砂漿促凝壓蒸法快速推定混凝土強度試驗研究

1、砂漿促凝壓蒸法快速推定混凝土強度試驗研究孫盛佩，曹玲春，王 晉（臺州市建設工程質(zhì)量檢測中心，浙江 臺州 318000）摘 要：通過對混凝土中濕篩砂漿的促凝壓蒸試驗研究，表明了不同流態(tài)的混凝土和不同摻量礦物摻合料的混凝土及不同強度等級的混凝土，其促凝劑在濕篩砂漿中的用量和品種要求是不相同的，對于水膠比小于0.4或高強泵送混凝土，促凝劑的用量應更少，具體用量由試驗確定。通過對試驗結(jié)果的回歸分析，用砂漿促凝壓蒸法來推定混凝土標準養(yǎng)護28d強度，具有較好的相關關系，可以作為預拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)及施工現(xiàn)場混凝土生產(chǎn)的強度控制和配合比調(diào)整。關鍵詞：混凝土；濕篩砂漿；促凝壓蒸；CSA促凝劑；CS促凝劑0 引言

2、隨著我國基本建設的快速發(fā)展，預拌混凝土以其先進的生產(chǎn)工藝、穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量、綠色環(huán)保而被越來越廣泛地應用。由于預拌混凝土生產(chǎn)效率高，怎樣能使混凝土強度在生產(chǎn)過程中得到有效控制就顯得十分重要。原行業(yè)標準早期推定混凝土強度試驗方法（JGJ15-83）中的沸水法、熱水法和溫水法三種早期推定方法，最短試驗時間也需7h，按預拌混凝土生產(chǎn)能力60m3/h估算，7h已生產(chǎn)混凝土400m3左右。而砂漿促凝壓蒸法的試驗時間一般在1.5h之內(nèi)，生產(chǎn)的混凝土不到100 m3，顯而易見采用此方法能更加快速推定混凝土強度，對預拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)保證混凝土質(zhì)量且達到經(jīng)濟合理，有著重要的作用。新修訂的中華人民共和國行業(yè)標準早期

3、推定混凝土強度試驗方法標準JGJ15-2008自2008年9月1日起實施，主要修訂的內(nèi)容之一是增加了砂漿促凝壓蒸法推定混凝土強度的試驗方法。現(xiàn)將我們在參加該標準修訂時的試驗研究及有關情況介紹如下。1 國內(nèi)外研究應用情況上世紀20年代，世界各國就曾以壓蒸釜作為加速養(yǎng)護設備，由于當時認為快速養(yǎng)護條件與標準養(yǎng)護條件及生產(chǎn)構(gòu)件的實際養(yǎng)護條件均不大相同，設備價格又很高，因而未能得到廣泛使用。促凝壓蒸法的興起主要是上世紀60年代末期到80年代初，許多國家投入大量的人力物力致力于壓蒸法的試驗研究。例如，日本株式會社70年代末，用類似的方法進行混凝土生產(chǎn)過程中的快速推定，并于80年代初應用于建筑工程早期質(zhì)量控

4、制并制定了相關的標準。我國在80年代初期，交通部公路科學研究所、水電部天津設計院科研所合作項目用促凝壓蒸技術(shù)即時推定混凝土強度試驗方法，以大量的試驗數(shù)據(jù)進行了數(shù)理統(tǒng)計，論證了采用濕篩砂漿快速測定混凝土強度的可行性。到90年代，制定了公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程（JTJ05394），提出了促凝壓蒸法進行混凝土快速試驗。促凝壓蒸法在我國的應用情況舉例如下：（1）福州泉州大橋在施工中采用1h促凝壓蒸技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)混凝土質(zhì)量異常，查出了一批不合格的325號水泥，避免了一起質(zhì)量事故。（2）柳州水泥廠擴建工程自1985年4月至1986年5月，采用1h促凝壓蒸法及時提供信息，先后避免了由于配合比計算錯誤或稱量

5、設備失靈等原因造成的質(zhì)量事故5起。（3）安徽馬鋼高速線材工程建設過程中，采用促凝壓蒸技術(shù)，及時提供信息，先后避免了由于水泥不合格、計量設備失靈、生產(chǎn)管理信息傳遞誤差或攪拌站原材料管理上的失誤等原因造成的質(zhì)量事故7起。（4）2000年以來，浙江臺州四強建材有限公司采用了1h促凝壓蒸法及時提供信息，也多次避免了重大質(zhì)量事故。如2002年10月，12萬平方米的鑫泰廣場，由于材料管理上的失誤，錯將礦粉當水泥應用于一層柱、梁板，由于采用了1h促凝壓蒸技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)問題，將已澆筑完的18 m3混凝土拆除，避免了一起重大質(zhì)量事故，后通過調(diào)整配合比重新澆筑。（5）采用1h促凝壓蒸法試驗及時提供信息能節(jié)約水泥，

6、據(jù)統(tǒng)計采用快速測強技術(shù)的工程，都有不同程度地節(jié)約水泥，節(jié)約量在5%10%之間，在保證了工程質(zhì)量的同時降低了工程造價。2 修訂工作情況砂漿促凝壓蒸法是在公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程（JTJ05394）的基礎上進行修訂的。由于我國的混凝土生產(chǎn)已進入預拌化時代，高強高性能綠色混凝土需要摻各種不同的礦物摻合料和外加劑，而JTJ05394規(guī)程中用到的促凝劑用量已不能滿足不同礦物摻合料和外加劑及混凝土強度等級的要求。因此本次修訂時做了這方面的大量試驗工作。另外，JTJ05394所用混凝土濕篩砂漿振動篩分成型兩用機，比較適用于施工現(xiàn)場。對于預拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)試驗室，作為內(nèi)部生產(chǎn)中的控制和調(diào)整，可以不用兩用機，

7、而利用現(xiàn)有的混凝土振動臺和水泥凈漿攪拌機等設備即可達到相同的效果。另外將專用試模尺寸改成40mm×40mm×50mm，目的是利用水泥抗壓試驗機。因此在本次修訂中，在儀器設備方面與JTJ 05394相比有較大的變化，目的是為了生產(chǎn)企業(yè)試驗室利用現(xiàn)有的儀器設備，減少設備投資，提高標準的可操作性。3 試驗研究3.1 儀器、設備主要利用試驗室現(xiàn)有儀器設備，所用儀器設備如下：水泥壓力機0300kN（級精度）、水泥抗壓夾具；混凝土磁力振動臺、水泥凈漿攪拌機；篩子孔徑為5mm，并配備相應尺寸的料盤；5kg臺稱，感量5g；100g天平，感量0.1g；專用壓蒸儀（240mm）數(shù)個；40

8、15;40×50（mm）三聯(lián)專用試模；2kW電爐及控制儀；配套工具：坍落度桶、鏟刀、搗棒等。3.2 原材料 水泥：安徽銅陵生產(chǎn)的海螺牌水泥及江西亞東生產(chǎn)的洋房牌水泥，它們與外加劑的相容性好，物理力學性能見表1。 摻合料：臺州電廠磨細粉煤灰和安徽朱家橋S95磨細礦粉，技術(shù)指標見表2。 細骨料：臺州三門中砂和福建中砂（人工級配）互摻及寧波淡化砂，技術(shù)指標見表3。 粗骨料：臺州人工碎石、天然卵石、破碎卵石，粒徑均為531.5mm連續(xù)級配，技術(shù)指標見表4。 高效緩凝減水劑：臺州魯班公司生產(chǎn)的LJ-202型減水劑，主要成分為羥基磺酸復合物，具有高效減水、增強、改善混凝土和易性及可泵性。 膨脹劑

9、：安徽巢湖生產(chǎn)的UEA-H（改進型）膨脹劑，混凝土在水中7天自由膨脹率為1.15×10-4（見圖1）。 專用促凝劑：專用促凝劑采用分析純或化學純化學試劑，并按表5規(guī)定質(zhì)量比配制。表1 水泥物理性能力學性能水泥品牌及等級凝結(jié)時間抗壓強度MPa抗折強度MPa安定性細度%燒失量%初凝h:min終凝h:min3d28d3d28d海螺.52.52:182:5831.061.55.78.7合格0.903.1洋房.52.52:122:4730.560.26.08.8合格0.882.6海螺 普硅42.52:053:3317.044.84.27.2合格1.04.0洋房 普硅42.52:253:4517

10、.545.24.57.4合格1.23.8表2 粉煤灰和S95礦粉性能材料名稱含水率%細度%燒失量%需水比%活性指數(shù)7d28d粉煤灰0.099.23.6599.267.2S95礦粉0.20.270.8610276.1101.4表3 砂的性能指標材料名稱細度模數(shù)表觀密度kg/m3堆積密度kg/m3緊密密度kg/m3含泥量%三門砂2.852635150016501.4福建砂2.702675153016950.4寧波淡化砂2.582656151516700.6表4 石的性能指標材料名稱表觀密度kg/m3堆積密度kg/m3緊密密度kg/m3壓碎指標%針片狀含量%含泥量%人工碎石（531.5）263513

11、7015609.610.30.48天然卵石（531.5）2628133015459.33.20.52破碎卵石（531.5）2640138515558.26.50.50表5 促凝劑配方（質(zhì)量比）型號無水碳酸鈉Na2CO3（%）無水硫酸鈉Na2SO4（%）鋁酸鈉NaAlO2（%）CS7525CAS602515圖1 混凝土膨脹率發(fā)展曲線圖3.3 試驗步驟1）將試模擦凈，在四周縫隙處涂抹少許黃油，緊密裝配，內(nèi)壁均勻刷一薄層機油。壓蒸鍋內(nèi)加水至離蒸屜約20mm高度，將水燒沸并檢查壓蒸鍋是否漏氣。2）稱取促凝劑，根據(jù)不同類型的混凝土在試驗中具體確定用量。3）每成型一組標準養(yǎng)護28d混凝土試件的同時，留取代

12、表性的混凝土試樣不宜少于3kg。將濕布擦過的篩子與料盤組裝后置于混凝土振動臺上，將留取的混凝土試樣一次性均勻攤放在篩子中，開動振動臺，手持小鏟翻拌篩內(nèi)的混凝土拌和物，篩至粗集料表面不沾砂漿并基本不見砂漿落入料盤時停止振動。4）混凝土篩分完畢后，立即將料盤中的砂漿試樣拌勻，稱取600g砂漿試樣置于濕布擦過的水泥凈漿攪拌鍋中，均勻撒入事先稱好的促凝劑，開動攪拌機，快速攪拌30s。5）立即用小刀將砂漿刮出攪拌鍋，一次加入置于混凝土振動臺上的專用試模中，開動振動臺，振動2050s。然后用小刀將高出試模的砂漿刮去，抹平，蓋上刷過機油的鋼蓋板。從加促凝劑至試件放入壓蒸鍋，宜在3min內(nèi)完成。6）將成型好帶

13、模試件（上蓋鋼板）立即放入水已燒沸的壓蒸鍋內(nèi)，立即加蓋、壓閥，壓蒸時間從加蓋、壓閥后起計，宜為1h。記錄壓蒸過程中的時間（加蓋、壓閥后蒸汽達到90±10kPa并開始釋放蒸汽時），各次試驗應保持在15±1min。7）壓蒸到規(guī)定時間，切斷加熱源，去閥放汽。在確認鍋內(nèi)無汽壓后，開蓋取出試模，立即拆模，并進行抗壓強度試驗，抗壓試驗按水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）（GB/T17671）規(guī)定的方法進行。從切斷加熱源到抗壓強度試驗，控制在3min之內(nèi)。3.4 流動性混凝土的試驗研究流動性混凝土是預拌生產(chǎn)企業(yè)的常用泵送混凝土。在本次試驗中，采用相同的原材料，不同的用量（配合比略），混凝土

14、設計強度等級為C20C50，實測坍落度在170200mm之間。通過試驗比對，CSA促凝劑用量為濕篩砂漿質(zhì)量的1%（即6g）比較合適，在成型過程中沒有發(fā)現(xiàn)砂漿干硬無法成型的情況。本次試驗自2005年4月11日至2005年4月19日，分五次重復成型，共成型45對組試塊，對這45對組數(shù)據(jù)（1h壓蒸強度與28d強度）進行分析，結(jié)果見表6。對表6的試驗結(jié)果分別采用線性方程、指數(shù)方程和冪函數(shù)方程三種模式進行回歸分析并繪制成圖2、圖3、圖4的散點圖。表6 流動性混凝土數(shù)據(jù)匯總表序號序號序號序號序號19.618.01010.523.51917.838.92821.049.63720.248.3210.120.

15、71113.729.62016.533.32919.950.73823.858.0310.726.2129.525.02116.137.33021.943.63924.663.0412.523.01315.535.02214.938.43121.548.94023.557.658.021.31418.333.62320.947.73219.046.74124.857.3611.722.81516.331.42418.543.33323.453.74219.153.978.223.41616.333.32519.541.83423.954.24324.363.4812.028.01712.834

16、.82617.539.83522.748.54422.458.6913.929.81818.940.02716.841.93622.952.84522.751.3注：1h促凝壓蒸強度（MPa）；28d標養(yǎng)強度（MPa）。圖2 線性方程散點圖圖3 指數(shù)方程散點圖圖4 冪函數(shù)方程散點圖3.5 塑性混凝土的試驗研究塑性混凝土是非泵送混凝土，主要是施工現(xiàn)場拌制的混凝土，本次試驗進行了這類混凝土的試驗研究。試驗中采用相同的原材料、不同的用量（配合比略），0，間隔0.05，強度等級為C20C50，坍落度控制在60mm110mm。試驗的第一階段從2005年7月12日到2005年7月24日，這一階段主要是尋找

17、合適的促凝劑用量。試驗結(jié)果表明：如在600g的濕篩砂漿中摻6g CSA促凝劑，則有二十多組試件因干硬而無法成型，后改為摻4g CSA促凝劑，但在C40、C45、C50混凝土的濕篩砂漿成型中，發(fā)現(xiàn)砂漿凝結(jié)太快，來不及成型。經(jīng)過多次試驗，最后選取4g CS促凝劑，才能滿足成型的要求。試驗的第二階段從2005年7月25日到2005年8月8日，是在選定的4g CS促凝劑的基礎上進行的。摻入4g CS促凝劑，成型過程沒有出現(xiàn)砂漿干硬無法成型的情況。試驗分五次重復成型，共成型45對組試塊（其中一對組試驗中出現(xiàn)異常，未取用），取得44對組數(shù)據(jù)（見表7）。對表7的試驗結(jié)果分別采用線性方程、指數(shù)方程和冪函數(shù)方程

18、三種模式進行回歸分析并繪制成圖5、圖6、圖7的散點圖。表7 塑性混凝土數(shù)據(jù)匯總表序號序號序號序號序號19.519.71015.544.01923.153.52814.340.13725.867.4214.533.21121.350.2208.718.32916.448.33825.266.2322.348.4129.819.32112.133.63012.529.03924.861.3411.121.01313.537.82219.850.43115.843.94023.959.3514.531.81415.544.42322.453.63218.553.64124.258.6618.342.

19、51521.356.22410.527.93313.229.04222.359.3724.049.9168.817.82514.543.03416.644.44326.369.289.817.91714.340.32620.852.63520.653.44423.662.3913.533.51817.845.92710.526.93626.665.4注：1h促凝壓蒸強度（MPa）；28d標養(yǎng)強度（MPa）。圖5 線性方程散點圖圖6 指數(shù)方程散點圖圖7 冪函數(shù)方程散點圖3.6 高強泵送混凝土的試驗研究高強泵送混凝土在建設工程中已日益廣泛應用，因此進行了這部分混凝土的試驗研究。采用相同的原材料、不

20、同的用量（配合比略），混凝土設計強度等級C60C80，水膠比0.4，設計坍落度為200mm230mm。當促凝劑用量選用6g CSA及4g CSA時，均不能滿足成型要求，改用2g CSA時，基本能滿足成型要求，故確定2g CSA作為本次試驗的促凝劑用量，但要求操作一定要熟練。試驗自2005年9月24日開始到2005年10月16日，每次成型C60、C65、C70、C80四個等級，分八次成型32對組試塊，取得32對組數(shù)據(jù)（見表8）。對表8的試驗結(jié)果分別采用線性方程、指數(shù)方程和冪函數(shù)方程三種模式進行回歸分析并繪制成圖8、圖9、圖10的散點圖。表8 高強泵送混凝土數(shù)據(jù)匯總表序號序號序號序號序號115.7

21、68.1825.390.41520.579.02215.572.02914.771.5216.672.9915.063.31623.989.62318.674.53015.677.3317.179.01015.173.11715.169.12425.890.53120.286.5428.987.51116.576.71815.272.32514.665.03230.293.2515.465.81226.586.91916.576.42617.970.7617.169.31314.163.22027.186.92717.576.0720.679.41415.273.82114.264.12826

22、.888.7注：1h促凝壓蒸強度（MPa）；28d標養(yǎng)強度（MPa）。圖8 線性方程散點圖圖9 指數(shù)方程散點圖圖10 冪函數(shù)方程散點圖4 試驗結(jié)果的分析、評價4.1 促凝劑的用量流動性混凝土中摻1%CSA促凝劑時，在試件成型過程中沒有出現(xiàn)砂漿干硬、凝結(jié)過快的現(xiàn)象，滿足成型要求。這是因為流動性混凝土坍落度大，凝結(jié)時間比較慢，促凝劑用量可適當大些，參照JTJ05394標準，促凝劑用量取為試樣質(zhì)量的1%比較合適。對于塑性混凝土，因坍落度比較小，凝結(jié)時間較快，因此應減少促凝劑用量。試驗表明，大水膠比的塑性混凝土，促凝劑用量可以大一些；小水膠比的塑性混凝土，促凝劑用量減少到4g CS，才能滿足成型要求，

23、因此規(guī)定對于塑性混凝土，促凝劑用量宜為試樣質(zhì)量的0.6%0.8%，具體用量由試驗確定。對于水膠比小于0.4的混凝土，因膠凝材料在混凝土中相對含量增大，如采用相同的促凝劑用量，則砂漿凝結(jié)硬化速度過快無法成型。通過試驗比較，摻加2g CSA促凝劑基本能滿足成型要求，但要求操作人員必須很熟練。由于試驗研究工作時間緊，沒有在這部分混凝土的促凝劑用量上作深入研究，因此提出具體用量由試驗確定，可能存在不加促凝劑也能進行這部分混凝土的壓蒸快速試驗。4.2 回歸分析結(jié)果的評價上述三部分混凝土數(shù)據(jù)回歸結(jié)果匯總?cè)缦拢ū?、10、11）：表9 流動性混凝土（45對組數(shù)據(jù)）回歸結(jié)果匯總表線性方程指數(shù)方程冪函數(shù)方程相關系數(shù)0.94930.95250.9456剩余標準差（MPa）4.063.934.20變異系數(shù)（%）10.029.7010.37備注28d標養(yǎng)強度的平均值40.5MPa表10 塑性混凝土（44對組數(shù)據(jù)）回歸結(jié)果匯總表線性方程指數(shù)方程冪函數(shù)方程相關系數(shù)0.95760.92360.9557剩余標準差（MPa）4.335.774.43變異系數(shù)（%）9.9013.1910.12備注28d標養(yǎng)強度的平均值43.7MPa表11 高強泵送混凝土（32對組