大跨度转换梁支撑体系的施工
大跨度预应力混凝土转换梁结构施工技术研究

1 大跨度预应力混凝土转换梁结构的相关 力学 分 析
1 . 1 模板 支撑 系统 的受力情 况
通常在施加预应力之前 , 除施 工荷 载 外 , 转 换 梁 结构 还要 承
梁结构因沉 降不均匀而产 生形变 。因此 , 在计算转换梁结构的荷 载时 , 应 将 后 浇 带 范 围 内的 结构 荷 载 考 虑 在 内 。 2 . 1 . 2 选择 支撑体 系方案 目前, 在实际工程中多采用以下几种方法来设计转换梁底模板
摘 要 : 在 高大建筑的工程施工中 , 大跨度预应力混凝 土转换 梁结构施工具有非常重要 的作 用, 其施工质量直接 影响
整个建 筑工程的质量 、 安全及成本 , 要做好这类施 工意义重大。本文首先对大跨度预应 力混凝土转换梁结构施工进行 了简 单的力学分析 , 然后从三个方面对其施工技 术进行 了全面而深入的研 究。
关键词 : 大跨 度 ; 预应力施工; 混 凝 土施 工 ; 转 换 梁结 构
的收 缩 变 形 , 降低 收缩 应 力 , 改善 混 凝 土 的性 能 ; 同 时还 应 尽 量 降 低混凝土 内部的温度变化速率及 内外温差, 同时对温度差和最高 目前 , 高大的建筑越来越多, 在其工程施工中通常会设置转换 降低温度应力 , 尽量减少裂缝 的产生 。 层来承载上部结构的荷载, 可保持整体建筑 结构处于稳定的状态 , 温度进行控制,
施 工 技 术 【 文章编号— 0 1 2 8 — 0 2
建材 发 展 导 向 2 0 1 3 年 3月
大跨度预应力混凝土转换梁结构施工技术研究
柯 永 红
( 重庆市丰都县第一建筑工程公司 重庆市 丰都县 4 0 8 2 0 0 )
引 言
是建筑结构中的不可或缺的重要组成部分, 但在实际的施工 中往 2 大跨度预应力混凝土转换梁结构施工 往也是难点。在进行转换层的施工过程 中, 通常会在大跨度 的钢 2 . 1 临 时支 撑 系统 的施 工 筋混凝土梁上承托多层框架, 导致托梁必须要承受相当大的荷载, 由于转换梁需要承受其上部结构荷载 、施工荷载及其 自重, 若使用一般的钢筋混凝土转换梁设计方法 , 一般容易在跨和支座 总体压力较大 。因此, 这进行预应力施工之前应进行梁底模板 临 中产生裂缝 , 且会引起较多配筋, 实际施工较为困难 。 因此, 为了提 时 支 撑 系 统 的 施 工 ,合 理 的 临 时 支 撑 系 统 对 转 换 梁 结 构 意 义 重 高梁 的抗裂性 能及受力性能 , 在此类工程施工 中应使用预应力混 大 。 临 时支 撑 体 系 的 设计 一 般 包括 以下 几 步 : 凝土转换梁 。大跨度预应力混凝土转换梁的施工质量将会直接影 2 . 1 . 1 确 定 结 构荷 载 响工程的整体质量 、 成本投 资、 结构的稳定性及安全性。 在施 工 中 , 首 先 应 在 转 换 结 构部 位 布 置后 浇 带 , 以避 免 转 换
浅析大跨度混凝土转换梁结构施工技术

浅析大跨度混凝土转换梁结构施工技术摘要:笔者结合工程实例,分析了大跨度混凝土转换梁施工方案选择,阐述了转换梁模板支撑设计、安装,钢筋绑扎、模板安装顺序及混凝土浇筑要点。
关键词:转换梁施工;方案选择;模板支撑;混凝土建筑从以往工程的实践经验来看,转换层施工质量的好坏直接关系到整个工程结构的质量品质和成本造价,因此应对大跨度混凝土转换梁的施工过程进行严格控制。
预应力混凝土转换梁结构施工的关键在于施工方案的确定,它直接影响到施工阶段的结构安全、工程质量和施工成本。
本文从转换梁模板支撑设计、安装,钢筋绑扎、模板安装顺序及混凝土浇筑要点几个方面详细分析大跨度混凝土转换梁结构的施工技术。
1工程概况某项目地下2层,地上1~8层为连体裙楼,8层为转换层,8层以上为4栋塔楼,其中3栋住宅楼,1栋办公楼,层数分别为18、18、18、22层,建筑高度约为62 m,总建筑面积24.67万m2,转换层面积约2 780 m2。
转换梁包括:型钢劲性梁和钢筋混凝土梁,其中型钢劲性梁的最大尺寸为2 000×2 600,钢筋混凝土梁的最大尺寸为3 600×2 000。
转换层的施工成为本项目施工的难点。
2大跨度混凝土转换梁施工方案选择对于转换梁的支撑体系,初步拟定了3个备选方案:方案一:从地下室顶板结构+0.000开始搭设满堂式脚手架,一直搭设到结构7层顶板。
方案二:改变梁混凝土一次浇筑成型方式,转换层梁分两次浇筑,第一次浇筑高度为梁中心高度附近,待混凝土强度达到设计要求的75%后进行上半部梁浇筑,减少单次浇筑支撑荷载,支撑体系采用碗扣式支撑钢管架。
方案三:借用转换层型钢梁、柱结构自承载能力,采用钢骨上挂多道粗直径钢筋吊起梁底钢楞支撑底模(型钢梁情况),或在下层钢柱特定标高制作钢筋牛腿抬起钢楞支撑底模,或通过翼缘加焊耳板采用高强螺栓连接副连接钢支撑。
从安全为第一出发点,综合考虑了质量、经济、施工工艺及速度等各个方面的因素,以及夹层板的施工需要后,研究决定综合采用上述第2、3套方案进行施工,即梁底支撑采用钢楞。
大跨预应力混凝土转换梁结构施工技术研究

嚣
至
一
安全性。据此 本文 从宏观的角度对大跨预应力混 凝土梁转换结 构施 工
转 换梁施 工时 , 考 筑方法 和模板 支撑形式 进行施 工 . 一次支 模 即 次浇 筑混凝 土成形 .使用 目前应用 较为普 遍
的钢管脚手 架支撑体 系米对 件 板进行支 撑 模
① 常规支撑法
换 粱结构 对支撑 形式承 载力的要 求。图 3为 日 本 j 大厦 转换 大梁 的埋设 钢桁槊 支撑 施工 M B 方法示 意 ,该 方案可节 省模板 支撑材 料,适 用于转换 梁跨度 大且转 换层下部 空间和 层高均 较 大的情 况-当 采用这 种施工技 术时 ,转换粱
在
前 大跨预应力混凝土转换 梁结构施 工技 术研究
日 设
R ear onsr t echn ogy on S ch on C tuc i T on ol ofL g~ pan Pr tesed oncr e esr s C et Tan f eam tuct r r ser B Sr ue
一
3 根据混 凝土的配台 比和预计的 施工气 21 候及 现场条 件.可 采用太体 积混凝 土结构 三维 有 限元温度 分析程 序,对转 换梁整 个施工 过程 中 的温度状 况进行 分析和 计算 . 握混凝 土在 掌 施工 中和浇 筑后~ 个月 内各部位 温度的变 化规
律
3 .相应地在施工方法上可采取下列措施以 2 2 0 控 制浞凝土的 出机温度和 浇筑温度 。 规 范规定 混凝土浇 姨温度不 宜超过 2 ℃,降低 混 8 凝土的 浇筑温 度 . 也就 是相应 地降低 了混凝土 内部的 最高温 度 , 减少 了结构的 内外温差 . 井 同时延 长了混 凝土的 初凝时 间。在常 温中进行 混凝土 浇筑施 工时可 在搅拌 用水 中加冰块 . 使 搅拌水 温控制 在 4 8 之间.以起 到降低混 " ℃ C- 凝土浇筑 温度的作用 。 ② 采 用 分层次 浇筑 施工 的方 法 .按每层 30 ,O 。 ~O mm 厚进行 连续 浇筑 ,并在前 一层涅  ̄ 凝土初凝之前 ,将后一层混 凝土浇筑完毕 ③ 采用叠台 梁原理将 转换梁接叠 台构件进
大跨度刚构连续梁临时支座及体系转换施工技术

Engineering Technology and Application | 工程技术与应用 |·43·2020年第4期大跨度刚构连续梁临时支座及体系转换施工技术刘俊斌(中铁二十局集团第一工程有限公司,陕西 西安 215151)摘 要:南龙铁路闽江特大桥主桥为(118+216+138+83)m 大跨度双线铁路刚构连续梁,为非对称大跨度刚构连续梁施工,19#次主墩为连续墩墩高53m,连续梁与墩身采用球型支座连接。
刚构连续梁采用挂篮悬臂施工,连续墩的临时支座及体系转换结构设计及施工是刚构连续梁施工的重要环节,特别是不对称刚构连续梁悬臂施工中,临时支座设计及施工尤为关键。
该工程临时支座采用混凝土与硫磺砂浆结构形式,设置精轧螺纹锚固钢筋作为抵抗悬灌不平衡力锚固措施,采用电热管熔化硫磺砂浆,满足体系转换平衡对称落梁要求。
文中重点介绍临时支座优化设计及验算、施工质量控制关键点等技术,为类似工程施工提供参考。
关键词:大跨度;刚构连续梁;临时支座;体系转换;设计;施工技术中图分类号:U445.4 文献标志码:A 文章编号:2096-2789(2020)04-0043-03作者简介:刘俊斌(1970—),男,本科,高级工程师,研究方向:桥梁工程施工技术。
1 工程概况南龙铁路闽江特大桥位于福建省南平市境内,桥梁全长1066.41m ,桥梁跨越峰福铁路、闽江及朱熹路。
此桥16#~20#墩为主桥范围,主桥长度555m ,为孔跨(118+216+138+83)m 不对称双线刚构连续梁,主跨216m ,为目前铁路同类型刚构连续梁世界最大跨度。
17#、18#墩水中主墩高59.5m ,为固结刚构墩;19#墩为次主墩,连续墩,墩高53m ,为圆端型空心墩;16#边墩高61m ;20#桥台位于九峰山1#隧道进口。
箱梁为变截面预应力连续箱形梁,单箱单室直腹板,箱梁底缘按圆弧曲线进行过渡。
19#墩0#段长13m ,箱梁中支点处梁高9.5m ,合拢段高7.5m ,顶宽12.0m ,底宽9.2m ,顶板厚62cm ,腹板由55~150cm 变化,底板由52~180cm 变化。
大跨度预应力混凝土转换梁结构施工技术

1 临时支撑施工
转换梁的 自重 、 施工荷载 以及所 承受 的上部结 构荷载较大, 因此 , 确定其梁底模板的临时支撑方式 是转换梁施工的关键 。目前 , 际工程 中转换梁底 实 模板的临时支撑体系施工多采用 以下 5 种方法 。 1 1 常规支 撑 法 .
的厚度 , 提高楼板 的承载力 ; 也可考虑充分利用转换 层支承柱的传力作用。 14 设 立钢 结构 支撑 法 .
能相应地在侧 向产生变形 。若转换梁 的变形 过大, 超过规范允许 的范 围( 一般为梁体跨度 的 5 ) 则 % ,
不光对梁体的观感产生不利影 响 , 甚至会削弱整体
结构和构件的使用安全性 。因此 , 在施工 阶段甚至 使用阶段 内对转换大梁实施精确 的变形监测是监测
工作 当中 的重 点 。
架作为转换梁 的“ 骨架” 具 有较大的强度、 , 刚度和 稳定性 , 可以满足转换梁结构对支撑形式承载力 的 要求。
叠合浇筑法即应用叠合梁原理将转换梁分 2次 或 3次浇筑叠合成型。该方法利用第 1 次浇筑混凝 土形 成的梁支承第 2 次浇筑混凝土的 自 重及施工荷 载, 首次浇筑混凝土 的高度 多为梁高 的 14 / 。再利 用第 2次浇筑混凝土与第 1 次浇筑混凝土形成 的叠 合梁支承第 3 次浇筑混凝土的 自重及施工荷载。采 用该技术时, 转换梁的钢管支撑系统 ( 脚手架) 只需
3 3 预应力钢筋应力值监测 .
裂缝产生 的隐患 , 并掌握其温度变化规律 , 及时采取 采取防止混凝土温度应力和收缩应力过大和提高混 凝土抗拉强度的措施 。 6 由于转换结构承托 的竖向荷载较大 , ) 预应力 钢筋的用量较多 , 需采取措施 防止张拉阶段预拉 区 开裂或反拱过大 , 可采用择期张拉技术或分 阶段张 拉技术 , 即待转换结构上部施工数层 之后再张拉预 应力或分期分批张拉预应力钢筋以平衡各阶段荷载
略谈大跨度预应力混凝土转换梁

略谈大跨度预应力混凝土转换梁引言商业-住宅、商业-公寓、公寓-住宅等商住混合综合建筑在近几年的建筑领域内十分普遍。
在这样的建筑设计与规划条件下,需要根据不同的建筑功能特点设计其室内空间。
而由于不同功能区域建筑的建设要求与标准不同,往往需要通过转化层来完成其结构的转变。
而在转换层具体框架结构构建过程中利用混凝土转换梁结构进行施工是一种常见的施工工艺。
现阶段针对转换梁施工的施工研究更多的停留在设计层面,而普遍的施工实践认为其在具体的施工过程中与传统的浇筑或者预应力混凝土施工类似。
此种研究现状与认知,限制了相关施工技术的研究与应用水平。
然而在实际的施工过程中,我们发现,转换梁结构无论是在施工要求还是在检测层级上的要求都显著高于普通的混凝土工程。
尤其是在大跨度背景下的预应力混凝土转换梁结构更是如此。
为了转变此种不科学认知,填补相关的研究空白,本文展开了系统的研究。
一方面针对其具体施工过程进行总结,为找到与传统混凝土工程施工中的不同奠定基础;另一方面则对后续的可能技术进展与研究方向进行探讨,希望能够为后续的具体工艺优化提供实践指导。
1、预应力混凝土转换梁结构特点及其施工技术为了对预应力混凝土转换梁施工技术进行具体的研究,本文在系统探究大跨度预应力混凝土转换梁结构特点与工程要求的基础上,对其具体的施工要点进行分析,具体内容如下:1.1大跨度预应力混凝土转换梁结构特点大跨度预应力混凝土转换梁由于其体积大、跨度大、应力荷载设计高等特点使得其在具体的施工过程中难度较高。
在高难度与高标准的协同下,使得预应力混凝土转换梁是建筑后续整体质量以及关键安全指标合规性的根本,为此在探究预应力混凝土转换梁的过程中,我们有必要对其结构以及应力特点进行分析,为后续施工要点的把握提供更为合规的方向性指引。
第一,施工中的模板支撑受力情况。
在具体的施工过程中需要根据施工实际为相关的转换梁安装提供必要的支护模板,该模板体系的引入能够保障转换梁在一定范围内进行应力形变,不会由于施工过程中而带来的受力不均,进而导致的局部应力过大造成的应力性损伤。
某高层大跨度钢骨混凝土转换梁模板支撑系统施工技术浅析
10 mm×2 0 mm。转换层结 构受力承上启下 , 大厦上部 20 40 是 结构 的支撑平台 , 其施工质 量对 整个 工程起着关键作用 。因 该 转 换 层梁 采 用 钢骨 混 凝 土梁 ,其 截 面 尺 寸分 别 为 8 0 0
mm x10 ll 内设 Q 4 B钢板焊接 成 的 : 8 0nT, i 35 字钢梁 ,外包
第 期总 1期 8 (第2 ) 7
建 村
工应 ■ 程 用
某 高层大 跨度钢骨 混凝 土 转换梁 模板 支撑 系统施 工技 术 浅析
张 旭
( 福建建工集 团总公 司 , 福建 福州 3 00 ) 5 0 3 摘 要 结合工程实践 , 介绍 了大跨度钢 骨混凝 土转换 梁特点 , 并从施 工角度提 出了相应 的模板支撑 系统。
关键词 钢 骨砼 ; 转换梁 ; 模板 支撑 系统
An lss o e lRen o c d Co ce e T a se lo e m mpa e ay i f St e- if re n r t r n f rFo rB a Te lt
S p ot ytm i aCo lxB iigPoe t u p rS se mp uln rjc n e d
要求解决下部支撑 的刚度和稳定性 , 尤其是转换梁 的支 撑和 荷载分散 问题 。本工程在设计荷载传递分配上 , 向竖 向构 传 件和下部结构顶部梁板的荷载各分担 5%。经估算 , 向下 0 传
部结构顶部梁板的荷载 , 虑转换层体 系支撑在第 2层楼板 考
( b)
图 1 钢 骨转换 粱截面 大样
ZH ANG Xu
( ua o sut negneig ru o p n . uh u30 0 ) Fj ncnt co ier o pc m ay, z o 5 0 3 i ri n ng F
大跨度预应力混凝土转换梁结构施工技术研究
层 次混凝 土的浇筑 。此办法将 可缓解大体积 混 凝 土水化热高 、内外温差过 大等对裂缝控制 的 不 利影 响 ; 同时 , 即使 在裂缝 出现 的情 况下 , 也 不 易形成贯 穿梁体截 面上下的裂缝。 裂缝会影 响结构 的整体性 、 耐久性和 防水性 。 所 第四, 构造措施有研 究结果表 明, 在转换 梁 以从控制 裂缝的角度而言 ,应着重 采取措施 避 施工 中 ,为使构造钢筋能与混凝 土较好地协 同 工作 共同抵抗温度应力 和收缩应力 ,起到 温度 免转换梁混凝土截 面贯穿 眭裂缝 的产 生。
含水率 , 并通过计算 机合理调整配 料的水灰 比 , 进一步减少用水量 。
( ) 凝土温度变化 的影 响在 混凝土温 升 三 混 值较 高的情 况下 ,由于转换梁混凝 土 内部 和表 面散 热条件不同 , 因而形成温度梯 度 , 使混凝 土 内产生压应力 , 表面产生拉应 力。 当拉应力超 过 混凝 土抗 拉强度时 , 混凝土表面 就产生裂缝 , 属 表层 裂缝 。表面裂缝的产生易 引起 梁体 内钢 筋 的锈蚀 , 对转换 梁的耐久性会产生 影响 ; 而贯 穿
取下列措施 以防止混凝土温升 值过大和提高混 凝土抗拉 强度 :控制混凝土 的出机 温度和浇筑 温度 。 规范规定混凝土浇筑温度不宜超过 2℃ , 8 降低混凝 土的浇筑温度 ,也就是相 应地降低 了
混凝 土内部的最高温度 , 并减少 了结 构的 内外 温差 , 同时延长 了混凝土的初凝时 间。 在常温 中 进行 混凝 土 浇筑 施工 时 可在 搅拌 用 水 中加 冰 块, 使搅拌水温控制在 4 一 。之 间, ℃ 8c 以起 到降 低混凝土浇筑温度 的作用 。 其次 , 采用分层次浇筑 施工的方法 , 按每层 厚 30 50 m 进行连续 浇筑 ,并在 前一层 混 0 — 0m 凝土初凝之前 , 将后一层混凝土浇筑完毕 。 第三 ,采用叠合梁 原理 将转换梁按叠合 构 件进 行施 工 ,即通过沿梁高度方 向设 置水平施 工缝 将梁分割成几个厚度较 大的层次 ,在上 一 层次 混凝土浇筑完成达 到一 定强度且其 中温 度 分 布及 变化 己趋于均衡 的情 况下 ,再进行下 一
大跨度不平衡重连续梁转体施工技术要点
大跨度不平衡重连续梁转体施工技术要点壬蒔曇邢宏夂趙牝神(中国水利水电第四工程局有限公司轨道交通工程公司湖北武汉430000)内容提要随着国家对基础建设的投入,交通道路网得到了迅速发展,在新建的公路、铁路中不可避免的会跨越既有公路、铁路等建筑物或河道,采用转体法施工能极大限度的减小了对既有线路的行车和航道的影响。
转体施工工法的关键技术问题是转动设备与转动能力,施工过程中的结构稳定和强度保证,结构体系的转换。
总的来看,桥梁转体技术的原理相同、转体技术也日渐成熟。
然而,对于不同的桥梁,必须根•据其结构形式、施工过程和场地及环境条件等特点制定出合理可行的转体方案,以便确保结构的稳定和强度要求,不至于由于转体而影响到结构的正常受力或导致不可控制的局面。
文章主要阐述了大跨度不平衡重连续梁转体的施工工艺。
1概述新建徐盐铁路双沟特大桥上跨G104国道采用(72+132+72)m连续梁跨越,设计运行速度250km/h,正线间距4.6m。
线路于DK39+770.85处跨越G104国道,与国道右前交角150。
双沟特大桥(72+132+72) m预应力混凝土连续梁位于圆曲线上,曲线半径R=6000m;全联梁位于_12%。
下坡。
施工方法为转体法,在G104国道两侧平行于国道方向采用常规挂篮法悬灌工艺施工2x65m梁体,再采用平转法,顺时针转体30。
00,00〃至设计线路方向进行合龙。
转盘结构采用环道与中心支承相结合的球较转动体系,转动体系设与连续梁主墩上、下承台之间,单个转体重量约为99513.9kN o2总体施工方法G104国道车辆通行频繁,为不影响G104国道的行车,43#、44#T构分两次进行转体,先封闭一侧车道,将车辆分流至对向的车道然后进行转体。
主梁施工完成后,拆除支架、清理上下转盘之间的临时支撑,由于该桥平面位于R=6000m曲线上,最大悬臂工况恒载存在横向偏心,临时支撑拆除时同步进行应力监测,确保转体结构的安全;用全站仪放出桥梁的中线和用水准仪测量梁的标高,先做称重试验,进行实际不平衡力矩测试,根据称重结果计算每个T构实际的重心偏心方向、偏心距,是否满足规范要求,需不需要进行配重及配重位置和荷载;根据实验结果计算转体结构的牵引力,配置满足转动能力的牵引设备,进行试转采集实际数据,后进行正式转体。
结合实例论建筑转换梁施工技术要点
结合实例论建筑转换梁施工技术要点(柳州市建筑工程集团有限责任公司广西)摘要:本文笔者详细介绍了综合性高层建筑转换梁施工,给予利用新型支模体系、新施工工艺和合理按排施工程序等措施,可以顺利完成转换层结构施工,也可为类似转换梁结构施工技术要点。
关键词:转换层;门式支模架;钢筋制作、换梁技术一、工程概况该工程高29层,建筑面积为34052m2,结构形式塔楼为框支剪力墙结构、裙楼为框架结构,混凝土强度等级c30—c50。
结构转换层设置在裙楼屋面和五层结构层,跨越了两个结构楼层。
转换梁分别为400×3000、500×3000、600×3050、800×3050四种形式,梁内上下预埋150×760、150×540i字型钢骨架,混凝土强度c50,钢骨架用q345钢材,梁内拉结钢筋不能穿过钢骨架上时,将钢筋t 字型焊于钢骨上。
二、工程特点及难点1.因为转换梁尺寸大、自重大(线荷载达到6.56t/m)、结构复杂(转换梁内置钢梁,且中间有1200×1200设备通道),在施工过程中其支撑体系复杂、施工难度大,如果按照常规的混凝土浇筑方法,支撑体系通常要从转换层一直支到地下室的底板。
因此,支持材料的占用量非常大,这会导致材料周转费用过大,增加施工成本。
2.在转换层施工过程中,其庞大的自重以及复杂性,都要由转换层下部的结构承担,对下部结构产生较大的不利影响,如何减少转换层施工过程中,对下部结构的不利影响是一个重要的问题。
3.转换层结构在施工中具备一定的大体积砼施工的特性(梁厚达0.8米),并且混凝土强度等级c50,因此在施工过程中应采取措施以防止生成温度裂缝。
转换梁内钢筋量大、层数多、间距小,给混凝土震捣带来相当大的难度,必须采取合理的混凝土施工工艺才能保证转换梁的砼震捣质量。
三、支模糸统的选择根据该地区综合性高层建筑转换梁施工方法,结合本工程结构特点,分别对普通扣件式钢管脚手架支模体系,钢结构桁架式支模体系,门式钢管支模架体系三种转换梁的支模系统进行可行性分析和方案优选。
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高性能减水剂的作用机理探讨
孙德锋
(江苏省建筑工程公司中心试验室,南京210036)
提要:本文主要对几种高性能减水剂的性能、作用机理进行简要的综述。
关键词:高性能减水剂性能作用机理
近年来,随着经济的飞速发展及建筑技术的不断进步,大型、超高层的建筑越来越多地耸立在人们的眼前,而这一切都需要以高耐久性、高强度、高流动性高性能混凝土的配制技术为基础。
众所周知,混凝土技术的发展离不开化学外加剂,而高效减水剂作为高性能混凝土中一种必不可少的组分,可以最大限度地控制混凝土的用水量,提高混凝土的耐久性,克服普通混凝土坍落度损失过快,缩短凝结时间等,因此其在现代混凝土技术和材料中发挥着重要的作用。
减水剂是一种在混凝土坍落度基本相同的条件下能大幅度减少拌合水用量的外加剂[1]。
其主要有三种不同的作用:一是提高混凝土工作性能;二是在一定条件下降低水灰比,提高混凝土的强度和耐久性;三是在保证混凝土浇注性能和强度的条件下减少水和水泥用量,减少干缩、水泥水化热等引起的混凝土初始缺陷的因素。
目前,新型高效减水剂正朝着以高流动性、高强度和高耐久性为主要特点的方向迅猛发展,它可以改善砼的性能,节省水泥和能源,提高施工速度和施工质量,改善工艺和劳动条件,节省投资,提高经济效益,对建筑业工业的发展具有重要的意义。
本文主要对几种高性能减水剂的性能、作用机理进行简要的综述。
1减水剂的发展历史
近代混凝土减水剂的发展已有60多年的历史[2]。
20世纪30年代初[3],美国、英国、日本等已经在公路、隧道、地下工程中使用木质素磺酸盐类减水剂。
到60年代,混凝土减水剂得到了较快发展。
1962年,日本的服部健一等将萘磺酸甲醛高缩合物用作减水剂[4]。
与此同时,前德意志联邦共和国研制成功了三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物减水剂。
另外,同时出现的还有多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物减水剂[5]。
目前国外对萘系、三聚氰胺系等高效减水剂的研究和应用已日趋完善,并开始转向对聚羧酸盐系高性能减水剂的开发与研究。
90年代,日本在该领域投入了大量的人力与资源,并获得了成功,开发出了一系列性能较为优异的聚羧酸盐系减水剂。
1995年以后,聚羧酸盐系减水剂在日本的使用量超过了萘系减水剂[6]。
聚羧酸盐系高效减水剂是直接用有机化工原料通过接酯共聚反应合成的高分子表面活性剂,它不仅能吸附在水泥颗粒表面上,使水泥颗粒表面带电而互相排斥,而且还因具有支链的位阻作用,从而对水泥分散的作用更强、更持久。
因此,聚羧酸盐系减水剂被认为是目前最高效的新一代减水剂。
我国从50年代初开始使用混凝土减水剂,主要类型是纸浆废液(木质素磺酸钙)塑化剂。
到70年代[7],中国开始研制萘系和三聚氰胺系高效减水剂。
在80年代,典型的三类高效减水剂,即萘系、多环芳烃和三聚氰胺减水剂都相继研制成功并投入使用。
现在国内越来越多的大学和科研机构已开始把目光转向了新型的聚羧酸盐系高效减水剂。
2高效减水剂的种类和特点
高效减水剂的分类方式很多[4],如按功能分可以分为引气型、早强型、缓凝型、保塑型减水剂等;按生产原料不同分则可分为萘系减水剂、蒽系减水剂、甲基萘系减水剂、古马隆系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、磺化煤焦油减水剂、脂肪族系减水剂、丙烯酸接枝共聚物减水剂等。
该方法也可分为芳烃系减水剂(主要包括三环(蒽)、双环(萘)、单环(氨基磺酸甲醛缩合物)系减水剂)和非芳烃系减水剂。
3高效减水剂对混凝土性能的作用[1]
减水剂的功能是在不减少水泥用水量的情况下,改善新拌混凝土的工作度,提高混凝土的流动性;在保持一定工作度下,减少水泥用水量,提高混凝土的强度;在保持一定强度情况下,减少单位体积混凝土的水泥用量,节约水泥;改善混凝土拌合物的可泵性以及混凝土的其它物理力学性能。
当混凝土中掺入高效减水剂后,可以显著降
低水灰比,并且保持混凝土较好的流动性。
通常
而言,高效减水剂的减水率可达20%(质量分数,
下同)左右,而普通减水剂的减水率为10%左右。
目前,一般认为减水剂能够产生减水作用主要是
由于减水剂的吸附和分散作用所致。
研究混凝土
中水泥硬化过程可以发现,水泥在加水搅拌的过
程中,由于水泥矿物中含有带不同电荷的组分,
而正负电荷的相互吸引将导致混凝土产生絮凝结
构(如图1所示)。
絮凝结构也可能是由于水泥颗
粒在溶液中的热运动致使其在某些边棱角处互相
碰撞、相互吸引而形成。
由于在絮凝结构中包裹
着很多拌合水,因而无法提供较多的水用于水泥
水化,所以降低了新拌混凝土的和易性。
因此,
在施工中为了使水泥能够较好地水化,就必须在
拌合时相应地增加用水量,但用水量的增加将导致水泥石结构中形成过多的孔隙,致使其物理力学性能下降。
加入混凝土减水剂就是将这些多余的水分释放出来,使之用于水泥水化,因而可在不降低混凝土物理力学性能的条件下,减少拌合水用量。
混凝土中掺入减水剂后,可在保持水灰比不变的情况下增加流动性。
一般的减水剂在保持水泥用量不变的情况下,使新拌混凝土坍落度增大10cm以上,高效减水剂可配制出坍落度达到25cm的混凝土。
减水剂除了有吸附分散作用外,还有湿润和润滑作用。
水泥加水拌合后,水泥颗粒表面被水所湿润,而这种湿润状况对新拌混凝土的性能影响甚大。
湿润作用不但能使水泥颗粒有效地分散,亦会增加水泥颗粒的水化面积,影响水泥的水化速率。
减水剂中的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面上,它们很容易和水分子以氢键形式缔合。
这种氢键缔合作用的作用力远远大于水分子与水泥颗粒间的分子引力。
当水泥颗粒吸附足够的减水剂分子后,借助于磺酸基团负离子与水分子中氢键的缔合,再加上水分子间也缔合氢键,水泥颗粒表面便形成一层稳定的溶剂化水膜,而这层膜起到了立体保护作用,阻止了水泥颗粒间的直接接触,并在颗粒间起润滑作用。
减水剂的加入,伴随着引入一定量的微气泡(即使是非引气型的减水剂,也会引入少量气泡)。
这些微细气泡被因减水剂定向吸附而形成的分子膜所包围,并带有与水泥质点吸附膜相同符号的电荷,因而气泡与水泥颗粒间产生电性斥力,从而增加了水泥颗粒间的滑动能力。
由于减水剂的吸附分散作用、湿润作用和润滑作用,因而只要使用少量的水就能容易地将混凝土拌合均匀,从而改善了新拌混凝土
的和易性。
图2为
减水剂的减水作
用示意图。
4减水剂的化
学组成及性
能
根据我们对
芳烃系减水剂的
分类标准,把各类
减水剂的化学组
成列于表1中,并
总结其主要作用
特征。
由表1可见,
萘系和蒽系高效减水剂,具有平面刚型结构,属于离子型表面活性剂,主要作用特征是磺酸基阴离子静电斥力,符合上述的静电斥力理论;而氨基磺酸系减水剂支链多具有立体结构,分支多,疏水分子链多,空间位阻起主要作用。
5今后研究方向
芳烃系减水剂,生产工艺相对简单,污染小,有利于环保,但各类各有各的优缺点。
如何使之成为符合社会发展的高性能减水剂,通常有如下两种途径。
一是几种减水剂复配;二是对分子结构进行改性。
由此可见,只要我们对同一系列减水剂,通过反应使之具有不同的官能团,从中发现其规律性的联系,继而将两个不同系列的高分子减水剂接枝到一体,克服他们各自的缺点并兼具两者的优点,就可以设计出新型多功能高效减水剂。
6结束语
本文主要对减水剂的发展历史,性能结构及机理进行了简单的综述。
由于目前对混凝土的需求和性能要求会越来越高。
高性能减水剂作为混凝土的第五组分对其性能要求也将会越来越高。
因此,从分子设计的角度,在高性能减水剂的化学组成与结构特征的关系、作用机理等方面进行深入系统的研究,开发出具有更高减水率及更高缓凝保坍性能的减水剂,以满足配制高性能混凝土的需求,无疑对我国的经济和社会发展具有重要的意义。
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