研制高強高性能混凝土推動混凝土技術發展 三興檢測中心試驗室QC小組 1 一 概況 采用水泥 砂 石 高效減水劑等外加劑和粉煤灰 超細礦渣 硅粉等礦物摻和料 以常規工藝配制的C50 C80級混凝土 稱為高強高性能混凝土 高強高性能混凝土包含兩個方面 新拌混凝土要求高工作性 硬化混凝土要求高強度的同時還要求具有高耐久性 另外 高強高性能混凝土的含義還應包括節約資源 不破壞環境 符合可持續發展的原則 1 定義 2 2 影響因素 影響混凝土高強高性能的最主要因素有兩個方面 一是混凝土中硬化水泥漿體的孔隙率 孔分布和孔特征 二是混凝土硬化水泥漿體與集料的界面 要想提高混凝土的強度和耐久性 必須降低混凝土中水泥石的孔隙率 改善孔分布 為改善混凝土中硬化水泥漿體與集料界面的結合情況 應設法減少在集料 漿體界面上主要由Ca OH 2晶體定向排列組成的過渡帶的厚度 從而增強界面物理連接或化學連接的強度 3 3 小組概況 4 二 選題理由 理由 混凝土技術的發展促進了現代經濟和工業及科技的進步 沒有混凝土的發展就沒有經濟和科技的發展 也沒有人類文明的進步 理由 高強高性能混凝土在工程中的應用 很大程度上減少了混凝土結構和尺寸 從而降低混凝土結構的自重乃至整個建筑物的自重 使高層建筑 大跨度建筑構件的建造可以提高到一個新的水平 理由 高強高性能的含義包括了節約資源 不破壞環境 符合可持續發展的原則 隨著我國經濟的發展和建筑科技的進步 高強高性能混凝土在建筑工程中應用的比例將會逐年加大 試驗檢測機構應更加重視高強高性能混凝土的研究和應用 使高強高性能混凝土的技術獲得更快的發展 5 三 目標 1 確定目標值 目標 確保研制的高強高性能混凝土在工程上應用率達100 6 2 目標分析 國投新集口孜東礦項目部在年初詢問我們試驗室是否能配制C50 C80五個強度等級的高強混凝土 當時 試驗室一方面面臨著搬遷 環境和設備條件都有限 二方面從未接觸過C50以上混凝土配合比的設計及試配 所有技術人員及試驗員的確有點兒膽怯 但是對新技術的開發及研制是試驗室的技術突破以及近二十萬的試驗費用激勵著我們 試驗室立即成立攻關型QC小組 開始高強高性能混凝土的研制工作 研制后的配合比可以全部用以國投新集口孜東礦工程 所以 我們制定了確保研制的高強高性能混凝土在工程上使用率達100 的目標值 7 四 現狀調查 隨著我國經濟的發展和建筑科技的進步 高強高性能混凝土在建筑工程中應用的比例將會逐年加大 我們QC小組針對研制高強高性能混凝土的主要技術途徑和措施展開了調查和討論 根據調查和討論結果 我們用頭腦風暴法歸納如下 8 研制高強高性能混凝土的主要技術途徑和措施 高強高性能混凝土配合比設計 水泥 摻合料 集料 外加劑 選用42 5級以上水泥 選用水化熱低的水泥 水泥用量不宜過大 選用活性超細粉 選用硅灰SiO2 85 選用磨細礦渣 選用磨細粉煤灰 砂細度模數2 6 3 7 砂含泥量不 1 0 石針片狀含量不 1 0 石針片狀含量不 1 0 選用高效減水劑 與所用水泥適應性好 減水率 20 25 坍落度經時損失小 影響混凝土高強高性能的主要因素 9 研制高強高性能混凝土的主要技術途徑和措施 稱料 高強高性能混凝土的試配 攪拌 成型 水泥精確至0 1kg 集料精確至0 5kg 外加劑精確至0 5g 活性超細粉精確至0 5g 攪拌用水精確至10ml 砂水泥超細粉外加劑先干拌 加碎石干拌30秒 加一半水拌和 水全部加完 攪拌時間 180秒 測定坍落度 送入養護間標準養護 振動臺振實 至 小時后抹平 天后編號拆模 10 五 原因分析 根據現狀調查情況 我們分析了混凝土高強高性能的影響因素 繪制了因果圖 混凝土高強高性能的影響因素 人員 方法 材料 環境 儀器 技術不熟練 觀念陳舊 有畏難情緒 設計存在誤區 局限于普通砼 加料順序有誤 無資料借鑒 無國標行標 試模尺寸偏差 稱量器具未校準 水泥強度等級低 外加劑減水率小 摻合料性能差 操作室條件差 面臨搬遷 養護室溫濕度達不到 11 六 要因確認 QC小組根據現狀調查和原因分析的結果 請教了省內外混凝土專家 依據原材料的特性并根據專家及技術人員的意見 共收集整理了150條意見 整理歸納了影響因素排列圖 專家及技術人員意見頻數統計表 12 100 80 60 40 20 30 60 90 120 150 28 7 52 7 74 0 90 7 95 3 100 98 7 水泥強度等級低 外加劑減水率小 摻合料性能差 養護室溫濕度達不到 設計存在誤區 人員技術不熟練 稱量器具未校準 13 根據因果分析圖及排列圖QC小組進行了要因確認 確認了水泥強度等級低 外加劑減水率小 摻合料性能差 養護室溫濕度達不到四個影響因素為主要原因 請見下表 要因確認表 14 七 制定對策 1 對策表 對策表 15 八 實施 1 實施一 編制流程圖 準備工作 設計流程圖 審核委托 編制設計方案 原材料復試 是否可以進行試拌 組織實施混凝土試拌 找出原因 是 否 16 試拌流程圖 準備工作 確定試拌用量 是否可以入模成型 校核設計配合比 稱量原材料 調試攪拌機 攪拌 測定坍落度 入模成型 是 找出原因 否 17 試壓流程圖 準備工作 取出到齡期試件 擦拭試件 調試試驗機 核定試驗機量稱 確定速率 試壓 記錄 設計流程 確定配合比 是否達到試配強度 是 找出原因 否 18 2 實施二 使用優質材料控制水灰比 水灰比是決定混凝土強度高低的主要因素 因此控制水灰比是混凝土配合比設計的關鍵 而控制水灰比的關鍵是所使用的原材料的性能 一必須使用52 5級以上等級的水泥 二是必須使用減水率大的高效減水劑 三是必須使用性能好的摻合料 以下是我們對C75混凝土的水灰比的控制 使用的水泥是P 52 5 NF高效減水劑 摻合料使用的是硅灰和礦粉 試拌了120組數據 水泥實測強度在52 5 62 5MPa 所以水灰比應嚴格控制在0 29 0 34 為了計算方便 表中將水灰比乘以100 數據與X R圖計算表 19 數據與X R圖計算表 續表 20 X R控制圖 極差R控制圖UCLR D4 R均值 2 282 4 03 9 20CLR R均值 4 03LCLR D3 R均值 0 4 03 0 1 5 10 15 20 25 30 9 20 4 03 0 21 X R控制圖 X均值控制圖UCLX均值 X總均值 A2 R均值 31 61 0 729 4 03 34 55CLX均值 X總均值 31 61LCLX均值 X總均值 A2 R均值 31 61 0 729 4 03 28 67 1 5 10 15 20 25 30 34 55 31 61 28 67 22 3 實施三 確保養護室溫濕度 為了保證混凝土的養護溫度在20 2 養護濕度在95 以上 在試驗室搬遷期間 將混凝土試件全部送到商品混凝土公司標準養護室進行養護 并且每天于早中晚三個時間段派專人對養護室的溫濕度進行記錄 直至我們的養護室正常使用 養護室在使用前 增加了一臺加濕噴霧器 更新了設施 并通過了設施評審 下表是我們每半個月統計的溫濕度記錄匯總表 23 溫濕度記錄匯總表 24 4 實施四 強度檢驗 根據試拌結果 在滿足設計坍落度要求的前提下 進行抗壓強度試件成型 每組分別成型10h 1d 3d 7d 28d齡期抗壓強度試件 下表收集的是120組滿足試配強度的28d抗壓強度值 MPa 25 頻數分布表 26 繪制直方圖 CECS104規定C70 C80混凝土試配強度不低于強度標準值的1 12倍 GBJ107規定混凝土的強度按非統計方法評定時 最小值不低于0 95倍的強度標準值 由直方圖可以看出 強度試驗結果符合標準規定 75 7 77 9 80 1 82 3 84 5 86 7 88 9 91 1 93 3 頻數 5 10 15 20 25 30 84 0MPa 27 隨著時代的發展 城市建設用地日益緊缺 建筑用地的價格成倍甚至幾十倍的增長 促使房屋建筑要 上天入地下水 即建造高層或超高層的建筑和建造多層的地下建筑甚至水中建筑 這就要求用于這些建筑的混凝土具有更高的強度和耐久性 為此 研制高強高性能混凝土 必將為經濟的發展和人類的物質文明作出更大的貢獻 九 效果檢查 28 1 經濟效果 2 質量效果 試驗費收入 205000元人工費支出 45100元設備材料費 10250元管理費支出 36900元稅金 10250元利潤 102500元 經濟效果 質量效果 自2007年3月份以來 我們為國投新集口孜東礦以及山西外加劑廠家 淮南外加劑廠家 蒙城外加劑廠家設計 試配了120余組高強高性能混凝土 這些配合比隨著外加劑廠家的產品銷售 在全國各地不同的地方得到了很好的應用 實現了目標值 配合比在工程上的應用率100 29 十 鞏固措施 通過本次QC活動的開展 我們深深懂得世上無難事 只要肯登攀 在這個課題研究及實施中 我們遇到一個又一個困難 但經過全體人員的努力和配合 運用全面質量管理的理念 勝利地完成了這個課題 為了更好地指導今后的工作 我們技術人員又制定了一系列的標準化 30 標準化 1 高強高性能混凝土配合比設計 作業指導書2 研制高強高性能混凝土 科技論文3