混凝土配合比设计及利用混凝土配合比设计实现大坝或其他大型结构的方法与流程

1.本发明涉及一种混凝土配合比设计以及利用该混凝土配合比设计手段实现大坝或其他大型结构的浇筑方法。
2.特别地，本发明的配合比设计已经通过非常规手段针对要被浇筑的大坝(或其他大型结构)的施工进行了优化。


背景技术：

3.几年来，混凝土结构的耐久性和施工成本问题是关注的主要课题，尤其是在大坝施工中。
4.大坝是一个巨大的建筑，需要大量的混凝土来建造大坝，这导致成本高，因此应考虑替代方法以利用新的材料方法使建造大坝的成本最小化。
5.一种已知的方法是用碾压混凝土(rcc)建造大坝，根据定义，碾压混凝土(rcc)是一种在未硬化状态下具有无坍落度稠度的复合建筑材料，这种材料从施工方法得名。无坍落度稠度的定义是新拌混凝土的坍落度小于6mm。
6.碾压混凝土在摊铺和土方搬运设备协助下被浇筑，然后用振动碾从表面压实，而不使用浸没式振动器压实。基本配料，碾压混凝土配合比设计与常规混凝土相同，但混合的材料具有不同的比例，以产生一组完全不同于常规重量混凝土的新性能。在骨料方面不同，因为在常规混凝土中使用的类似骨料或不符合正常标准的骨料(特别是在细料量(通过astm e11#200筛的细料的百分比，75微米以内)和砂粒部分中较小的筛尺寸)可以被用于碾压混凝土混合料中。
7.碾压混凝土大坝通常在薄的水平的浇筑层中建造，以此减少模板的数量，并允许通过振动碾成功进行外部加固。
8.碾压混凝土通过两个方面来降低成本和缩短混凝土大坝施工时间：
[0009]-在配合比设计中减少水的量并因此减少水泥的用量。这导致直接节省材料成本，而不会降低强度。水泥是仅次于骨料的第二大材料成本；
[0010]-在技能水平和工人数量方面，更大程度上减少了施工过程对劳动力的依赖。节省了两倍：
[0011]
ο机械化程度提高使得工期更快，即，机器可以比人做更多的工作；
[0012]
ο对劳动力依赖的降低，减少了获得熟练工人的风险以及项目所需的工人数量。
[0013]
筑大坝rcc方法中的一个关键概念是针对大坝的整个表面以连续的方式浇筑一个大的混凝土浇筑层，深度约为300毫米，在前一层初凝之前用另一层覆盖每一层。这导致在各层之间的化学键合并导致更整体式的结构。
[0014]
由于rcc比普通大体积混凝土更干燥，推土机可以摊开材料，双筒或单筒振动碾压实碾压混凝土(类似于修建沥青路)。这与典型大体积混凝土中使用的浸入式振动器相反。
[0015]
一层连续浇筑的方法与传统大体积混凝土施工中使用的单个砌块的方法相反。
[0016]
因此，碾压混凝土大坝100施工的关键步骤为(图1a)：
[0017]
·
rcc 10的配料步骤，
[0018]
·
输送到大坝100的步骤1，
[0019]
·
传递至大坝上的浇筑位置的步骤2，
[0020]
·
摊铺rcc的步骤3，
[0021]
·
压实rcc的步骤4，
[0022]
·
gevr浇筑步骤5，
[0023]
·
相关模板步骤6。
[0024]
然而，对于碾压混凝土方法，有必要使用摊铺机和压实这些浇筑层的机器。图1a表示关于用于大坝施工活动的碾压混凝土的已知现有技术。
[0025]
特别是这种施工方式消耗了大量的施工材料，施工周期长，这增加了管理费用并对环境影响很大。


技术实现要素：

[0026]
在本文中，本发明根本的技术任务是提出一种混凝土配合比设计和一种通过使用克服了上述现有技术的缺点的混凝土配合比设计来实现大坝或其他大型结构的浇筑方法。
[0027]
具体地，本发明的目的是提供一种结构配合比设计，该结构配合比设计可用于实现大坝的大体积自密实混凝土(mscc)方法。
[0028]
具体地，本发明的目的是，进一步减少碾压混凝土施工方法以及传统的常规浇筑和浸入式振动混凝土施工过程中使用的设备和机械以及人数。
附图说明
[0029]
本发明的附加特征和优点将从对如附图中所示的对混凝土配合比设计的优选但非排他性实施例和通过使用混凝土配合比设计来实现大坝或其他大型结构的浇筑方法的大致的及因此非限制性的描述中变得更加明显，其中：
[0030]-图1a示出了已知现有技术中用于实现大坝的碾压混凝土(rcc)方法；
[0031]-图1b示出根据本发明第一实施例的用于实现大坝的大体积自密实混凝土(mscc)方法；
[0032]-图1c示出根据本发明第二实施例的用于实现大坝的大体积自密实混凝土(mscc)方法；
[0033]-图2a、2b示出了构成配合比设计的筛分分析的表格和图表；
[0034]-图3a、3b、3c、3d示出了配合比设计分析的表格和图表以及照片。
[0035]
参考附图，它们仅用于说明本发明的实施例，目的是结合说明书更好地阐明本发明的发明原理。
具体实施方式
[0036]
本发明涉及一种混凝土配合比设计和一种通过使用自密实/自固结混凝土101，特别是大体积结构混凝土来实现大坝100或其他大型结构的方法。
[0037]
特别地，下面针对本发明描述的具体的混凝土是与用于已知scc的混凝土不同的
大体积自流平混凝土101(mscc)。
[0038]
已经进行了实验室研究，以确定开发基于正常重量、自密实/自加固、波特兰水泥的混凝土配合比设计的可行性。可以预见本发明的配合比设计的各种混合料的掺量改变巨大(相对于传统的碾压混凝土)，以使得能够具有自由流动和自压实的能力，并且被认为是在当前已知的建筑规范和实践之外。
[0039]
正在开发大体积自密实/自流平混凝土101用于大型和常规混凝土结构，包括加固和未加固结构，以允许很少或没有内部或外部固结工作。典型应用包括但不限于重力大坝100、拱坝100、基础板、跑道、桥台和其他构件、堤墙、压载块和其他混凝土结构。
[0040]
混凝土配合比设计规定：
[0041]
ο坍落度和水泥用量主要通过水灰比(w/c)而相关，但也与水泥总量(和/或粉煤灰)和其他变量相关。
[0042]
ο坍落度也受骨料级配、总体级配以及级配底端的极细材料量的影响。
[0043]
ο在级配的更细端(astm#200筛以下，75微米以内)，材料在影响坍落度方面可以开始像水泥/粉煤灰一样“起作用”，但可以添加或减去，因此变得相当难处理，相当快。
[0044]
ο有时相同的材料(75微米以内)也会影响硬化特性(这意味着它有时会影响强度，尽管这也很难处理)。
[0045]
ο骨料中的非常细的材料也会影响将影响硬化性能(强度以及其他方面)的w/c。
[0046]
ο添加化学外加剂。
[0047]
ο水泥用量、w/c和其他性能也影响弹性模量，弹性模量是一种重要的硬化性能。
[0048]
特别是，配合比设计取决于在化学外加剂方面受到“严重”影响的混合料，以利用行业的进步。
[0049]
由于许多原因，使用较少的水泥/粉煤灰用量，其中一些原因是水化热(试图降低)、以及经济性和收缩性。
[0050]
此外，使用的是“脏”砂。这意味着在级配的底端有通常用于传统结构或大体积混凝土的更多的细材料。
[0051]
以下是实现混凝土设计配合比的示例：
[0052]
·
胶凝材料(水泥+粉煤灰)优选在每立方米250kg以内的范围内，理想情况下为200kg以内(低胶凝材料用量)。相比之下，普通结构混凝土更接近大约300kg(以及更高)的标准。
[0053]
·
细料用量(75微米以内筛孔尺寸)将显著高于正常结构混凝土允许的用量。
[0054]
οastm c33设置了细骨料通过75微米筛的限值为0到3％，根据混凝土使用情况在某些情况下高达5％，根据岩石类型和混凝土使用情况高达7％。
[0055]
ο对于粗骨料，其限值基本上为0，因为粗骨料中不应有75微米的通过，尽管具有1％或某些分数并不罕见。
[0056]
ο希望使用大于10％的混合级配，并且可能达到15％。这样，申请人相信这将使申请人的设计与正常的设计为不同类别。
[0057]
配合比设计的水用量在150l/m3至250l/m3之间，优选为200l/m3。
[0058]
关于化学外加剂，在图3a所示的表格中显示和指出。
[0059]
详细而言，化学外加剂包含一种或更多种组分，优选地，所有这些组分在以下列表
之间选择：
[0060]-在水溶液中改性的丙烯酸无甲醛聚合物基外加剂(牌的dynamon pw)；
[0061]-被配置为在混凝土中引入微气泡的表面活性剂外加剂(牌的mapeair ae 20)；
[0062]-含有用于增加混合物粘度的亲水性基团的有机聚合物(牌的viscofluid scc/10)。
[0063]
丙烯酸无甲醛聚合物基外加剂的密度为1.07g/m3，其掺量关于胶凝材料用量在3l/m3至4l/m3之间，以及掺量关于胶凝材料用量的体积在2％l/m3至3％l/m3之间。
[0064]
表面活性剂外加剂的密度为1.005g/m3，其掺量关于胶凝材料用量在0.7l/m3至1l/m3之间，其掺量关于胶凝材料用量的体积在0.5％l/m3至0.7％l/m3之间。
[0065]
有机聚合物外加剂的密度为1.022g/m3，其掺量关于胶凝材料用量在4l/m3至5l/m3之间，以及掺量关于胶凝材料用量的体积在2％l/m3和5％l/m3之间。
[0066]
试验标准：
[0067]
虽然可由国际认可的等效标准替代，但是astm标准依然是主要的参考标准。
[0068]
初始目标，新特性：
[0069]
·
坍落度：无坍落度下限，根据可追踪性和自固结性评估上限，由astm c143和astm c230测试。
[0070]
·
初始/最终凝结时间：在初始试验中没有建立对初始凝结或最终凝结时间的要求，但将根据astm c403进行试验。
[0071]
·
温度：在初始试验中不应建立对温度的要求，只要混合料不受aci描述的热或冷浇筑温度条件的影响，由astm c1064测试。
[0072]
·
空气含量：5％
±
1％(根据astm c231)。但也应考虑更低的空气含量百分比。
[0073]
初始目标、硬化性能、机械方面：
[0074]
·
单位重量：无目标，但将根据astm c138进行测试
[0075]
·
抗压强度：365天强度目标在10
±
30mpa的范围内，astm c39和astm c31
[0076]
·
抗拉强度：无目标，但将进行测试，astm c496
[0077]
·
弹性模量：无目标，但将进行测试，astm 469
[0078]
·
泊松比：无目标，但将进行测试，astm 469
[0079]
初始目标、硬化特性、热：
[0080]
(在建立令人满意的新的和硬化机械性能之前，将不对热性能进行测试。然而，以下是对热性能试验的设想：
[0081]
·
绝热温升
[0082]
·
扩散率
[0083]
·
热膨胀系数
[0084]
·
混凝土比热
[0085]
初始目标，材料：
[0086]
·
波特兰水泥：i/ii型，astm c150
[0087]
·
粉煤灰：f型和c型，astm c618
[0088]
天然和制造的矿物填料，作为粉煤灰替代物进行评估
[0089]
·
水：清洁可饮用，包含：
[0090]
ο水溶性氯化物，astm c1218
[0091]
·
骨料
–
astm c33，包括：
[0092]
οc127粗骨料相对密度(比重)和吸收率的标准试验方法
[0093]
οc128粗骨料相对密度(比重)和吸收率的标准试验方法
[0094]
ο砂当量
–
astm d2419
[0095]
ο片状和伸长
–
bs 812
[0096]
·
外加剂：将在初始试验的第一阶段中测定，通常符合以下要求：
[0097]
οastm c494
[0098]
οastm c260
[0099]
初始目标，粗骨料级配
[0100][0101]
初始目标，细骨料级配
[0102][0103]
初始目标，混合比例：
[0104]
在对外加剂类型和掺量进行初始回顾以及实际测定之后将确定混合物比例：
[0105]
·
骨料比重
[0106]
·
骨料吸收率
[0107]
·
骨料含水率
[0108]
初始附加试验(如认为需要)：
[0109]
·
c29/c29m骨料体积密度(“单位重量”)和空隙试验方法
[0110]
·
c31现场制作和养护混凝土试样标准实施规程
[0111]
·
c33混凝土骨料标准规范
[0112]
·
c39圆柱形混凝土试样抗压强度标准试验方法
[0113]
·
c40混凝土细骨料中有机杂质试验方法
[0114]
·
c87细骨料中有机杂质对砂浆强度影响试验方法
[0115]
·
c88使用硫酸钠或硫酸镁测定骨料坚固性试验方法
[0116]
·
c94预拌混凝土标准规范
[0117]
·
c117通过冲洗测定矿物骨料中细于75-μm(编号200)筛孔的材料试验方法
[0118]
·
c123骨料中轻质颗粒试验方法
[0119]
·
c125混凝土和混凝土骨料相关术语
[0120]
·
c127粗骨料相对密度(比重)和吸收率标准试验方法
[0121]
·
c128细骨料相对密度(比重)和吸收率标准试验方法
[0122]
·
c131在洛杉矶机器中通过磨损和冲击测定小尺寸粗骨料抗降解的试验方法
[0123]
·
c136细骨料和粗骨料筛分分析试验方法
[0124]
·
c138混凝土密度(单位重量)、屈服强度和空气含量(重量法)标准试验方法
[0125]
·
c142骨料中粘土块和易碎颗粒试验方法
[0126]
·
c150波特兰水泥规范
[0127]
·
c157硬化水硬性水泥、砂浆和混凝土长度变化标准试验方法
[0128]
·
c227水泥-骨料组合的潜在碱反应性试验方法(砂浆-棒法)
[0129]
·
c230水硬性水泥试验用流量表标准规范
[0130]
·
c231通过压力法测定新拌混凝土含气量标准试验方法
[0131]
·
c289骨料的潜在碱-硅石反应性试验方法(化学法)
[0132]
·
c294混凝土骨料成分描述性命名法
[0133]
·
c295混凝土骨料岩相检验指南
[0134]
·
c311用于波特兰水泥混凝土的粉煤灰或天然火山灰取样和试验的试验方法
[0135]
·
c330结构混凝土轻质骨料规范
[0136]
·
c331混凝土砌块用轻质骨料规范
[0137]
·
c332隔热混凝土轻质骨料规范
[0138]
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c342水泥-骨料组合潜在体积变化试验方法(2001年撤销)4
[0139]
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c403通过抗渗透性测定混凝土混合物凝结时间标准试验方法
[0140]
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c441火山灰或磨细高炉矿渣防止由于碱-硅石反应引起的混凝土过度膨胀有效性试验方法
[0141]
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c469受压混凝土静态弹性模量和泊松比标准试验方法
[0142]
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c496圆柱混凝土试样劈裂拉伸强度标准试验方法
[0143]
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c535洛杉矶机器中通过磨损和冲击测定大尺寸粗骨料抗降解的试验方法
[0144]
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c586作为混凝土骨料的碳酸盐岩石的潜在碱反应性试验方法(岩圆筒法)
[0145]
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c595混合水硬性水泥规范
[0146]
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c618混凝土用粉煤灰和生或煅烧天然火山灰规范
[0147]
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c637辐射防护混凝土骨料规范
[0148]
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c638辐射防护混凝土骨料成分描述性命名法
[0149]
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c666/c666m混凝土抗快速冻融性试验方法
[0150]
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c989混凝土和砂浆用矿渣水泥规范
[0151]
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c1105碱-碳酸盐岩反应引起的混凝土长度变化试验方法
[0152]
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c1064新拌水硬性水泥混凝土温度标准试验方法
[0153]
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c1157水硬性水泥性能规范
[0154]
·
c1218水溶性氯化物
[0155]
·
c1240胶凝混合料用硅灰规范
[0156]
·
c1260骨料潜在碱反应性试验方法(砂浆-棒法)
[0157]
·
c1293测定碱-硅石反应引起的混凝土长度变化试验方法
[0158]
·
c1567测定胶凝材料和骨料组合的潜在碱-硅反应性试验方法(加速砂浆-棒法)
[0159]
·
d75取样骨料的实施规程
[0160]
·
d422土壤粒度分析试验方法
[0161]
·
d2419土与细骨料砂当量值试验方法
[0162]
·
d3665施工材料随机抽样实施规程
[0163]
·
e11钢丝网试验筛布和试验筛规范
[0164]
·
aci 318
[0165]
关于通过使用混凝土配合比设计实现大坝100或其他大型结构的方法，mscc 101建筑大坝100的概念中的关键概念之一是针对整个浇筑表面借用浇筑混凝土的rcc方法，但使用重力来完成压实工作，从而省去了许多所需的设备。
[0166]
如果混凝土能够表现得更接近理想流体的性质，那么它将是自流平的，不需要压实。
[0167]
假设施工过程将与rcc施工相似，且用大体积自流平混凝土在跨越整个大坝100表面的一个连续浇筑层中浇筑，预制构件7能够用于us和ds饰面构件。
[0168]
在施工后这些构件将保留在适当位置，并且安装过程将高度自动化。也可采用常规模板6的方案。
[0169]
用于大坝100施工的mscc 101的总体浇筑与3d打印类似，用户直接将材料沉积在施工所需的位置，并以极快的速率向前移动，直至完成，施工期间涉及的单元工艺最少。
[0170]
因此，mscc 101大坝100施工的关键步骤是：
[0171]
·
对mscc 101配料；
[0172]
·
定位模板6；
[0173]
·
将mscc 101输送1到大坝100；
[0174]
·
mscc 101自流平自压实；
[0175]
·
去除模板6。
[0176]
特别地，参考图1b和1c，mscc 101的第一阶段的配料和输送到大坝100是通过泵送装置而不是通过重力而有利地进行的。事实上，新的混凝土配合比设计允许泵送，而现有
rcc不能被泵送。
[0177]
这方面是有利的，因为新拌混凝土可以容易地运输和浇筑在大坝100的位置。
[0178]
图1b和1c示出了根据本发明的方法的两个实施例：
[0179]-图1b示出了使用us和ds模板6(由塑料或金属或其他材料制成)的步骤，该模板含有被新拌mscc 101灌注的区域；
[0180]-图1c示出了了使用互相叠放的us和ds预制模板7，并将新拌mscc 101灌注到它们之间的空隙中，并产生加固混凝土结构的步骤。
[0181]
此外，必须注意的是，新的混凝土配合比设计避免了用于rcc方法的混凝土的外部振动阶段(图1a)以及传统混凝土的内部振动阶段。