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地铁超缓凝混凝土的质量控制及应用技术
admin在2018-04-13发布 频道:行业资讯 标签:应用技术 混凝土 地铁
     
[摘要] 本文阐述了通过对混凝土的原材料的选择、进场验收到存储,配合比的选择与试配,从计量、搅拌、运输、在各方面进行过程控制。通过全方位、全过程对混凝土质量的进行控制,使得地铁超缓凝混凝土在达到良好的出机工作性能下并能长久保持混凝土的和易性,满足超缓凝混凝土对凝结时间的同时大大改善了混凝土的和易性,特别适用于超大超长桩基等对混凝土水化温升、凝结时间及对混凝土耐久性有特殊要求的工程中。

1  引言
    随着科学技术和生产的发展,各种在严酷环境下使用的重大混凝土结构,如跨海大桥、海底隧道、地铁盾构等,以及有毒有害废物处置与处理工程的建造需要在不断的增加。这些混凝土工程的施工难度大,耐久性要求高,一旦出现事故,则后果十分严重,修补耗资巨大。同时,不少发达国家正面临一些钢筋混凝土结构的基础设施老化的问题,需要投入巨额资金进行修补或拆换,因此对混凝土的耐久性方面越来越受到社会的重视[1]。良好的工作性是混凝土质量均匀、获得高性能因而安全可靠的前提,没有良好的工作性就不可能有良好的耐久性。所以工作性对混凝土技术和管理现代化有重大影响。现代混凝土材料地材来源复杂,由于使用了超塑化剂特别是高减水聚羧酸减水剂和其他外加剂以及矿物掺合料,为了保证混凝土能有良好的工作性,对混凝土的全方位的质量控制显得尤为重要,从混凝土的原料入场把关,施工配合比的优化,混凝土生产过程的精心控制,及现场施工、振捣、养护的全程跟踪,才能确保优质混凝土得以在工程中应用。
    在天津的几条地铁施工中,为提高单桩的承载能力,桩的长度和横截面积都较大,单桩所需灌注的混凝土方量较大,灌注时间较长,与其是在炎热的季节,为保证混凝土在10个小时保持良好的工作性能,必须把混凝土的凝结时间大大延长,才能保证一次灌桩成功,[2]与普通混凝土相比,超缓凝混凝土的生产和施工并不需要特殊的工艺,但是在工艺的各个环节中普通混凝土不敏感的因素,超缓凝混凝土却会很敏感,特别是使用高性能聚羧酸高性能减水剂(缓凝型)后,因而需要更严格的控制和管理,尤其是在工地现场施工时,包括试配、原材料管理、浇筑、振捣成型、拆模养护等问题,需要作特别强调。

2 工程技术设计要求及试验结果
2.1.工程简介及混凝土技术指标要求:
2.1.1工程简介:天津地铁3号线华苑站,主体结构二柱三跨钢筋混凝土,框架结构地下岛式车站,标准段基坑净宽20.54米,深17.9米,地下市政管线错综复杂,该工程地质条件复杂,工程环境复杂,利用咬合桩技术形成排桩,是一种先进的地下连续墙围护技术,其关键工序为混凝土超缓凝技术,单桩灌桩时间在14~20小时。3号线与6号线中转站主体结构为双柱三跨三层,基坑开挖围护结构采用桩径为1米的钻孔咬合桩,桩长28~35米。
2.1.2混凝土技术要求:优选原材料,由于水下混凝土灌桩是连续作业,一旦灌注就必须一气呵成,因此对混凝土的粘聚性,坍落度损失,缓凝效果等各项指标的控制中,原材料的质量控制是至关重要的。
2.1.3该工程处于繁华地段,由于混凝土的运距长,浇筑时间较长,施工现场操作机器较多,混凝土需要较长的凝结时间,单桩成桩时间根据地质条件、桩长、桩径和钻孔能力,混凝土设计为C35水下混凝土,混凝土出机坍落度18-20CM,15小时保留值15-18CM,初凝时间大于36小时,终凝时间<42小时。
2.1.4考虑的桩基混凝土容易受到地下水中化学物质的侵蚀,无法达到设计使用年限,设计采用高性能混凝土,要求新拌混凝土具有优异的工作性能、硬化混凝土长期使用的物理力学性能和耐久性能。
2.2.原材料及试验内容
2.2.1试验原材料
    水泥:选用振兴水泥42.5水泥,矿粉:唐龙s95级矿粉,粉煤灰:选用军电二级粉煤灰,沙子:绥中二区中砂,细度模数2.6.,碎石:河北遵化 5-25mm连续级配的碎石,水:自来水。外加剂:天津飞龙聚羧酸系高性能减水剂、聚羧酸保坍剂、缓凝剂。
表1  地下水质分析结果
类型 深度 Mg2+ K++Na+ 总矿化度 SO42- CL- HCO3- 游离CO2 PH值
承压水 13.2 118.23 955.23 3455 326.72 1469.5 396.8 35.2 7.25
15.5 389.14 1722.13 6934.67 480.25 3545.4 909.1 30.2 7.27
19.8 150 675.55 2764.38 744.40 921.6 335.60 8.8 7.46
表2 混凝土和原材料的相关指标
序号 项目 控制指标
1 最大水胶比 ≤0.4
2 混凝土中氯离子含量(占胶凝材料的总量) ≤0.1%
3 混凝土总碱含量(占胶凝材料的总量) ≤3Kg/m³
4 骨料的碱活性
5 配置强度等级 ≥42MPa
6 坍落度和扩展度 500mm<SL<600mm
7 坍落度和扩展度经时损失 15小时损失<20mm
8 凝结时间 初凝:≥36h
2.2.2配合比设计
    本工程超大长径比桩基的混凝土设计强度等级C35,天津地区属于盐碱区,由水质分析结果可知,承压水对混凝土结构无腐蚀性,但在交替作用下对钢筋混凝土结构具有中等腐蚀,根据设计使用100年对混凝土的耐久性相关要求标准。根据前期初步筛选,并根据混凝土工作性能对混凝土配合比进一步优化,确定的四组配合比进行工作性能及耐久性能试验,具体的配合比见表3
表3 不同掺合料的比例及砂率对混凝土工作性的影响对比试验(Kg/m³)
等级 水泥 粉煤灰 矿粉 石子 沙子 外加剂
C35① 240 70 120 1020 760 7.0 170
C35② 240 70 120 1060 720 6.5 170
C35③ 260 90 90 1020 760 7.0 170
C35④ 260 90 90 1060 720 6.5 170
2.2.3 不同参数的试配对新拌混凝土工作性能及后期耐久性能影响
表4  超缓凝混凝土桩基工作性能和力学性能试验结果
坍落度/扩展度(mm/mm) 凝结时间(h/ min) 抗压强度(Mpa)
0H 5H 10H 15H 初凝 终凝 7d 28d
220/ 550 230/ 560 230/ 540 160/ 350 25h20min 28h50min 30.5 44.5
230/ 570 230/ 600 230/ 660 200/ 450 36h30min 40h50min 24.5 46.0
230/ 570 230/ 600 230/ 650 205/ 500 37h25min 44h50min 23.5 43.5
230/ 570 230/ 600 230/ 650 210/ 550 36h25min 41h50min 25.5 47.5
    试验小结:通过试验结果,试配②出机和易性好,粘度适中,流速快,出机混凝土工作性能好于其他三组。抗氯离子渗透性能是混凝土耐久性的一个重要方面,由于化学侵蚀通常发生在特定的环境下,氯离子侵入钢筋混凝土内部会引起钢筋锈蚀,本方法以通过混凝土试件的电通量为指标来确定混凝土抗氯离子渗透性能见表5。
表5  超缓凝混凝土氯离子渗透能力对使用年限的等级划分及试验结果
设计使用年限级别 设计标号
<C30
C30-C45
≥C50
一(100年)
<2000
<1500
<1000
二(60年)
<2500
<2000
<1500
二(30年)
<2500
<2000
<1500
实测值 电通量(56d,C)
1400
1100
1200
        1150
    分析表5得知:试配②相比于其他三组在超缓凝混凝土桩基中56天抗氯离子渗透最好,该混凝土渗透能力很低,能保证混凝土有较好的抗渗性能,从而提高混凝土对钢筋的保护作用。
    抗硫酸盐侵蚀试验水泥基材料的硫酸盐侵蚀破坏被认为是引起混凝土材料失效破坏的四大主要因素之一,天津有大片盐碱地,地下水中含有一定量的硫酸根离子,可能存在着地下水对混凝土构筑物的硫酸盐侵蚀破坏问题,因而本试验抗硫酸盐干湿循环为120次。试验结果见表6.
表6  混凝土抗硫酸盐侵蚀试验结果
序号 硫酸盐侵蚀次数 试件种类 平均值 耐蚀系数(%)
120 侵蚀试件 65.7 91.2
对比试件 72.0
120 侵蚀试件 68.1 94.6
对比试件 72.0
120 侵蚀试件 61.9 86.0
对比试件 72.0
120 侵蚀试件 63.7 88.5
对比试件 72.0
    由检测数据得知:超缓凝混凝土几组试配的抗硫酸盐等级在KS120以上,均能满足设计要求,试配②相比较其他几组试配耐蚀系数最高。
    对于钢筋锈蚀来说,最重要的是氯离子浓度,因此,测定混凝土孔溶液中的游离氯离子含量,对于评价混凝土的耐久性具有重要意义。采用离子选择电极法快速测定氯离子含量,试验结果见表7.
表7  C35超缓凝桩基混凝土现场抽检氯离子检测结果
样品④ 实测值(%) 理论计算值(%) 国家标准(%)
占胶凝材料质量百分比 0.029 0.032 ≤0.1

3  混凝土搅拌和运输
3.1.为得到离差较小的拌合物,混凝土的搅拌需使用强制式搅拌机。因采用聚羧酸高性能减水剂,水胶比很低的混凝土对用水量很敏感,所以要认真对待水的计量。施工前必须标定和校核量水系统,并扣除集料将带入的游离水,严格控制加水量。研究表明,搅拌时间少于75S时,混凝土的强度值会产生很大的变异性,其变异随搅拌时间的增加而减小,超过75s以后,再延长搅拌时间对混凝土强度的变异影响就不明显了,所以在地铁超缓凝混凝土生产中严格控制搅拌时间在80秒,搅拌好的混凝土拌合物出前要先取样检测其工作性,以便及时调整配合比,坚持水胶比和总胶材不变的原则,根据沙子细度模数及石子含粉量的变化及时调整砂率和外加剂掺量等可调参数,工作性合格后才允许拌合物出机。不合格时,要查找原因,不可轻率地认为一定是用水量不足而加水。一般的原因可能是称料的差错、水的计量不准、集料表面水量测或计算有误,等等。如查不出原因,流动性不足时,可通过提高外加剂掺量进行调整。采用搅拌车运输过程中保持匀速,在搅拌车卸料前,应先检测拌合物的工作性,发现坍落度不足时,可向搅拌车中补掺少量高性能减水剂,切忌加水。
3.2.对混凝土拌合物运输的要求:应根据施工进度、运量、运距及路况,选配车型和车辆总数。总运力应比总拌合能力略有富余。确保新拌混凝土在规定时间内运到摊铺现场。运输到现场的拌合物必须具有适宜的工作性,不满足时应通过试验,加大缓凝剂或保塑剂的剂量。混凝土运输过程中应防止漏浆、漏料和污染路面,途中不得随意耽搁。

4  结论
4. 1.通过加强混凝土原材料进场检测及混凝土质量的过程控制,改善混凝土工作性能的同时,才能保证混凝土的力学性能并大大提高混凝土的后期耐久性能。
4.2.影响混凝土质量的因素很多,控制混凝土质量的方法也多种多样,这些都有待于工程技术人员在今后的工作中进一步发掘。在混凝土出现质量波动时能及时分析原因、明确思路并采取有效措施加以调整,保证混凝土质量。诸如根据目前的原材料复杂的现状,朱效荣教授提出的预湿骨料新理论,充分发挥了外加剂在混凝土中分散作用的同时并大大改善了传统混凝土无法达到的良好工作状态,在混凝土质量控制中给我们广大技术同仁提供了先进的思路。
4.3.对于混凝土质量控制,需要精心施工,因此在施工中必须对混凝土的施工质量有足够的重视,施工中必须结合实际全面思考,合理采用原材料,才能起到良好的效果,确保工程质量。
                               
参考文献
1.《高性能混凝土》 P304  吴中伟 廉慧珍
2 .陈志清 深圳地铁工程钻孔咬合桩超缓凝混凝土技术要求 2010 P22
3.袁启涛 超保塑自密实水下混凝土的试验研究与应用  商品混凝土2012.12 P58-59
4.《绿色高性能混凝土研究》 朱效荣 李迁
  作者:王海涛  徐锦富  闫磊      
信息来源:混凝土第一视频网      
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