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C20超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土的配制及在钻孔咬合桩中的应用
admin在2020-10-22发布 频道:行业资讯 标签:
     
摘要:根据云南地区的原材料特性,采用Ⅱ级粉煤灰和S75矿粉复掺等量取代50%水泥成功配制出了满足施工要求的C20超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土。试验和施工应用表明:C20超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土具有较好的工作性能,易于施工操作;初凝时间较长,很好的满足了钻孔咬合桩施工工艺的要求;混凝土的3d强度低于3MPa,28天抗压强度满足设计要求,保证了混凝土的质量要求。同时,严格控制混凝土的生产及施工质量,加强施工组织管理,可以保证施工任务顺利完成和合理降低生产成本。
 
1 工程概况
  昆明市轨道交通3号线是由国家发展与改革委员会以发改基础[2009]1598号批准建设,是昆明主城内东西方向的骨干线。线路起点位于主城西部石咀火车站,沿春雨路、人民西路、东风西路、南屏街、东风东路至规划太平路,终点位于主城东部白沙河站。线路全长19.544km,地下线长14.824km,高架线长4.72km。共设车站19座,其中地下站16座,高架站3座,在石咀设车辆段,放马桥设停车场。昆明轨道交通3号线二期线路起于石咀,止于西山公园,全长4公里,其中地下线1.1公里,高架线2.9公里;共设地下车站1座,高架车站2座,建成后与3号线一期贯通运营。
  昆明轨道交通3号线塘子巷站3、4号出入口一期及二期工程由中铁十二局集团有限公司负责承建施工,主体结构深基坑开挖采用钻孔咬合桩作为围护结构。桩径1000mm,相邻两桩咬合量250mm,桩长5m~18m。咬合桩分为A桩和B桩,A桩为C20超缓凝水下素混凝土桩,B桩为C30水下钢筋混凝土桩,C20水下超缓凝混凝土方量约2685.4m3。塘子巷站的地基土层特征情况是上部土层大致稳定,下部土层变化较大。土质主要是素填土、河底淤泥层、粉质黏土、黏土等。

2 超缓凝混凝土的关键技术
  超缓凝混凝土不仅要求混凝土早期有较长的凝结时间,而且要求混凝土必须有足够的后期强度。超缓凝混凝土的设计和质量控制在钻孔咬合桩施工中起重要作用,尤其是缓凝时间和坍落度的控制对钻孔咬合桩施工至关重要[1-3]。目前,超缓凝混凝土的初凝时间和坍落度较难控制。
  (1)超缓凝混凝土的初凝时间。A桩的初凝时间是影响B桩咬合成功的关键。A桩的初凝时间由单桩成桩时间来确定,与地质条件、桩长、桩径和钻机能力等有关。首先应根据具体工程情况进行试桩,确定单桩成桩所需时间t,然后按式T=3t+K 确定超缓凝混凝土的初凝时间。式中:T为超缓凝混凝土的初凝时间;K为安全储备时间,一般取1.5t;t为单桩成桩所需时间。
  (2)超缓凝混凝土的坍落度。水下灌注超缓凝混凝土的坍落度不宜超过180mm~200mm,以满足水下混凝土灌注和防止B桩在成孔过程中发生A桩混凝土向B桩内“管涌”。考虑混凝土在运输工程中的坍落度经时损失,应根据实际情况控制混凝土出厂坍落度在200mm~220mm。
  (3)超缓凝混凝土的抗压强度。早期强度较低,后期强度要求发展迅速,是超缓凝混凝土强度的主要特点。应用于钻孔咬合桩的超缓凝混凝土要求3d强度不大于3MPa,28天强度满足设计要求。

3 超缓凝混凝土的原材料质量要求
  原材料的质量波动对超缓凝混凝土的质量影响较为突出,因此保证超缓凝混凝土原材料的稳定性及优选满足质量技术要求的原材料对超缓凝混凝土的质量控制具有重要作用。
  (1)水泥。配制超缓凝混凝土宜优先选用质量稳定的普通硅酸盐水泥,严禁采用快硬硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥等快硬型水泥。水泥的质量应符合《通用硅酸盐水泥》GB 175的规定。采用质量稳定的普通硅酸盐水泥并掺加较高质量的矿物掺合料配制超缓凝混凝土更具有技术和经济的合理性。
  (2)矿物掺合料。超缓凝混凝土中可掺入大量的矿物掺合料,有利于改善超缓凝混凝土技术性能,如延长凝结时间、降低水化热等。粉煤灰、粒化高炉矿渣粉是超缓凝混凝土最常用的矿物掺合料,粉煤灰应选用I、II级灰,粒化高炉矿渣粉应选用S75、S95和S105级矿粉,其质量应分别符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596和《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T 18046的规定。
  (3)骨料。骨料的颗粒级配及泥石粉含量对超缓凝混凝土的性能具有一定的影响,骨料的比表面积较大和泥石粉含量较高时,超缓凝混凝土的凝结时间缩短。粗骨料宜优先选用粒径5mm~25mm的碎石,并连续级配,泥石粉含量不大于1%,不宜选用粒径大于31.5mm的粗骨料。细骨料宜选用级配良好的Ⅱ区中砂,采用天然河砂时,含泥量不大于3%;采用机制砂时,石粉含量不应超过15%。粗、细骨料的其他技术指标应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52和《人工砂混凝土应用技术规程》JGJ/T 241的规定。
  (4)超缓凝剂及减水剂。缓凝剂的质量对超缓凝混凝土的质量具有关键性的影响。配制超缓凝混凝土宜优先选用超缓凝高效减水剂,也可选择超缓凝剂与高效减水剂相容性较好的组分进行复配。复配时,缓凝剂的掺量应根据缓凝剂的品种来选择。外加剂的选用时应考虑与水泥成分间的相容性。超缓凝剂及减水剂的质量还应符合《混凝土外加剂》GB 8076和《混凝土外加剂应用技术规范》GB 50119的规定。

4 混凝土的配制及性能
4.1 原材料
  1)水泥:云南国资水泥红河有限公司生产的P.O 42.5级水泥,其物理力学性能见表1。
  2)矿物掺合料:①Ⅱ级粉煤灰,取自云南恒阳实业有限公司,密度为2.26g/cm3,比表面积为327.9m2/kg,45μm筛余为16.3%,烧失量为2.31%,需水量比为98.3%,SO3含量为0.35%,7d活性指数62.3%,28d活性指数78.5%。②S75矿粉,取自玉溪三和新型建材技术有限公司,密度为2.91g/cm3,比表面积368.1m2/kg,7d活性指数59.0%,28d活性指数81.0%。
  3)集料:细集料由水洗人工砂和水洗山砂按1:3的比例复配,细度模数3.0,Ⅱ区中砂,含泥量2.1%,压碎指标值16.2%;粗集料是粒径为5mm~25mm连续级配的碎石,压碎值9.2%,含泥量0.82%,泥块含量0.15%,针片状颗粒含量1.7%。
  4)缓凝高效减水剂:采用云南建工集团有限公司商品混凝土部自行研制的JG-C型萘系缓凝高效减水剂,有效葡萄糖酸钠含量为21%,减水率为18%。
5)水:昆明市自来水。
表1  水泥的物理力学性能
比表面积/m2·kg-1 80μm筛筛余/% 凝结时间/min   抗折强度/MPa   抗压强度 /MPa
初凝 终凝 3d 28d 3d 28d
375 3.5 214 259   5.4 8.2   26.7 51.3
4.2 配合比的确定
  根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011设计原则,综合考虑云南地区的原材料特性,C20水下超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土的配合比参数按以下范围选取:水胶比控制在0.45~0.50范围,胶凝材料总量控制在360kg/m3~400kg/m3,砂率控制在39%~43%范围,粉煤灰与矿粉复合等量取代40%~50%水泥,JG-C缓凝高效减水剂的掺量为胶凝材料总量的2.6%~3.2%。
  经过实验室大量试配和生产试配,根据混凝土的流动性能、凝结性能、抗压强度试验结果及配合比的经济性优选确定最终配合比,最终确定初凝时间为60h~80h的C20水下超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土生产配合比。具体生产配合比见表2。
表2  C20水下超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土生产配合比
配合比/(kg·m-3) JG-C/% 砂率 水灰比
水泥 粉煤灰 矿粉
190 100 90 755 1080 185 3.0 41.1 0.49
4.3 混凝土的性能
  选取生产搅拌站的200组C20水下超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土代表性试样进行工作性能、凝结性能和抗压强度统计分析,统计结果见表3。
表3 混凝土的工作性能、凝结性能和抗压强度统计值
工作性能   凝结时间/h   抗压强度/MPa
坍落度/mm 扩展度/mm 初凝 终凝 3d 28d
180~220(170~200# 440~490(400~455#   60~90(73.2*) 72~105(89.4*)   0~2.6(1.3*) 24.5~29.0(26.2*)
注:#表示混凝土现场工作性抽检结果;*表示为200组数据统计平均值。
  由表3可知:(1)C20超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土的工作性能较好,混凝土拌合物具有良好的粘聚性和保水性,现场易于施工操作。混凝土出厂坍落度在180~220mm,扩展度在440~490mm,施工现场抽检坍落度为170~200mm,扩展度为400~455mm。(2)C20超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土的凝结时间较长,很好的满足了钻孔咬合桩施工工艺的要求。混凝土的初凝时间为60~90h,平均初凝时间为73.2h;终凝时间为72~105h,平均终凝时间89.4h。(3)C20超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土的早期强度得到显著抑制,后期强度发展迅速。混凝土的3d强度低于3MPa,平均强度为1.3MPa;28天抗压强度为24.5~28.7MPa,平均强度26.5MPa,达到设计强度等级的132.5%,28d强度满足设计要求。

5 混凝土生产及施工质量控制
  超缓凝混凝土的质量是钻孔咬合桩施工工艺成功的前提,混凝土凝结时间、和易性及各龄期强度中一项出现意外,均会严重影响施工正常进行和工程质量,因此,对混凝土生产质量控制及现场施工组织的要求较高。总结超缓凝混凝土近一年多的生产质量控制经验及现场施工情况,在超缓凝混凝土生产及施工中应特别注意以下几个问题。
  (1)在生产前应落实原材料准备及原材料性能检测,并应使各类材料的质量保持相对稳定,特别是JG-C缓凝剂、掺合料和水泥的质量必须严格控制。
  (2)应根据生产站实际材料情况进行生产试配,确定最终配合比,并保证生产原材料与试配材料保持一致。当原材料发生变化时,应提前按混凝土配合比进行试拌验证,混凝土性能符合要求方可生产。
  (3)生产中应采取可靠措施防止材料误用,主要材料应专罐专用,运输时专车运送。
  (4)生产前和生产过程中,应保证JG-C缓凝高效减水剂的缓凝成分充分溶解和搅拌均匀,并保证生产过程中不与其他外加剂混用。生产时应严格控制JG-C超缓凝外加剂的掺量,调整比例±0.2%,保证超缓凝混凝土初凝时间在60h以上,且不影响后期强度的发展。
  (4)超缓凝混凝土出厂时,必须严格检测其工作性,每桩混凝土应进行取样监测混凝土的凝结时间,并取样成型相应龄期强度试件。
  (5)超缓凝混凝土运抵工地后,施工方应仔细核查混凝土类别和等级,防止普通混凝土与超缓凝混凝土误用以及强度等级不符,同时施工方应在监理方的陪同下进行取样监测凝结时间,并取样成型相应龄期强度试件。
  (6)混凝土凝结时间监测试件及强度检验试件制作后须以保鲜膜或塑料纸覆盖,强度检验试件应在试件终凝后12h左右方可拆模,并应注意保护试块,防止试块在搬运及养护过程受损。
  (7)A桩混凝土浇筑完毕后待B桩混凝土钻孔浇筑完成后应进行填土养护。

6 结论
  (1)超缓凝混凝土的配合比设计关键是严格控制原材料品质、控制混凝土的初凝时间、坍落度及抗压强度,使其满足钻孔咬合桩施工工艺的要求和质量要求。
  (2)根据云南地区的原材料特性,采用Ⅱ级粉煤灰和S75矿粉复掺等量取代50%水泥成功配制出了满足施工要求的C20超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土。C20超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土具有较好的工作性能,易于施工操作;初凝时间较长,很好的满足了钻孔咬合桩施工工艺的要求;混凝土的3d强度低于3MPa,28天抗压强度满足设计要求,保证了混凝土的质量要求。
  (3)从工程实践应用来看,只要合理的进行配合比优化,严格控制混凝土的生产及施工质量,加强施工组织管理,可以保证施工任务顺利完成和合理降低生产成本,最终得到施工方的好评。
参考文献
[1] 王亚强. 超缓凝混凝土在深钻孔咬合桩中的配合比设计及应用[J]. 浙江建筑, 2006, 23(11): 40~42
[2] 徐辉, 李克亮, 邢有红, 等. 混凝土超缓凝剂在钻孔咬合桩施工中的研究与应用[J]. 建筑科学, 2008, 24(7): 48~57
[3] 陈清志. 深圳地铁工程钻孔咬合桩超缓凝混凝土的配制与应用[J]. 混凝土与水泥制品, 2002, (2): 21~23
作者李世华 赵彦 梁丽敏 陈华民 曹蓉
信息来源:混凝土视频网    

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