摘 要: 為解決C80 高強(qiáng)混凝土在地下洞庫(kù)工程被復(fù), 尤其是拱頂被復(fù)結(jié)構(gòu)的快速澆筑問題, 在對(duì)特殊部位混凝土所需要施工特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上, 通過配比試驗(yàn)對(duì)C80 高性能混凝土的工作特性進(jìn)行了研究, 取得了滿足工程設(shè)計(jì)和施工工藝要求的C80 混凝土配合比, 并在某大型地下廠房工程中得到了應(yīng)用。研究表明,C80 混凝土優(yōu)異的工作性能是保證地下洞庫(kù)工程拱頂被復(fù)混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵, 優(yōu)質(zhì)的活性細(xì)摻合料對(duì)于優(yōu)化C80 高性能混凝土的工作性能、降低水化熱、防止裂縫發(fā)生、提高耐久性及力學(xué)性能發(fā)揮著重要作用。
關(guān)鍵詞: 高性能混凝土; 地下工程; 混凝土配合比; 混凝土灌注
中圖分類號(hào): TU 35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)C80 級(jí)混凝土的性能和配制技術(shù)等已開展不少研究, 在我國(guó)的高層建筑、橋梁、海港、大跨度及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)工程中已有成功應(yīng)用[ 1～ 5 ] , 但在地下工程中使用C80 高性能混凝土還不多。
由于地下工程施工條件和施工環(huán)境的限制, 洞內(nèi)混凝土被復(fù)施工比露天混凝土施工有一定的難度, 尤其洞體拱部很難進(jìn)行充分搗固。但是拱頂部的混凝土必須澆筑成一個(gè)密實(shí)的、品質(zhì)均一的混凝土結(jié)構(gòu)[ 6, 7 ]。對(duì)于高強(qiáng)C80 混凝土的澆筑, 除在施工工藝包括運(yùn)輸、灌注和振搗方法等方面進(jìn)行精心組織外, 還有必要從混凝土配合比入手研究混凝土的工作特性, 使混凝土的和易性、坍落度、流動(dòng)性滿足巖石地下工程的施工現(xiàn)場(chǎng)條件, 才能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)地下工程被復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)“內(nèi)實(shí)外美”的質(zhì)量要求。
1 C80 高性能混凝土配制技術(shù)
111 拱頂被復(fù)混凝土灌注需要的工作性能
由于洞內(nèi)被復(fù)混凝土施工, 是在狹小的空間內(nèi)進(jìn)行的, 尤其是拱部的混凝土灌注和搗固作業(yè)是非常困難的, 在這種工況下, 采用低離析大流動(dòng)性混凝土再結(jié)合精心的施工組織, 對(duì)避免拱部被復(fù)混凝土開裂是有利的。拱頂被復(fù)混凝土要求的工作特性有以下幾個(gè)方面:
(1) 混凝土和易性好, 入模坍落度18～ 20 cm ,在運(yùn)送過程中混凝土坍落度損失小, 要保證壓送前后的混凝土品質(zhì)沒有很大變化。
(2) 泵送灌注順利, 在計(jì)劃的壓送條件下, 確保要求的壓送量。
(3) 為加快施工進(jìn)度、降低工程成本, 洞庫(kù)工程被復(fù)混凝土施工要快速倒用模板, 多采用早期(一二天) 脫模。脫模時(shí), 混凝土應(yīng)具有能承受自身和施工附加荷載的必要強(qiáng)度, 一般為2～ 3M Pa。
在普通混凝土組份的基礎(chǔ)上, 摻加高效減水劑以及硅粉、粉煤灰外摻料, 在低水灰比條件下, 配制和易性好、泌漿量小、高密實(shí)性和較大流動(dòng)性的混凝土[ 5 ]。由于硅粉和粉煤灰結(jié)合了高活性摻料和低活性摻料的特點(diǎn), 與高效減水劑共同使用, 將使混凝土的這些組份充分綜合地發(fā)揮效應(yīng), 可配制出滿足洞庫(kù)工程拱頂被復(fù)混凝土施工工藝要求的混凝土。
1．2 原材料的選擇
(1) 水泥: 強(qiáng)度等級(jí)為52．5 M Pa 的硅酸鹽水泥, 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量2812%、密度311 g／ cm 3。
(2) 硅粉: 實(shí)測(cè)燒失量116%、SiO 2 91%、活性指數(shù)21%、含水率017% , 檢測(cè)結(jié)果滿足文獻(xiàn)[ 8 ] 的要求。
(3) 高效外加劑: HP28CR 型高效減水劑。實(shí)測(cè)砂漿減水率26．7%、密度1．06 g／cm 3、固體含量2119%、pH 值6．5、氯離子含量0．034% , 檢測(cè)結(jié)果符合文獻(xiàn)[9 ]的要求。
(4) 粗骨料: 使用洞體花崗巖質(zhì)碎石, 5～ 25 mm連續(xù)級(jí)配, 壓碎值指標(biāo)9%、原巖抗壓強(qiáng)度平均值93．8M Pa、含泥量0．35% , 符合文獻(xiàn)[10 ]的要求。
(5) 細(xì)骨料: 河砂, 細(xì)度模數(shù)2．9%、含泥量0．8% , 符合文獻(xiàn)[11 ]的要求。
(6) 粉煤灰: I 級(jí)粉煤灰, 細(xì)度10．8%、需水量90%、含水率0．2%、燒失量4．5%。檢測(cè)結(jié)果符合文獻(xiàn)[12 ]的要求。
(7) 拌合水: 使用飲用水。
1．3 C80 混凝土配合比試驗(yàn)
洞庫(kù)拱頂被復(fù)用C80 高性能混凝土的配合比試驗(yàn), 經(jīng)過多次試配, 獲得了成功[ 13, 14 ] , 滿足了其物理力學(xué)性能和耐久性的要求, 更重要的是滿足了拱頂被復(fù)混凝土所需要的低離析大流動(dòng)性工作性要求。
(1) 試配強(qiáng)度。C80 混凝土配合比參照文獻(xiàn)[15,16 ]要求進(jìn)行, 配制強(qiáng)度按90M Pa 設(shè)計(jì)。
(2) 選擇低水膠比。配制C80 高性能混凝土必須采用低水膠比。在試配中, 水泥和磨細(xì)摻和料(硅粉和粉煤灰) 的用量不宜過大, 水泥用量不宜超過550kgöm 3, 磨細(xì)摻和料不宜大于120 kg／m 3。為保證混凝土工作性, 水膠比采用0．23～ 0．26, 太小保證不了混凝土的坍落度, 無(wú)法施工; 太大混凝土的強(qiáng)度無(wú)法保證。
(3) 高效減水劑對(duì)C80 混凝土的強(qiáng)度影響。HP28CR 高效減水劑減水率高, 不僅具有提高混凝土強(qiáng)度的作用, 而且能增大混凝土拌合物坍落度, 并使混凝土拌合物的坍落度損失大幅度減少, 減少泌水和混凝土的離析, 保證混凝土有良好的工作性。經(jīng)試驗(yàn)比較, 摻量為2．1%、2．3%、2．5% , 對(duì)C80 混凝土強(qiáng)度和和易性對(duì)比, 如表1 所示。和易性和強(qiáng)度均以2．5% 為最佳值, 所以外加劑選用摻量為膠結(jié)料總量的2．5% 為宜。
表1 外加劑摻量對(duì)混凝土性能的影響
(4) 磨細(xì)摻和料對(duì)C80 混凝土性能的影響。試驗(yàn)以硅粉、粉煤灰摻量(等量取代水泥和超量取代水泥) 來改善混凝土性能。硅粉和粉煤灰二者配合摻用能補(bǔ)償普通水泥混凝土及半摻硅粉或粉煤灰之不足, 可使混凝土早期強(qiáng)度明顯增加, 滿足早期拆模要求, 而且混凝土后期強(qiáng)度能持續(xù)增長(zhǎng)。
(5) 粗、細(xì)骨料對(duì)C80 混凝土性能的影響。粗骨料的壓碎指標(biāo)對(duì)混凝土強(qiáng)度影響很大, 本試驗(yàn)采用洞內(nèi)挖出花崗巖粉碎后做為混凝土原材料, 壓碎指標(biāo)9% 滿足要求。
粗細(xì)骨料的合適比例也影響混凝土拌合物的工作性。由于C80 高強(qiáng)膠結(jié)材料用量較大, 所以砂率不宜過大, 不然將增加拌合物的粘聚性, 從而影響流動(dòng)性。砂率宜選用32%～ 34%。C80 高性能混凝土配合比為: 水泥(52. 5# ) 490Kg／m 3, 中砂687 kg／m 3, 碎石( 5～ 25 mm ) 948Kg／m 3, 水150 kg／m 3, É 級(jí)粉煤灰78 kg／m 3, 外加劑HP28CR 15 kg／m 3, 硅粉32 kg／m 3, 水膠比0. 25, 坍落度20～ 23 cm。
2 C80 混凝土工作特性與應(yīng)用
C80 混凝土拌合物由于膠結(jié)材料(水泥、硅粉、粉煤灰) 用量較大, 總量每立方米混凝土達(dá)600 kg,所以粘聚性較大, 但流動(dòng)性仍較好。坍落度最大值達(dá)23 cm , 最小值18 cm , 完全滿足泵送和混凝土在拱頂大流動(dòng)性的灌注要求。如表2 所示, 表中t 表示混凝土出機(jī)時(shí)間, 混凝土拌合物的保塑性較好, 經(jīng)過一二小時(shí)后坍落度損失不大?？紤]途中運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度等待及泵送時(shí)間引起的坍落度損失, 實(shí)際仍能順利操作, 可確保拱頂混凝土澆筑質(zhì)量。
表2 混凝土拌合物坍落度損失表
當(dāng)然, C80 高性能混凝土還必須具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能和耐久性。經(jīng)過試驗(yàn)本次試驗(yàn), C80 混凝土的力學(xué)性能包括強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、收縮值以及耐久性均滿足文獻(xiàn)[17 ]的要求。
在某地下廠房工程中, 拱部被復(fù)混凝土設(shè)計(jì)使用C80 混凝土, 輸送泵灌注。采用上述試驗(yàn)配比配制的C80 混凝土, 施工過程中泵送順利, 沒有發(fā)生堵管, 整個(gè)灌注過程混凝土和易性都很好, 不泌水, 不離析, 澆筑后未發(fā)現(xiàn)裂縫。后經(jīng)實(shí)測(cè)拱頂背部灌注密實(shí), 回彈和試壓混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求, 混凝土抗?jié)B指標(biāo)、彈性模量也達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
3 結(jié) 語(yǔ)
(1)C80 高性能混凝土的3 項(xiàng)基本要求是高性能、高耐久性、高工作性。對(duì)于地下洞庫(kù)工程拱頂被復(fù)混凝土施工質(zhì)量而言, 混凝土優(yōu)異的工作性能尤為重要, 它是實(shí)現(xiàn)混凝土高強(qiáng)、高耐久性的關(guān)鍵。
(2) 配制高強(qiáng)高性能混凝土要著眼于膠凝材料的高強(qiáng)、高性能和改善界面結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化界面粘結(jié), 調(diào)動(dòng)水泥、活性細(xì)摻合料和高效減水劑的協(xié)同作用。優(yōu)質(zhì)的活性細(xì)摻合料是配制C80 高強(qiáng)高性能混凝土的必要組份, 它對(duì)于優(yōu)化混凝土拌合物優(yōu)異的工作性能、降低水化熱、防裂縫產(chǎn)生、提高混凝土耐久性及物理力學(xué)性能都發(fā)揮著重要作用。
(3) 本配制技術(shù)路線是可行的。所配制的C80 高性能混凝土工作性能滿足了地下工程特殊部位的工藝要求, 混凝土拌合物坍落度在21～ 23 cm , 穩(wěn)定性良好, 其他力學(xué)性能和耐久性也滿足地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。
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(責(zé)任編輯: 湯雪峰)
