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超缓凝混凝土的配制与应用

发布时间:2020/7/2  新闻类别:施工流程 点击次数:117
 

一般来说,普通混凝土的初凝时间宜控制在6~8小时,水下灌注桩混凝土宜控制在8~10小时,如遇到温度陡降有可能会延长3~7小时,所以在正常情况下如没有特殊要求,混凝土的初凝时间一般控制小于10小时。本次研究的混凝土初凝时间大于72小时,比普通混凝土的初凝时间长6倍多,故称为超缓凝混凝土。超缓凝混凝土主要用于咬合桩施工。咬合桩的施工要求后施工的桩在成孔时要切割两侧相邻的先浇筑桩的部分桩身混凝土,以达到相邻桩相互咬合,从而达到止水的目的。该施工工艺的关键技术在于先施工的桩的桩身混凝土凝结时间要长,早期强度要低,符合切割要求。因此,被切割桩的混凝土能否满足设计与施工要求是该工艺能否成功的关键。


2工程概况


南山医院改扩建(二期)基坑支护与土石方工程是用钻孔咬合桩来做基坑支护的。由于每根超缓凝桩需要进行两次切割以及该工程夜间不能施工,再考虑一些如成孔、机械等不确定因素,故需再延长初凝时间(一般咬合桩要求超缓凝混凝土的初凝时间是60小时)。施工现场对超缓凝混凝土提出如下技术参数和要求:


⑴达到C20水下灌注混凝土的性能和强度要求;


⑵混凝土初凝时间不小于72小时;


⑶混凝土84小时抗压强度不大于3MPa。


3配合比设计思路


先设计C20水下灌注混凝土基准配合比,再在该配合比基础上通过增加缓凝剂来实现超长的凝结时间。


4试验用原材料


⑴水泥:封开华润生产的P.O42.5型普通硅酸盐水泥,28天抗压强度48MPa以上。


⑵掺合料:深圳妈湾电厂的Ⅱ级粉煤灰;柳州钢铁厂的S95级矿粉。


⑶砂:深圳地区的建筑用河砂主要来源为珠江入海口,颗粒级配比较稳定,经水洗后比较洁净,细度模数2.8,含泥量0.4%,CL-含量0.002%。


⑷石子:选用惠州的5~25mm的碎石,针片状含量4%,含泥量0.2%,泥块含量0.1%。


⑸减水剂:选用佛山华轩的高性能聚羧酸减水剂。


5配合比设计试验


本次要设计的超缓凝C20水下混凝土包含三部分指标:


⑴混凝土要满足水下桩灌注的要求,即混凝土和易性良好,出机坍落度200~220mm,扩展度大于450mm。


⑵混凝土28天强度以C25评定必须合格(因水下混凝土需提高一个等级)。


⑶混凝土的初凝时间不小于72小时,84小时抗压强度不大于3MPa。


通常延长混凝土的缓凝时间可通过三种途径来实现,一是选用初终凝时间相对长的水泥,二是在设计配合比时增加掺合料的用量特别是粉煤灰的用量,三是加大缓凝剂的掺量。前两种途径对延缓混凝土凝结时间效果不明显,第三种措施更加有利于成倍延长混凝土的凝结时间。


根据以往配制C25水下混凝土的经验,以及初步试验,确定了普通C20水下混凝土的配合比(见表1)。该配合比的出机混凝土和易性良好,坍落度为210mm,扩展度为510mm。28天抗压强度为35.6MPa,以上指标均可以满足C20水下桩混凝土的设计、施工要求。




6超缓凝减水剂中缓凝剂用量的确定


由于本工程的超缓凝混凝土桩在地下1~35米的位置,并且混凝土周围都是泥土。根据深圳地勘相关资料,超缓凝混凝土桩所处的环境与混凝土标准养护室的环境较为接近。故在试验过程中我们把刚成型的试件带模留在标准养护室养护,并观察试件表面硬化情况。超缓凝混凝土的技术关键在于混凝土凝结时间(早期强度)的控制和后期强度的恢复增长。延长混凝土的凝结时间主要是通过增加缓凝剂的掺量来延缓水泥的水化反应,从而延长混凝土的凝结时间。在混凝土生产过程中缓凝剂是包含在减水剂中的,所以在试配超缓凝混凝土时把缓凝剂与减水剂按各自的掺量分开掺入混凝土中。试配成功后在生产超缓凝减水剂时按比例加入缓凝剂。由于缓凝剂主要是可以延缓水泥的水化反应,故在试配及混凝土生产过程中缓凝剂以水泥为基准确定掺量。可以作为缓凝剂的材料很多,我们选用缓凝效果最好的糖类作为缓凝剂。


我们曾配制并于实际工程中成功应用初凝时间不小于60小时,3天强度不大于3MPa的超缓凝C25水下混凝土,对缓凝剂的掺量已积累了一些数据。根据以往数据,初步确定一个范围比较大的缓凝剂掺量试验,缓凝剂掺量为0.24%、0.25%、0.26%、0.27%、0.28%、0.29%、0.30%。混凝土不同缓凝剂掺量的试验数据见表2。


从表2的试验结果看试验编号为A4、A5、A6、A7的缓凝剂掺量的试配结果都能满足要求,但A6、A7初凝时间过长,我们优选A4、A5进一步试验。虽然A6、A7的初凝时间很长,但28天抗压强度并没有降低,这可以作为在生产过程中控制超缓凝混凝土最长终凝时间(因初凝时间不宜观察,在生产过程中观察终凝时间)而不会影响28天强度的依据。从A3可以看出初凝时间达到要求但84小时抗压强度已大于3MPa,以前的一些工程数据也有类似的情况(初凝时间已大于60小时,但3天抗压强度确超过了3MPa)。由于在实际的施工过程中,只有混凝土的强度低于3MPa才能对其进行切割,所以对于本工程,经与监理方、施工方沟通确定控制混凝土技术指标为:84小时强度不大于3MPa。在持续二个月的时间里我们选择A4、A5每隔5天采用生产线正在使用的不同批次的水泥、粉煤灰、矿渣粉、高效减水剂、砂、石,同一批缓凝剂进行10组试验,用以检验超缓凝混凝土早期强度和28天强度能否达到要求。试验数据见表3。



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从表3可以看出缓凝剂掺量为0.27%时84小时抗压强度有3组数据大于3MPa,超过设计要求。缓凝剂掺量为0.28%时,有2组试块84小时还未硬,但7天和28天抗压强度都与其它另外的8组数据差不多,都能符合设计要求。故我们最终确定超缓凝混凝土配合比的缓凝剂掺量为0.28%。由于确定了混凝土配合比和缓凝剂的掺量,从而可以计算出超缓凝剂中缓凝剂的比例。减水剂厂按超缓凝减水剂的配方生产超缓凝减水剂,并在使用前再进行试拌验证,只有用现用的各种原材料试拌的混凝土的84小时抗压强度符合要求了才能投入生产。


7原材料质量控制


由于原材料的变化对超缓凝混凝土的凝结时间影响比较大,所以我们在生产过程中要严格控制原材料的质量,特别是水泥和超缓凝减水剂。


7.1水泥


水泥的厂家、品种、规格一经选定后不随意更换,在进货过程中要严格检测每一批水泥的初终凝时间。使用不同批次水泥前要进行试拌验证,混凝土84小时抗压强度正常方可用于生产,否则需重新调整超缓凝减水剂中缓凝剂的掺量以达到要求。如有条件可用专用水泥罐。


7.2减水剂母液


必须选用试配同一家、同一型号的减水剂母液。


7.3缓凝剂


一定要选用同一厂家、同一型号的缓凝剂,最好是生产超缓凝减水剂所需的缓凝剂一次性采购,可以保证缓凝剂效果的一致,便于生产控制,因为不同批次的缓凝剂缓凝效果差别比较大。缓凝剂进货后需进行试拌验证。


8混凝土的质量控制


由于超缓凝混凝土必须使用超缓凝减水剂,所以整个生产过程必须严格控制,绝对不能用错减水剂,也不能把超缓凝减水剂用于其他混凝土。在生产前需有两个人核准输入的配合比,并确认使用的是超缓凝减水剂。每根超缓凝混凝土桩都留有三组试件,其中一组用来观察混凝土终凝时间及试压84小时抗压强度,另两组分别是7天、28天抗压强度试件。安排专人每隔三小时观察试件表面硬化情况,如72小时前已硬化或84小时抗压强度大于3MPa,应及时减少总胶凝材料中水泥的比例(在保证强度的范围内)和增加超缓凝减水剂的掺量(保证混凝土工作性能情况下)以延长混凝土的初凝时间,如还不够则需重新加工超缓凝减水剂,在其中增加缓凝剂的用量。如有必要还需通知施工单位积极配合,提早切割,以减少不必要的损失。


在运送和施工过程中严格把关,不可以打错单、送错工地,每车必须挂对标示牌。在工地卸料前必须确认桩号是否与送货单一致,因为工地有时会有2~3根桩同时进行浇筑,其中既有普通桩也有超缓凝桩。


9工程应用情况


南山医院改扩建(二期)基坑支护与土石方工程共有270根桩采用超缓凝C20水下混凝土进行灌注,共供应了9000多立方超缓凝混凝土,混凝土各龄期强度均能满足设计、施工的要求,数据统计见表4。


由于生产、运输、施工各个环节的严格控制,顺利完成整个工程施工。


 
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