第期施 工 技 术 ： 基于欧洲标准设计与制备混凝土的方法研究向卫平，兰 聪，陈 景，刘云鹏（武汉理工大学硅酸盐材料国家重点实验室，湖北 武汉 ；中建西部建设西南有限公司，四川 成都 ）摘要以阿尔及利亚嘉玛大清真寺宣礼塔项目所涉及的混凝土为例，介绍了基于欧洲标准体系下特殊混凝土配合比的设计与实现方法，总结了结合国内配合比设计方法设计满足欧洲要求的混凝土，本研究可为海外尤其是执行欧洲标准的地区特殊混凝土的设计与制备提供指导和参考。关键词混凝土；配合比；欧洲标准；制备方法中图分类号 文献标识码 文章编号 （） I ， ， H ， I （ ， ， ，； ， ， ，）： ， ， ， ：；

2、； ； 作者简介向卫平，硕士研究生，： 收稿日期 背景 工程项目概况阿尔及利亚嘉玛大清真寺位于首都阿尔及尔中轴线上，地处地中海畔。该项目建筑面积万，包括宣礼塔、祈祷厅、伊斯兰学院、图书馆及文化中心等座建筑，其中宣礼塔高，为世界宣礼塔之最。嘉玛大清真寺建成后将成为非洲高度最高、规模最大的建筑，也将是世界第三大清真寺，可同时容纳 名穆斯林，将成为阿尔及利亚重要的宗教集会场所，同时也将成为吸引各国历史学家、艺术家、学者以及旅游者的中心。 项目技术要求与难点根据项目的技术条款要求，混凝土强度等级从到，其原材料选择、配合比试验与审批、混凝土生产和施工、质量评定等工作必须严格执行现行欧洲标准。该项目中宣礼

3、塔使用的壁式桩、底板和核心筒，为本项目混凝土技术的三大难点，也是在施工过程中需重点关注和解决的内容，具体要求如表所示。表 项目特殊混凝土的技术难点 工程部位等级技术要求与难点壁式桩无掺和料、骨料间断级配，实现扩展度（ ）自密实效果大体积底板 厚结构混凝土核心最高温度 ，防止延迟性钙矾石生成核心筒实现长距离泵送，核心最高温度 ，并且强度注：表示标准圆柱体试块抗压强度为，标准立方体试块抗压强度为由表可归纳出本工程混凝土的技术难点主要有：在无掺和料以及骨料呈间断级配的不利条件下，制备出具有自密实效果的混凝土；控制大体万方数据 施工技术第卷积混凝土（最小截面尺寸 ）核心最高温度，预防延迟性钙矾石的生成

4、；宣礼塔核心筒高强混凝土必须同时具备低热、早强以及长距离泵送的特性。 中国标准与欧洲标准的对比由于欧洲标准和中国标准分属两个不同的体系，两套标准在编写思路、侧重点方面有极大不同，尽管已经辨识并提炼出混凝土领域的技术难点，但如果不深入地理解欧洲标准并运用欧洲标准指导混凝土开发工作，可能会在实际生产和验收过程中陷入非常窘迫的境地。与我国混凝土标准不同，有关混凝土的欧洲标准是一套完整的体系，其核心标准是混凝土：规范、性能、生产和合格性，围绕此核心，涉及原材料、生产施工、质量评定等相关标准，如图所示。图 与其他相关混凝土标准的关系 由图可知， 混凝土结构设计、混凝土结构实现和混凝土：规范、性能、生产和

5、合格性是实现钢筋混凝土结构的个核心标准，其中从属于的个标准是本项目混凝土配制与施工的主要依据。本文结合欧洲标准，阐述了在欧洲标准体系下从原材料选择到制备出符合设计要求的混凝土的方法。混凝土性能的个核心指标为：新拌混凝土的工作性、硬化混凝土的力学性能和耐久性能。本文针对工程实际中遇到的问题，就混凝土性能指标对欧洲标准和中国标准进行了分析对比。 工作性能中国标准 混凝土质量控制标准规定，混凝土工作性能按坍落度可分为个类别，如表所示。表 中国标准对混凝土工作性能分类 级别名称坍落度 低塑性混凝土 塑性混凝土 流动性混凝土 大流动性混凝土 注：坍落度检测结果，在分级评定时，其表达取舍至临近而欧洲标准对

6、混凝土工作性能的规定比中国标准宽泛，除了规定了坍落度指标，还规定了扩展度指标，且给出的坍落度范围比中国标准大，如表所示。表 欧洲标准对混凝土工作性能的分类 类别坍落度 类别扩展度 本工程宣礼塔共计根壁式桩，桩深约，每根桩施工时采用根导管同时灌注，技术难度较大，既要保证混凝土不离析，又要保证自流平，提出了混凝土工作性能必须符合（见表）类别的要求。针对上述要求，采用高水泥用量、较大水灰比和掺加细石的方法，成功降低了混凝土黏性、改善了和易性，实现了类别的性能要求。 根壁式桩混凝土和易性、强度及桩身声测试验合格率均为，实施效果良好。 力学性能新拌混凝土工作性能是保证施工顺利的必要条件，力学性能是保证结

7、构安全的根本，与中国标准相比，欧洲标准对混凝土力学性能的要求明显高于中国标准，具体要求如表所示。表 欧洲标准抗压强度的判定 样品每组中个抗压强度测试结果标准中个结果的平均值（） 标准中任意测试结果（） 单次试验 统计试验 万方数据 向卫平等：基于欧洲标准设计与制备混凝土的方法研究 根据国家标准 混凝土强度检验评定标准，混凝土强度评定方法有统计法和非统计法两种。若按统计法评定，在少数试块强度低于设计值的情况下，仍可能判定该批次混凝土强度合格；在非统计法下，试块平均强度需 倍设计强度（以下）或 倍设计强度（及以上），且最低一组强度 倍设计强度，才能判定该批次混凝土强度合格。由上述分析可知，在欧洲标

8、准体系下，运用非统计法评定混凝土强度对于推进工程进展、减少质量争议比较有利；而在我中国标准体系下，运用统计法评定混凝土对于我们更加有利。由此可知，在海外工程中，应提前与监管机构协调，尽量选用对我方更加有利的质量评定方法，以减少不必要的麻烦和风险。 耐久性能在我国，一般房建工程对耐久性的重视程度明显低于欧洲，一般除了需要防水的部位需检测混凝土抗渗性能外，其他部位只检测力学性能。而在欧洲标准体系下，在开始设计混凝土配合比之前，就根据结构所处环境的不同划分了暴露等级，根据暴露等级预先确定配合比中材料品种与用量的极限值。特别是对于大体积混凝土，欧洲标准还做出了混凝土核心最高温度不得超过的规定；而中国标

9、准仅对混凝土内外温差和温升做出了规定，要求内外温差 ，温升 ，对最高温度并无明确规定。欧洲标准的此项规定直接影响到宣礼塔底板和核心筒混凝土的开发。对于宣礼塔底板，由于混凝土强度等级不高，并结合暴露等级要求，经反复论证，在原材料和施工方面均采取了相应措施，即采用低水化热的抗硫酸盐水泥并掺入少量粉煤灰以降低混凝土水化过程中的放热，并在底板中央预埋循环冷却水管的方法，成功将混凝土核心温度控制在以下，取样的组试块平均强度 ，最低组强度 ，完全满足的设计要求（见表）。 宣礼塔核心筒混凝土的技术要求根据工程设计及系列标准的要求，对混凝土性能形成如下指标要求，如表所示。 设计方案与试验结果 拉法基混凝土试验

10、结果根据表中指标要求，开展了余盘试配与试验，除因水泥水化热偏高导致温度指标无法通过以及泵送能力难以验证外，其他指标均满足要求。为保证工程质量和施工进度，学习了世界第二大混表 混凝土技术指标要求 指标技术指标要求工作性能出机坍落度 ，入模坍落度 力学性能标准养护强度达到以上，强度达到以上耐久性能按照所述方法测试的水渗透深度 ，无潜在钙矾石破坏热工性能混凝土在准绝热环境下核心最高温度 凝土企业拉法基制备的混凝土思路和方法，其跟踪验证结果如表所示。表 拉法基混凝土配合比验证结果 指标坍落度扩展度 强度 强度温度泵送性能结果 未验证评定合格（）合格合格合格暂不需要长距离泵送由于拉法基在当时所需的关键指

11、标上均通过验证，项目采用拉法基的供应浇筑宣礼塔，并对浇筑过程也进行了全程跟踪。混凝土供应过程的详细记录如表所示。表 拉法基供应过程事件记录 事件次数次原因温度不合格使用 型矿渣水泥，合理搭配骨料级配，减少了水泥用量强度不合格混凝土现场加水调整，强度堵泵供应不及时导致输送泵内混凝土长时间静置离析返工因堵泵造成混凝土浇筑中断，出现多处冷缝由表可知，拉法基在混凝土温控措施中主要采取了低热的矿渣水泥，并合理选择搭配骨料级配，减少单方水泥用量等；但现场施工组织与质量控制能力仍有所欠缺，导致强度不合格、因供应问题导致堵管以及混凝土出现多处冷缝等质量问题。 配合比设计思路根据前期的经验，在配合比设计上采用了

12、“先实现基础指标再逐步改性”的思路，每一步都有章可循、有据可依（见图）。图 配合比设计思路 万方数据 施工技术第卷表 配合比探索试验 编号水泥（ ）粉煤灰（ ）偏高岭土（ ）石子（ ）砂（ ）外加剂（ ）水（ ） 配合比开发 基础配合比探索由于欧洲标准没有明确的混凝土配合比设计方法，仅提出了控制指标，若完全按照欧洲标准开发配合比，则需要经验法与枚举法（遍历法）并用，工作量非常大；但若借用中国行业标准普通混凝土配合比设计规程给出的基于水泥胶砂强度和混凝土水胶比的配合比设计方法，可明显减少工作量、加快开发进度。经检测，水泥胶砂平均强度为 。统计前期混凝土强度标准差为 。则根据普通混凝土配合比设计规

13、程，计算出混凝土配制强度为： ， 即配制强度需达到 以上，可确保统计合格率，符合的要求。根据以上要求和普通混凝土配合比设计规程给出的计算方法，得到以下组配合比及其力学性能，如表所示。由表可知，号配合比和强度偏低，不符合设计要求； 号配合比强度符合设计要求。因此剔除号配合比，选择 号配合比进行热工性能即准绝热温升测试。 混凝土热工性能根据技术要求，制作内边长为的正方体测温模具，模具个面均用厚聚苯板保温，使模具内混凝土处于准绝热状态。按图所示位置预埋测温点，浇灌混凝土后立即开始测温，每测温次，持续后分析评判结果，测温结果如图所示。准绝热温升试验关键数据如表所示。表 准绝热温升试验关键数据 编号入模

14、温度 达峰时间 最高温度 最终（）温度 准绝热温升 图 混凝土温控试验（单位：） （：）图 混凝土准绝热温度变化 由图可知，随着混凝土单方水泥用量的下降，到达温度峰值的时间逐步延迟，每增加 粉煤灰，同时减少 水泥，可实现以下效果：混凝土温度峰值的时间推迟 ；混凝土核心最高温度下降 ；混凝土温度下降 ；准绝热温升下降 。混凝土内部温度达到峰值时间的延迟以及最高温度的降低主要由于粉煤灰延迟水化的能力。粉煤灰是一种火山灰材料，自身不能水化硬化。但是，在与水泥加水拌合后，可在数天至数十年长的时间内，缓慢地与水泥水化释放的（）发生化学反应，形成水泥水化产物，此过程称为“二次水化”，不仅能降低水化温度峰值

15、，推迟水化温度峰值的时间，还可使混凝土微观结构更加密实，提高混凝土耐久性。 混凝土工作性能混凝土工作性能主要取决于材料颗粒级配是万方数据 向卫平等：基于欧洲标准设计与制备混凝土的方法研究 否良好。本项目已充分考虑到施工需要，利用粉煤灰呈球状的“形态效应”对水泥浆进行润滑，但由于水泥和粉煤灰颗粒直径接近，而水泥中以下颗粒占比较少，导致在以下颗粒呈间断级配。在高强度等级混凝土水胶比较低的情况下，这种不良的级配会劣化混凝土的工作性能。为解决此问题，将原来的普通粉煤灰进行再分选，得到以直径颗粒为主的超细粉煤灰，从而实现混凝土“低黏性、大流态”的特征。普通粉煤灰与超细粉煤灰的扫描电子显微镜照片如图所示。

16、图 普通粉煤灰与超细粉煤灰的颗粒直径 由表可知，超细粉煤灰的应用极大地降低了混凝土的黏度，但是，当超细粉煤灰用量达到后，混凝土黏度变化不大，到坍落度流尽时间仅减少，综合考虑强度和温度指标，选择作为最终配合比。表 混凝土工作性能测试 编号混凝土到坍落度流尽时间 普通粉煤灰超细粉煤灰 图 盘管泵送试验 为模拟实际泵送施工设计了盘管试验验证混凝土的泵送性能，试验铺设了总长的蛇形泵管，泵管布置如图所示，现场坍落度试验如图所示。由图可知，经超细粉煤灰改性后的混凝土和易性极好，成功完成了本次模拟泵送试验；混凝土共计用时泵送完毕，依此推算，每台固定泵每小时最大可输送约混凝土，完全可满足施工需要。在进行盘管试

17、验后，拉法基也用同样的管道进行了泵送试验，结果如表所示。表 混凝土盘管泵送试验结果 搅拌站入泵前坍落度扩展度出泵后坍落度扩展度坍落度扩展度损失量是否便于施工拉法基 较难中建 是 耐久性验证根据及相关资料，在温度时混凝土中的膨胀产物钙矾石开始分解，以上分解速度明显加快，当温度回落至以下时又重新生成钙矾石，导致混凝土产生巨大的内应力，进而引起混凝土膨胀开裂。由表中配合比可知其最高温度达到，存在钙矾石分解和再生成的可能，为验证混凝土中钙矾石未分解，钻取了测温试验墩核心部位混凝土进行扫描电子显微镜与射线衍射分析确定混凝土中钙矾石是否已分解。由图可知，混凝土中存在大量针状晶体，即钙矾石晶体，说明钙矾石并

18、未大量分解，当然就不存在再生成导致混凝土膨胀破坏的可能。图 配合比混凝土硬化后的和 由图中的分析可知，混凝土中仍存在大量钙矾石，这与分析结果相互印证，再次证明混凝土中存在大量的钙矾石，即没有大量的钙矾石分解，混凝土存在钙矾石延迟膨胀导致开裂的风险可忽略。 结语）由于标准体系的不同，在海外工程开工前，必须认真辨识技术难点，提前做好技术储备，做到有备无患。（下转第页）万方数据 施工技术第卷积物形成效果与电流强度、电解质溶液浓度及种类之间的关系尚缺乏系统化研究，不能直接将该方法用于工程实践。）附加阳极与混凝土内部钢筋之间形成的电场存在一定的分布规律，越靠近阳极电场强度越大，且电场强度的分布呈辐射状，

19、由阴极到阳极电场强度不断增大。）电沉积法修复钢筋混凝土试验过程中，裂缝深度修复率、表面覆盖率随时间的延长逐渐增大，最终趋于稳定。）既有结构上应用电沉积法修复钢筋混凝土裂缝，首先需要进行电沉积修复试验或查找施工资料，确定是否存在原材料参与电迁移过程，以免因裂缝修复后结构的疏松而影响结构的使用性及安全性。参考文献： 黄微波，李晶，高金岗混凝土结构裂缝修复技术研究进展工业建筑，（）： ， ， ， （ ），（）： ， ，（）： ， ，（）： 蒋正武，孙振平，王培铭电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的机理同济大学学报（自然科学版），（）： 蒋正武，孙振平，王培铭若干因素对多孔透水混凝土性能的影响建筑材料学报

20、，（）： 蒋正武，孙振平，王培铭电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的愈合效果东南大学学报，（）： 蒋正武，刑锋，孙振平，等电沉积法修复钢筋混凝土裂缝的基础研究水利水电科技进展，（）： 姚武，郑晓芳电沉积法修复钢筋混凝土裂缝的试验研究同济大学学报（自然科学版），（）： 程实，赵静混凝土工程中的钢筋腐蚀电化学检测技术及评价科技创新与应用，（）： 李森林，卢青法，徐宁，等电沉积修复混凝土裂缝技术研究进展及研究方向混凝土， （）： 建筑用砂： 北京：中国标准出版社， 建筑用卵石、碎石： 北京：中国标准出版社， 张嘉新，高小建，朱卫中外电场作用下混凝土中离子的迁移与分布规律研究混凝土与泥制品，（）：（上接第

21、页）楼板，领先外框架楼板时的最不利工况，并计算分析了个模型。对个模型进行了几何非线性的材料塑性稳定分析可知，该单片墙体在顶模支撑处出现局部的屈曲失稳，个计算结果中墙体最小的临界稳定荷载系数为 ，该单片墙体稳定满足要求。若需提高墙体稳定系数，建议在顶模上支架上方左右处和顶模下支架下方左右悬臂墙端部施加墙体面外支撑。参考文献： 万子华高层住宅混凝土剪力墙稳定性分析南昌：南昌大学， 张克超限高层住宅剪力墙结构设计问题分析城市建设理论研究：电子版， （） 张晓，杨建江，陈星大型动臂内爬式塔式起重机附墙节点处墙体受力特性试验研究施工技术，（）：， 王明玉，刘小华超高层建筑爬塔支撑架设计及有限元分析钢结构

22、，（）：， 余地华，侯玉杰，艾心荧，等天津高银大厦新型抗侧移模块化低位顶升钢平台模架体系设计关键技术施工技术，（）： 万利民，李和根，任海波，等超高层核心筒斜墙液压爬模施工技术施工技术，（）：，（上接第页）应认真分析当地标准，做到熟练运用当地标准评价与指导专业工作。）当遇到难以实现的技术指标时，应采取“由易到难”的策略，对混凝土逐步改性，最终实现所有技术指标。在成本可接受、质量可控的情况下，可大胆尝试新技术，确保实现合同与规范所要求的性能指标。）欧洲标准多采用经验法设计配合比，工作量较大。实际操作中，在配合比设计方面，中国标准对欧洲标准起到了十分重要的补充作用。参考文献： ： ： ： ： ： ： ： ： ： 中国建筑科学研究院混凝土质量控制标准： 北京：中国建筑工业出版社， 中国建筑科学研究院普通混凝土配合比设计规程：北京：中国建筑工业出版社，万方数据