摘 要: 為解決C80 高強混凝土在地下洞庫工程被復, 尤其是拱頂被復結構的快速澆筑問題, 在對特殊部位混凝土所需要施工特性進行分析的基礎上, 通過配比試驗對C80 高性能混凝土的工作特性進行了研究, 取得了滿足工程設計和施工工藝要求的C80 混凝土配合比, 并在某大型地下廠房工程中得到了應用。研究表明,C80 混凝土優異的工作性能是保證地下洞庫工程拱頂被復混凝土施工質量的關鍵, 優質的活性細摻合料對于優化C80 高性能混凝土的工作性能、降低水化熱、防止裂縫發生、提高耐久性及力學性能發揮著重要作用。
關鍵詞: 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: TU 35 文獻標識碼: A
目前國內外對C80 級混凝土的性能和配制技術等已開展不少研究, 在我國的高層建筑、橋梁、海港、大跨度及預應力結構工程中已有成功應用[ 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境的限制, 洞內混凝土被復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行充分搗固。但是拱頂部的混凝土必須澆筑成一個密實的、品質均一的混凝土結構[ 6, 7 ]。對于高強C80 混凝土的澆筑, 除在施工工藝包括運輸、灌注和振搗方法等方面進行精心組織外, 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、流動性滿足巖石地下工程的施工現場條件, 才能實現人們對地下工程被復混凝土結構“內實外美”的質量要求。
1 C80 高性能混凝土配制技術
111 拱頂被復混凝土灌注需要的工作性能
由于洞內被復混凝土施工, 是在狹小的空間內進行的, 尤其是拱部的混凝土灌注和搗固作業是非常困難的, 在這種工況下, 采用低離析大流動性混凝土再結合精心的施工組織, 對避免拱部被復混凝土開裂是有利的。拱頂被復混凝土要求的工作特性有以下幾個方面:
(1) 混凝土和易性好, 入模坍落度18～ 20 cm ,在運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沒有很大變化。
(2) 泵送灌注順利, 在計劃的壓送條件下, 確保要求的壓送量。
(3) 為加快施工進度、降低工程成本, 洞庫工程被復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, 混凝土應具有能承受自身和施工附加荷載的必要強度, 一般為2～ 3M Pa。
在普通混凝土組份的基礎上, 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、高密實性和較大流動性的混凝土[ 5 ]。由于硅粉和粉煤灰結合了高活性摻料和低活性摻料的特點, 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揮效應, 可配制出滿足洞庫工程拱頂被復混凝土施工工藝要求的混凝土。
1．2 原材料的選擇
(1) 水泥: 強度等級為52．5 M Pa 的硅酸鹽水泥, 標準稠度用水量2812%、密度311 g／ cm 3。
(2) 硅粉: 實測燒失量116%、SiO 2 91%、活性指數21%、含水率017% , 檢測結果滿足文獻[ 8 ] 的要求。
(3) 高效外加劑: HP28CR 型高效減水劑。實測砂漿減水率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% , 檢測結果符合文獻[9 ]的要求。
(4) 粗骨料: 使用洞體花崗巖質碎石, 5～ 25 mm連續級配, 壓碎值指標9%、原巖抗壓強度平均值93．8M Pa、含泥量0．35% , 符合文獻[10 ]的要求。
(5) 細骨料: 河砂, 細度模數2．9%、含泥量0．8% , 符合文獻[11 ]的要求。
(6) 粉煤灰: I 級粉煤灰, 細度10．8%、需水量90%、含水率0．2%、燒失量4．5%。檢測結果符合文獻[12 ]的要求。
(7) 拌合水: 使用飲用水。
1．3 C80 混凝土配合比試驗
洞庫拱頂被復用C80 高性能混凝土的配合比試驗, 經過多次試配, 獲得了成功[ 13, 14 ] , 滿足了其物理力學性能和耐久性的要求, 更重要的是滿足了拱頂被復混凝土所需要的低離析大流動性工作性要求。
(1) 試配強度。C80 混凝土配合比參照文獻[15,16 ]要求進行, 配制強度按90M Pa 設計。
(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, 無法施工; 太大混凝土的強度無法保證。
(3) 高效減水劑對C80 混凝土的強度影響。HP28CR 高效減水劑減水率高, 不僅具有提高混凝土強度的作用, 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。經試驗比較, 摻量為2．1%、2．3%、2．5% , 對C80 混凝土強度和和易性對比, 如表1 所示。和易性和強度均以2．5% 為最佳值, 所以外加劑選用摻量為膠結料總量的2．5% 為宜。
表1 外加劑摻量對混凝土性能的影響
(4) 磨細摻和料對C80 混凝土性能的影響。試驗以硅粉、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, 可使混凝土早期強度明顯增加, 滿足早期拆模要求, 而且混凝土后期強度能持續增長。
(5) 粗、細骨料對C80 混凝土性能的影響。粗骨料的壓碎指標對混凝土強度影響很大, 本試驗采用洞內挖出花崗巖粉碎后做為混凝土原材料, 壓碎指標9% 滿足要求。
粗細骨料的合適比例也影響混凝土拌合物的工作性。由于C80 高強膠結材料用量較大, 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用
C80 混凝土拌合物由于膠結材料(水泥、硅粉、粉煤灰) 用量較大, 總量每立方米混凝土達600 kg,所以粘聚性較大, 但流動性仍較好。坍落度最大值達23 cm , 最小值18 cm , 完全滿足泵送和混凝土在拱頂大流動性的灌注要求。如表2 所示, 表中t 表示混凝土出機時間, 混凝土拌合物的保塑性較好, 經過一二小時后坍落度損失不大。考慮途中運輸、現場調度等待及泵送時間引起的坍落度損失, 實際仍能順利操作, 可確保拱頂混凝土澆筑質量。
表2 混凝土拌合物坍落度損失表
當然, C80 高性能混凝土還必須具有優異的物理力學性能和耐久性。經過試驗本次試驗, C80 混凝土的力學性能包括強度、抗拉強度、收縮值以及耐久性均滿足文獻[17 ]的要求。
在某地下廠房工程中, 拱部被復混凝土設計使用C80 混凝土, 輸送泵灌注。采用上述試驗配比配制的C80 混凝土, 施工過程中泵送順利, 沒有發生堵管, 整個灌注過程混凝土和易性都很好, 不泌水, 不離析, 澆筑后未發現裂縫。后經實測拱頂背部灌注密實, 回彈和試壓混凝土強度滿足設計和規范要求, 混凝土抗滲指標、彈性模量也達到設計要求。
3 結 語
(1)C80 高性能混凝土的3 項基本要求是高性能、高耐久性、高工作性。對于地下洞庫工程拱頂被復混凝土施工質量而言, 混凝土優異的工作性能尤為重要, 它是實現混凝土高強、高耐久性的關鍵。
(2) 配制高強高性能混凝土要著眼于膠凝材料的高強、高性能和改善界面結構、強化界面粘結, 調動水泥、活性細摻合料和高效減水劑的協同作用。優質的活性細摻合料是配制C80 高強高性能混凝土的必要組份, 它對于優化混凝土拌合物優異的工作性能、降低水化熱、防裂縫產生、提高混凝土耐久性及物理力學性能都發揮著重要作用。
(3) 本配制技術路線是可行的。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 , 穩定性良好, 其他力學性能和耐久性也滿足地下結構的設計要求。
參考文獻:
[ 1 ] 馮乃謙. 高性能混凝土的發展與應用[J ]. 施工技術,2003, 32 (4) : 126.
[ 2 ] 劉崇熙, 汪在芹, 李 珍. 高性能混凝土若干理論問題[J ]. 混凝土, 2003 (6) : 326.
[ 3 ] 繆昌文. 高性能混凝土在建筑工程中的應用[J ]. 混凝土與水泥制品, 2000, 27 (5) : 324.
[ 4 ] 黃土元. 高性能混凝土發展的問題與思考[J ]. 混凝土, 2003 (7) : 329.
[ 5 ] 朱清江. 高性能混凝土研制及應用[M ]. 北京: 中國建材工業出版社, 1999.
[ 6 ] 關寶樹. 隧道工程施工要點集[M ]. 北京: 人民交通出版社, 2003.
[ 7 ] 黃成光. 公路隧道施工[M ]. 北京: 人民交通出版社,2003.
[ 8 ] GBöT 18736—2002, 高強高性能混凝土用礦物外加劑[S ]. 北京: 中國標準出版社, 2002.
[ 9 ] GB8076—1997, 混凝土外加劑[S ]. 北京: 中國標準出版社, 1997.
[10 ] GBöT 14685—2001, 建筑用卵石、碎石[S ]. 北京: 中國標準出版社, 2001.
[11 ] GBöT 14684—2001, 建筑用砂[S ]. 北京: 中國標準出版社, 2001.
[ 12 ] GB1596—1991, 用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S ].北京: 中國標準出版社, 1991.
[13 ] 李志明. 用正交試驗法配制C60 免振搗混凝土[J ]. 建筑施工, 2001, 23 (2) : 1222124.
[14 ] 汪 野. 用正交試驗法配制高性能泵送混凝土的試驗研究[J ]. 混凝土, 2003 (3) : 38240.
[ 15 ] JGJ 55—2000, 普通混凝土配合比設計規程[S ]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2001.
[16 ] GBJ 107—1987, 混凝土強度檢驗評定標準[S ]. 北京:中國計劃出版社, 1988.
[17 ] DGöTJ 082503—2000, 高強泵送混凝土生產和施工規程[S ]. 上海: 上海市建設委員會, 2000.
(責任編輯: 湯雪峰)
