摘 要: 为解决C80 高强混凝土在地下洞库工程被复, 尤其是拱顶被复结构的快速浇筑问题, 在对特殊部位混凝土所需要施工特性进行分析的基础上, 通过配比试验对C80 高性能混凝土的工作特性进行了研究, 取得了满足工程设计和施工工艺要求的C80 混凝土配合比, 并在某大型地下厂房工程中得到了应用。研究表明,C80 混凝土优异的工作性能是保证地下洞库工程拱顶被复混凝土施工质量的关键, 优质的活性细掺合料对于优化C80 高性能混凝土的工作性能、降低水化热、防止裂缝发生、提高耐久性及力学性能发挥着重要作用。
关键词: 高性能混凝土; 地下工程; 混凝土配合比; 混凝土灌注
中图分类号: TU 35 文献标识码: A
目前国内外对C80 级混凝土的性能和配制技术等已开展不少研究, 在我国的高层建筑、桥梁、海港、大跨度及预应力结构工程中已有成功应用[ 1～ 5 ] , 但在地下工程中使用C80 高性能混凝土还不多。
由于地下工程施工条件和施工环境的限制, 洞内混凝土被复施工比露天混凝土施工有一定的难度, 尤其洞体拱部很难进行充分捣固。但是拱顶部的混凝土必须浇筑成一个密实的、品质均一的混凝土结构[ 6, 7 ]。对于高强C80 混凝土的浇筑, 除在施工工艺包括运输、灌注和振捣方法等方面进行精心组织外, 还有必要从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、流动性满足岩石地下工程的施工现场条件, 才能实现人们对地下工程被复混凝土结构“内实外美”的质量要求。
1 C80 高性能混凝土配制技术
111 拱顶被复混凝土灌注需要的工作性能
由于洞内被复混凝土施工, 是在狭小的空间内进行的, 尤其是拱部的混凝土灌注和捣固作业是非常困难的, 在这种工况下, 采用低离析大流动性混凝土再结合精心的施工组织, 对避免拱部被复混凝土开裂是有利的。拱顶被复混凝土要求的工作特性有以下几个方面:
(1) 混凝土和易性好, 入模坍落度18～ 20 cm ,在运送过程中混凝土坍落度损失小, 要保证压送前后的混凝土品质没有很大变化。
(2) 泵送灌注顺利, 在计划的压送条件下, 确保要求的压送量。
(3) 为加快施工进度、降低工程成本, 洞库工程被复混凝土施工要快速倒用模板, 多采用早期(一二天) 脱模。脱模时, 混凝土应具有能承受自身和施工附加荷载的必要强度, 一般为2～ 3M Pa。
在普通混凝土组份的基础上, 掺加高效减水剂以及硅粉、粉煤灰外掺料, 在低水灰比条件下, 配制和易性好、泌浆量小、高密实性和较大流动性的混凝土[ 5 ]。由于硅粉和粉煤灰结合了高活性掺料和低活性掺料的特点, 与高效减水剂共同使用, 将使混凝土的这些组份充分综合地发挥效应, 可配制出满足洞库工程拱顶被复混凝土施工工艺要求的混凝土。
1．2 原材料的选择
(1) 水泥: 强度等级为52．5 M Pa 的硅酸盐水泥, 标准稠度用水量2812%、密度311 g／ cm 3。
(2) 硅粉: 实测烧失量116%、SiO 2 91%、活性指数21%、含水率017% , 检测结果满足文献[ 8 ] 的要求。
(3) 高效外加剂: HP28CR 型高效减水剂。实测砂浆减水率26．7%、密度1．06 g／cm 3、固体含量2119%、pH 值6．5、氯离子含量0．034% , 检测结果符合文献[9 ]的要求。
(4) 粗骨料: 使用洞体花岗岩质碎石, 5～ 25 mm连续级配, 压碎值指标9%、原岩抗压强度平均值93．8M Pa、含泥量0．35% , 符合文献[10 ]的要求。
(5) 细骨料: 河砂, 细度模数2．9%、含泥量0．8% , 符合文献[11 ]的要求。
(6) 粉煤灰: I 级粉煤灰, 细度10．8%、需水量90%、含水率0．2%、烧失量4．5%。检测结果符合文献[12 ]的要求。
(7) 拌合水: 使用饮用水。
1．3 C80 混凝土配合比试验
洞库拱顶被复用C80 高性能混凝土的配合比试验, 经过多次试配, 获得了成功[ 13, 14 ] , 满足了其物理力学性能和耐久性的要求, 更重要的是满足了拱顶被复混凝土所需要的低离析大流动性工作性要求。
(1) 试配强度。C80 混凝土配合比参照文献[15,16 ]要求进行, 配制强度按90M Pa 设计。
(2) 选择低水胶比。配制C80 高性能混凝土必须采用低水胶比。在试配中, 水泥和磨细掺和料(硅粉和粉煤灰) 的用量不宜过大, 水泥用量不宜超过550kgöm 3, 磨细掺和料不宜大于120 kg／m 3。为保证混凝土工作性, 水胶比采用0．23～ 0．26, 太小保证不了混凝土的坍落度, 无法施工; 太大混凝土的强度无法保证。
(3) 高效减水剂对C80 混凝土的强度影响。HP28CR 高效减水剂减水率高, 不仅具有提高混凝土强度的作用, 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损失大幅度减少, 减少泌水和混凝土的离析, 保证混凝土有良好的工作性。经试验比较, 掺量为2．1%、2．3%、2．5% , 对C80 混凝土强度和和易性对比, 如表1 所示。和易性和强度均以2．5% 为最佳值, 所以外加剂选用掺量为胶结料总量的2．5% 为宜。
表1 外加剂掺量对混凝土性能的影响
(4) 磨细掺和料对C80 混凝土性能的影响。试验以硅粉、粉煤灰掺量(等量取代水泥和超量取代水泥) 来改善混凝土性能。硅粉和粉煤灰二者配合掺用能补偿普通水泥混凝土及半掺硅粉或粉煤灰之不足, 可使混凝土早期强度明显增加, 满足早期拆模要求, 而且混凝土后期强度能持续增长。
(5) 粗、细骨料对C80 混凝土性能的影响。粗骨料的压碎指标对混凝土强度影响很大, 本试验采用洞内挖出花岗岩粉碎后做为混凝土原材料, 压碎指标9% 满足要求。
粗细骨料的合适比例也影响混凝土拌合物的工作性。由于C80 高强胶结材料用量较大, 所以砂率不宜过大, 不然将增加拌合物的粘聚性, 从而影响流动性。砂率宜选用32%～ 34%。C80 高性能混凝土配合比为: 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 级粉煤灰78 kg／m 3, 外加剂HP28CR 15 kg／m 3, 硅粉32 kg／m 3, 水胶比0. 25, 坍落度20～ 23 cm。
2 C80 混凝土工作特性与应用
C80 混凝土拌合物由于胶结材料(水泥、硅粉、粉煤灰) 用量较大, 总量每立方米混凝土达600 kg,所以粘聚性较大, 但流动性仍较好。坍落度最大值达23 cm , 最小值18 cm , 完全满足泵送和混凝土在拱顶大流动性的灌注要求。如表2 所示, 表中t 表示混凝土出机时间, 混凝土拌合物的保塑性较好, 经过一二小时后坍落度损失不大。考虑途中运输、现场调度等待及泵送时间引起的坍落度损失, 实际仍能顺利操作, 可确保拱顶混凝土浇筑质量。
表2 混凝土拌合物坍落度损失表
当然, C80 高性能混凝土还必须具有优异的物理力学性能和耐久性。经过试验本次试验, C80 混凝土的力学性能包括强度、抗拉强度、收缩值以及耐久性均满足文献[17 ]的要求。
在某地下厂房工程中, 拱部被复混凝土设计使用C80 混凝土, 输送泵灌注。采用上述试验配比配制的C80 混凝土, 施工过程中泵送顺利, 没有发生堵管, 整个灌注过程混凝土和易性都很好, 不泌水, 不离析, 浇筑后未发现裂缝。后经实测拱顶背部灌注密实, 回弹和试压混凝土强度满足设计和规范要求, 混凝土抗渗指标、弹性模量也达到设计要求。
3 结 语
(1)C80 高性能混凝土的3 项基本要求是高性能、高耐久性、高工作性。对于地下洞库工程拱顶被复混凝土施工质量而言, 混凝土优异的工作性能尤为重要, 它是实现混凝土高强、高耐久性的关键。
(2) 配制高强高性能混凝土要着眼于胶凝材料的高强、高性能和改善界面结构、强化界面粘结, 调动水泥、活性细掺合料和高效减水剂的协同作用。优质的活性细掺合料是配制C80 高强高性能混凝土的必要组份, 它对于优化混凝土拌合物优异的工作性能、降低水化热、防裂缝产生、提高混凝土耐久性及物理力学性能都发挥着重要作用。
(3) 本配制技术路线是可行的。所配制的C80 高性能混凝土工作性能满足了地下工程特殊部位的工艺要求, 混凝土拌合物坍落度在21～ 23 cm , 稳定性良好, 其他力学性能和耐久性也满足地下结构的设计要求。
参考文献:
[ 1 ] 冯乃谦. 高性能混凝土的发展与应用[J ]. 施工技术,2003, 32 (4) : 126.
[ 2 ] 刘崇熙, 汪在芹, 李 珍. 高性能混凝土若干理论问题[J ]. 混凝土, 2003 (6) : 326.
[ 3 ] 缪昌文. 高性能混凝土在建筑工程中的应用[J ]. 混凝土与水泥制品, 2000, 27 (5) : 324.
[ 4 ] 黄土元. 高性能混凝土发展的问题与思考[J ]. 混凝土, 2003 (7) : 329.
[ 5 ] 朱清江. 高性能混凝土研制及应用[M ]. 北京: 中国建材工业出版社, 1999.
[ 6 ] 关宝树. 隧道工程施工要点集[M ]. 北京: 人民交通出版社, 2003.
[ 7 ] 黄成光. 公路隧道施工[M ]. 北京: 人民交通出版社,2003.
[ 8 ] GBöT 18736—2002, 高强高性能混凝土用矿物外加剂[S ]. 北京: 中国标准出版社, 2002.
[ 9 ] GB8076—1997, 混凝土外加剂[S ]. 北京: 中国标准出版社, 1997.
[10 ] GBöT 14685—2001, 建筑用卵石、碎石[S ]. 北京: 中国标准出版社, 2001.
[11 ] GBöT 14684—2001, 建筑用砂[S ]. 北京: 中国标准出版社, 2001.
[ 12 ] GB1596—1991, 用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S ].北京: 中国标准出版社, 1991.
[13 ] 李志明. 用正交试验法配制C60 免振捣混凝土[J ]. 建筑施工, 2001, 23 (2) : 1222124.
[14 ] 汪 野. 用正交试验法配制高性能泵送混凝土的试验研究[J ]. 混凝土, 2003 (3) : 38240.
[ 15 ] JGJ 55—2000, 普通混凝土配合比设计规程[S ]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2001.
[16 ] GBJ 107—1987, 混凝土强度检验评定标准[S ]. 北京:中国计划出版社, 1988.
[17 ] DGöTJ 082503—2000, 高强泵送混凝土生产和施工规程[S ]. 上海: 上海市建设委员会, 2000.
(责任编辑: 汤雪峰)
