一种建筑工程现浇柱的施工材料和施工方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及到一种建筑工程现浇柱的施工材料和施工方法。

背景技术：

现浇柱是指在现场就地支模板和浇捣的钢筋混凝土柱，现浇柱的施工材料主要包括混凝土、钢筋和模板。本发明主要是对现浇柱施工材料中的混凝土进行优化设计。

混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。混凝土的组分、配比以及施工工艺都会对现浇柱的梁柱结构等造成较大影响。

在高寒地区或者温度时常维持在冰点以下的区域，其混凝土往往受到的侵蚀更加严重。例如，冬季降雪后，雪水反复冻融，导致桥梁构造受到严重的冻融损害。降雪时为了保障交通顺畅，向路面抛洒除冰盐，氯离子会随着消融的雪水渗入桥面板混凝土内部或者浸润在桥梁墩柱表面，改变混凝土内部结构，严重影响桥面板混凝土的耐久性。因此，施工设计时需要考虑到混凝土的抗冻融、抗盐冻性能是否符合验收要求，现有技术中也对混凝土的防盐冻冻融性能有深入的研究。

抗冻性是指材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。材料的抗冻性常用抗冻等级记为f表示。抗冻等级是以规定的吸水饱和试件，在标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后．强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落。则此冻融循环次数即为抗冻等级。显然，冻融循环次数越多，抗冻等级越高，抗冻性越好。

由此可见，混凝土盐冻破坏是一种最为严酷的冻融破坏，有研究表明，中低浓度(2~6wt%)的盐溶液对路面试块的破坏最为严重，且对于水泥混凝土，盐冻破坏主要表现为表面剥蚀、开裂和溃散，通常采用表面剥落量来评价混凝土的表面损伤程度。目前，国内外很多学者研究了融雪剂导致混凝土盐冻破坏机理的探索以及提出减少盐冻破坏的措施，例如掺入引气剂、掺合料、快速修补技术等。

大量文献表明，通常改善混凝土盐冻破坏的技术措施主要从二个方面着手：首先是从混凝土材料设计的角度考虑，如引气剂、水灰比、矿物掺合料等；其二是对现有的混凝土表面进行密封和防水处理，进而改善混凝土的表面剥蚀。

现有技术中还有在混凝土中加入防冻剂来提高混凝土的防冻性能，例如在专利cn201810460092.x中，公开了一种高耐久性的混凝土及其制备方法，该高耐久性的混凝土的配方包括以下组份：硅酸盐水泥16%-21%、钢纤维5%-8%、超细粉煤灰8%-13%、河沙2%-6%、聚四氟乙烯6%-10%、硅粉1%-4%、防冻剂3%-10%、减水剂3%-7%、引气剂1%-4%，其余为水。该专利中加入了防冻剂，防冻剂为亚硝酸钠，减水剂为聚羧酸，引气剂为脂肪醇磺酸盐。

从现有技术中可以得知：防冻剂的作用在于能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能与足够防冻强度的外加剂。它是一种能在低温下防止物料中水分结冰的物质。防冻剂能够使混凝土在0℃到-15℃的负温环境中正常水化；降低冰点，提高混凝土早期强度。

然而，加入防冻剂的作用仅仅在于降低冰点，提高混凝土早期强度，并不能够从混凝土形成结构上产生防冻效果，也不能够避免盐冻侵蚀产生的表面剥落损伤，对混凝土的后期强度影响微弱。

因此，现有技术中还可以通过加入适量引气剂来提高防盐冻冻融能力。例如在文献1《矿物掺合料和引气剂对混凝土抗盐冻性能影响的研究》中，公开了采用在混凝土中单掺引气剂、单掺硅灰、单掺粉煤灰、双掺硅灰和粉煤灰及双掺并掺引气剂的方法，提出了引气剂及矿物掺合料的最优掺量。结果表明，对c30、c40强度等级混凝土而言，掺加引气剂对混凝土抗盐冻性能的影响较水灰比更为显著，0.02%和0.03%掺量的引气剂能有效提高混凝土的抗盐冻性能；混凝土抗盐冻性能随硅灰掺量的增加呈先增强后减弱的趋势，硅灰的较优掺量为5%~10%。

例如，在专利cn1415570公开了一种混凝土工程用引气剂，是从富含三萜皂甙的天然植物中提炼获得的三萜皂甙。该引气剂生产工艺简单，操作方便。使用该引气剂，与其它外加剂复合性好，混凝土抗折强度、抗冻性、抗盐冻剥蚀性均有极大提高，其耐久性也有明显改善，每单位含气量引起的混凝土抗压强度损失率小于3%。可广泛用于水工结构、公路、桥梁、房屋建筑、地下结构、机场跑道等混凝土工程中。

综上所述，从现有技术中可以看出，为了提高混凝土的抗盐冻性能，可以在混凝土中加入合适的引气剂。

现有技术中，引气剂的种类主要包括松香树脂类、烷基苯磺酸盐类以及脂肪醇磺酸盐类。气剂使混凝土拌合物泌水性减小；因此泌水通道的毛细管也相应减少。同时，大量封闭的微气泡的存在，堵塞或隔断了干粉砂浆中毛细管渗水通道，改变了干粉砂浆的孔结构，使干粉砂浆抗渗性得到提高。气泡有较大的弹性变形能力，对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用，因而干粉砂浆的抗冻性得到提高，耐久性也随之提高。

然而，虽然引气剂能够在一定程度上提高抗盐冻性能，但是不同引气剂对抗盐冻性能的影响是不相同的。文献2《混凝土引气剂优选试验研究》，作者于孝民、任青文，《河海大学学报》2009年9月，第37卷第5期。文献2中进行了抗冻混凝土引气剂的优选试验，研究了三萜皂苷非离子型(zy-99)引气剂等6种引气剂对中低标号混凝土抗冻性能的影响。通过对6种常用引气剂的性能比较，得出zy-99型引气剂与改性松香热聚物型引气剂克服了传统松香热聚物引气剂的缺点，其性能稳定、质量可靠，强度标号c15混凝土抗冻指标可以达到f200的要求的结论。

同时，上述文献2进行的实验结果以及结论中得出：引气剂(zy-99)是一种非离子型引气剂，其主要成分为三萜皂苷，使用效果较好，价格比较便宜；引气剂(dh-9b)为松香热聚物改进型，产品质量较好、性能稳定，但价格偏高。以上2种引气剂可以使混凝土抗冻指标达到f200的要求；3号、4号2种引气剂可以满足普通混凝土一般抗冻性要求。而5号(皂角粉)、6号(十二烷基苯磺酸钠)2种引气剂因起泡能力差、产生的气泡不稳定等因素不宜作为混凝土引气剂使用。

烷基苯磺酸盐类也是常见的一种引气剂，烷基苯磺酸盐类引气剂主要有十二烷基苯磺酸钠。从文献2中的实验看出了作为混凝土引气剂相比其他引气剂在起泡能力或者气泡稳定性存在缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种建筑工程现浇柱的施工材料，能够解决使用烷基苯磺酸盐作为引气剂时对混凝土防盐冻冻融性能提升作用较差的问题，即如何提高以烷基苯磺酸盐作为引气剂时混凝土的防盐冻冻融性能。

为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种建筑工程现浇柱的施工材料，施工材料包括以下组分：

硅酸盐水泥1000份；水500份~800份；

河砂1500份~2000份；碎石骨料1500份~2000份；

硅灰粉100份~200份；粉煤灰100份~200份；

pvc纤维5份~10份；滑石粉5份~10份；

聚羧酸系减水剂0.1份~0.5份；引气剂0.1份~0.5份；

引气剂为烷基苯磺酸盐类引气剂；

引气助剂喹啉羧酸乙酯0.5份~1份；十一烯酸锌0.5份~1份。

本发明优选的方案之一，施工材料包括以下组分：

硅酸盐水泥1000份；水650份；

河砂1600份；碎石骨料1750份；

硅灰粉135份；粉煤灰140份；

pvc纤维8份；滑石粉6份；

聚羧酸系减水剂0.2份；引气剂0.3份；

所述引气剂为烷基苯磺酸盐类引气剂；

引气助剂喹啉羧酸乙酯0.6份；十一烯酸锌0.4份。

本发明优选的方案之一，碎石骨料选取直径为10mm~30mm的碎石；粉煤灰选取一级粉煤灰。

本发明优选的方案之一，引气剂为烷基苯磺酸钠。

本发明优选的方案之一，引气剂为十二烷基苯磺酸钠。

本发明优选的方案之一，施工材料中还包括缓凝剂0.1份~0.5份，缓凝剂为三聚磷酸钠。

基于上述施工拆了，本发明还公开了一种建筑工程现浇柱的施工方法，包括以下步骤：

准备施工材料，施工材料中的混凝土施工材料包括以下组分：

硅酸盐水泥1000份；水500份~800份；

河砂1500份~2000份；碎石骨料1500份~2000份；

硅灰粉100份~200份；粉煤灰100份~200份；

pvc纤维5份~10份；滑石粉5份~10份；

聚羧酸系减水剂0.1份~0.5份；引气剂0.1份~0.5份；

引气剂为烷基苯磺酸盐类引气剂；

引气助剂喹啉羧酸乙酯0.5份~1份；十一烯酸锌0.5份~1份；

（1）将施工材料中的硅酸盐水泥、河砂、碎石骨料、硅灰粉、粉煤灰、pvc纤维、滑石粉倒入砂浆搅拌机中搅拌3~5min使其均匀；

（2）将聚羧酸系减水剂、引气剂、引气助剂和水混合后倒入步骤（1）中的砂浆搅拌机内继续搅拌3~5min得到混凝土；

（3）开挖承台基坑，在承台基坑内浇筑垫层混凝土，然后安装承台钢筋和模板，验收合格后进行承台混凝土的现浇柱；浇筑完毕后将土石料回填平整；

（4）将承台混凝土的表面进行凿毛处理，调直承台预留钢筋，在承台混凝土上绑扎钢筋，钢筋的表面洁净、无损伤，使用前将表面的油渍、漆皮、鳞锈等清除干净；在混凝土上进行现场绑扎成型；钢筋制作绑扎根据墩柱分节施工次数进行，预留足够的搭接长度；钢筋接头采用焊接，且一个断面内的接头数量不超过50%，两钢筋搭接端部应预先折向一侧，使两接合钢筋轴线一致；

（5）固定模板，然后在模板内壁涂抹脱模剂；

（6）将步骤（2）的施工材料混凝土现场准备好后泵送到模板内进行现浇柱，混凝土的入模温度应控制在30℃以下；浇筑的混凝土要连续进行，砼入仓后立即振捣，振动棒振捣应快插慢拔，振动时间控制在20-30s，砼浇注分层进行，每层厚度为30cm~40cm；

（7）混凝土浇筑完毕后，在混凝土初凝前将面层拉毛，防止表面的收缩裂纹；最后进行拆模和养护。

本发明优选的方案之一，承台混凝土的浇筑强度为c30。

本发明优选的方案之一，钢筋的交叉点采用直径2~3mm的铁丝扎牢；刚筋安装遵循先下后上，先主后次原则，即先绑扎外露部分主筋、箍筋及拉结筋，再连接主筋绑扎箍筋。

本发明优选的方案之一，步骤（7）混凝土浇筑完毕后，应在12h以内加以覆盖和浇水，浇水次数应保持混凝土有足够的湿润状态，养护期一般不少于7d。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明的混凝土施工材料中包括硅灰粉、粉煤灰以及pvc纤维，粉煤灰能够降低施工成本，硅灰能提高混凝土抗盐冻性能，随硅灰掺量的增加，在一定范围内，混凝土抗盐冻性呈现增强的趋势；pvc纤维也能够提高混凝土的性能。

2、本发明通过加入烷基苯磺酸盐类引气剂，具有良好的引气量，同时加入引气助剂后能够改善引气剂形成气泡的气泡结构，即在相同引气量的情况下，气泡的孔隙结构更好，表征为气泡平均半径降低，气泡数量增加，气泡间距系数增加；从而使得相比单独加入烷基苯磺酸盐时获得更好的防盐冻冻融性能。

附图说明

图1为本发明一个实施例中实验二的实验结果图。

具体实施方式

本发明提供了一种建筑工程现浇柱的施工材料，施工材料包括以下组分：

硅酸盐水泥1000份；水500份~800份；

河砂1500份~2000份；碎石骨料1500份~2000份；

硅灰粉100份~200份；粉煤灰100份~200份；

pvc纤维5份~10份；滑石粉5份~10份；

聚羧酸系减水剂0.1份~0.5份；引气剂0.1份~0.5份；

引气剂为烷基苯磺酸盐类引气剂；

引气助剂喹啉羧酸乙酯0.5份~1份；十一烯酸锌0.5份~1份。

本发明优化的实施例中，施工材料包括以下组分：

硅酸盐水泥1000份；水650份；

河砂1600份；直径为10mm~30mm的碎石骨料1750份；

硅灰粉135份；一级粉煤灰140份；

pvc纤维8份；滑石粉6份；

聚羧酸系减水剂0.2份；烷基苯磺酸盐类引气剂0.3份；

引气助剂喹啉羧酸乙酯0.6份；十一烯酸锌0.4份；

缓凝剂三聚磷酸钠0.3份。

实施例1：一种建筑工程现浇柱的施工材料包括以下组分：

硅酸盐水泥1000份；水650份；

河砂1600份；碎石骨料1750份；

硅灰粉135份；粉煤灰140份；

pvc纤维8份；滑石粉6份；

聚羧酸系减水剂0.2份；

十二烷基苯磺酸钠引气剂0.3份；

引气助剂喹啉羧酸乙酯0.6份；十一烯酸锌0.4份。

其中硅酸盐水泥、水、河砂、碎石骨料、硅灰粉、粉煤灰、pvc纤维、滑石粉、聚羧酸系减水剂合并简称为基础组分。引气助剂喹啉羧酸乙酯简称助剂a；十一烯酸锌简称助剂b。

实验一、不同引气剂对硬化后混凝土气泡结构的影响实验

1.1、实验原料：

硅酸盐水泥为山东泉头牌普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用一级粉煤灰；碎石为粒径10~30mm、连续级配的碎石；河砂采用沂河天然砂，细度模数为2；硅灰粉选用武汉微神科技发展有限公司生产的硅灰粉v2000-92d；pvc纤维选用任丘市双成化工产品厂生产的混凝土工程耐拉pvc纤维；其余原料组分也均为市购产品。

1.2、实验步骤：

将混凝土的基础组分混合均匀后加入不同类型的引气剂，1000份硅酸盐水泥中加入0.3份引气剂，然后倒入模型中，混凝土成型1d后脱模，用水养护至28d；然后进行气孔结构的检测。本发明的气孔检测使用化混凝土气泡间距系数分析仪器进行检测，具体的是采用srft-810型硬化混凝土气泡间距系数分析测定仪进行检测的；检测时将混凝土块加工成100mm×100mm×20mm的试块。检测结果如表1所示：

表1：不同引气剂对混凝土气孔结构的影响

1.3、实验结果：

从表1中可以看出，相同掺量的引气剂的引气效果不同，实验例中三萜皂苷的引气效果最佳，其表现在气孔平均半径低，气泡间距系数小；十二烷基苯磺酸钠的引气效果较差，其气泡孔径最大，气泡间距系数较大，因而气泡总数较低，引气量也低。这种情况下，十二烷基苯磺酸钠的防盐冻冻融性能较差。

实验二、引起助剂对防盐冻冻融性能的影响

2.1、实验原料：

硅酸盐水泥为山东泉头牌普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用一级粉煤灰；碎石为粒径10~30mm、连续级配的碎石；河砂采用沂河天然砂，细度模数为2；硅灰粉选用武汉微神科技发展有限公司生产的硅灰粉v2000-92d；pvc纤维选用任丘市双成化工产品厂生产的混凝土工程耐拉pvc纤维。即基础组分采用实验一中的原料。

2.2、实验方法：

将混凝土的基础组分混合均匀后加入引气剂十二烷基苯磺酸钠，1000份硅酸盐水泥中加入0.3份引气剂，对照组中加入不同的引气助剂，空白组中只加入引气剂。然后倒入模型中，混凝土成型1d后脱模，用水养护至28d；然后进行关于盐冻性能的检测。盐冻试验按照以下试验方法进行：

将混凝土块切割成400mm*100mm*100mm混凝土标准试件，将混凝土试件依次编号，加入对质量百分数为4%的氯化钠溶液中进行冻融循环，其中盐溶液没过混凝土试件表面约1cm。

冻融循环具体参数：循环温度-20~20℃，单个循环周期：24h（冻结时间：12h，融化时间：12h）。在冻融循环完毕后，收集溶液中的剥落量碎片。经过滤、105℃烘干至恒重后称量碎片的质量，该值即为混凝土剥落物的质量，并计算剥蚀量，剥蚀量的单位为千克/平方米)。本次实验二的实验配方如表2所示，实验结果如图1所示。

表2：实验二各个实施例的组分配比

从图1中可以看出，当循环周期延长是，所有实施例的剥蚀量均有所增加。在同样的循环周期时，实施例2a和实施例2b的剥蚀量显著低于实施例2，说明加入助剂后能够减少剥蚀量，即可说明盐冻过程对混凝土的侵蚀作用降低，说明混凝土的抗盐冻能力提高。本发明通过盐冻实验说明了，再加入助剂a和助剂b后，对应的混凝土的剥蚀量减少，说明混凝土在抗冻方面的性能得到提升。

实验三、引气助剂对气孔结构的影响

3.1、实验原料：

硅酸盐水泥为山东泉头牌普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用一级粉煤灰；碎石为粒径10~30mm、连续级配的碎石；河砂采用沂河天然砂，细度模数为2；硅灰粉选用武汉微神科技发展有限公司生产的硅灰粉v2000-92d；pvc纤维选用任丘市双成化工产品厂生产的混凝土工程耐拉pvc纤维。即基础组分采用实验一中的原料。喹啉羧酸乙酯购买于济南嘉格生物科技有限公司，十一烯酸锌购买于武汉远成共创科技有限公司。

3.2、实验方法：

将混凝土的基础组分混合均匀后加入引气剂十二烷基苯磺酸钠以及其他引气剂，1000份硅酸盐水泥中加入0.3份引气剂，对照组中加入不同的引气助剂，空白组中只加入引气剂。然后倒入模型中，混凝土成型1d后脱模，用水养护至28d；然后进行气孔结构的检测。本发明的气孔检测使用化混凝土气泡间距系数分析仪器进行检测，具体的是采用srft-810型硬化混凝土气泡间距系数分析测定仪进行检测的；检测时将混凝土块加工成100mm×100mm×20mm的试块；检测结果如表3所示：

表3：引起助剂对混凝土气孔结构的影响

3.3、实验结果：

从表3中可以看出，不同助剂对十二烷基苯磺酸钠的促进效果是不相同的，实施例3b和3c中分别加入助剂a喹啉羧酸乙酯和助剂b时引气量未明显增加，但是气孔形成的结构受到影响，具体的是气孔的平均半径降低，气孔总数增加，说明引气剂在混凝土成型过程中形成了更多的气泡，并且气泡变得更小；即气泡密集程度增加，气孔更小了。两个实验组对比可以看出，加入助剂a能够使得十二烷基苯磺酸钠的气泡结构更好。加入助剂b十一烯酸锌也能够一定程度上优化气泡结构，但是相比助剂a的效果差；两者同时使用时能够获得更好的促进效果，即优化气孔结构。

从实施例3e、3f和3g中可以看出，当引气剂为三萜皂苷、松香热聚物和脂肪醇硫酸钠时，助剂a或者助剂b并未体现出对加入这三种引气剂的混凝土的气泡结构产生优化作用。由此可见，本发明的助剂a和助剂b是能够显著优化以十二烷基苯磺酸钠作为引气剂的混凝土的气孔结构。结合实验二，加入助剂a和助剂b后混凝土的防盐冻冻融能力提高，说明助剂a和助剂b是通过优化硬化后混凝土气孔结构来实现防盐冻冻融性能的提高的。本发明也说明了当孔径越小、气孔越密集、孔间系数越小的情况下，能够获得更好的气孔结构，对应的具有更好的防盐冻性能。

本发明还公开了一种建筑工程现浇柱的施工方法，包括以下步骤：

准备混凝土施工材料，施工材料包括以下组分：

硅酸盐水泥1000份；水650份；

河砂1600份；碎石骨料1750份；

硅灰粉135份；粉煤灰140份；

pvc纤维8份；滑石粉6份；

聚羧酸系减水剂0.2份；引气剂0.3份；

引气剂为烷基苯磺酸盐类引气剂；

引气助剂喹啉羧酸乙酯0.6份；十一烯酸锌0.4份。

（1）将施工材料中的硅酸盐水泥、河砂、碎石骨料、硅灰粉、粉煤灰、pvc纤维、滑石粉倒入砂浆搅拌机中搅拌3~5min使其均匀；

（2）将聚羧酸系减水剂、引气剂、引气助剂和水混合后倒入步骤（1）中的砂浆搅拌机内继续搅拌3~5min得到混凝土；

（3）开挖承台基坑，在承台基坑内浇筑垫层混凝土，然后安装承台钢筋和模板，验收合格后进行承台混凝土的现浇柱；浇筑完毕后将土石料回填平整，：承台混凝土的浇筑强度为c30；

（4）将承台混凝土的表面进行凿毛处理，调直承台预留钢筋，在承台混凝土上绑扎钢筋，钢筋的表面洁净、无损伤，使用前将表面的油渍、漆皮、鳞锈等清除干净；在混凝土上进行现场绑扎成型；钢筋的交叉点采用直径2~3mm的铁丝扎牢；刚筋安装遵循先下后上，先主后次原则，即先绑扎外露部分主筋、箍筋及拉结筋，再连接主筋绑扎箍筋；

钢筋制作绑扎根据墩柱分节施工次数进行，预留足够的搭接长度；钢筋接头采用焊接，且一个断面内的接头数量不超过50%，两钢筋搭接端部应预先折向一侧，使两接合钢筋轴线一致；

（5）固定模板，然后在模板内壁涂抹脱模剂；

（6）将步骤（2）的施工材料混凝土现场准备好后泵送到模板内进行现浇柱，混凝土的入模温度应控制在30℃以下；浇筑的混凝土要连续进行，砼入仓后立即振捣，振动棒振捣应快插慢拔，振动时间控制在20-30s，砼浇注分层进行，每层厚度为30cm~40cm；

（7）混凝土浇筑完毕后，在混凝土初凝前将面层拉毛，防止表面的收缩裂纹；最后进行拆模和养护。混凝土浇筑完毕后，应在12h以内加以覆盖和浇水，浇水次数应保持混凝土有足够的湿润状态，养护期一般不少于7d。

虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。