預(yù)制盾構(gòu)高性能混凝土的研究和應(yīng)用

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1、預(yù)制盾構(gòu)高性能混凝土的研究和應(yīng)用李小紅卯戰(zhàn)革張秋仙趙霞摘要結(jié)合南水北調(diào)中線穿黃Ⅱ—A、Ⅱ—B標(biāo)工程預(yù)制盾構(gòu)管片的施工，對配制管片高性能混凝土的原材料和配合比進(jìn)行了優(yōu)選。該配合比通過正交試驗(yàn)，對內(nèi)摻摻合料的高性能混凝土配合比的多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了考查，確定出經(jīng)濟(jì)合理的配合比。依據(jù)該配合比配制的混凝土試驗(yàn)結(jié)果表明：混凝土強(qiáng)度達(dá)到了C50、拌和物易于澆搗、抗?jié)B等級滿足W12、抗凍等級滿足F200，堿含量僅2.18Kg/m3；通過蒸養(yǎng)工藝的優(yōu)化，有效提高了混凝土的早期強(qiáng)度，使8h（含升、降溫過程）蒸養(yǎng)強(qiáng)度達(dá)到20MPa以上，達(dá)到每天可

2、以生產(chǎn)兩批產(chǎn)品的效率。關(guān)鍵詞盾構(gòu)管片高性能混凝土配合比蒸養(yǎng)工藝南水北調(diào)工程中線穿越黃河為兩條平行大直徑地下圓型輸水管道，采用預(yù)制盾構(gòu)管片作為襯砌，盾構(gòu)管片混凝土設(shè)計要求為C50W12F200。盾構(gòu)管片混凝土基本要求如下：（1）抗壓強(qiáng)度設(shè)計等級為C50，要求早強(qiáng)，即在蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下滿足12h一次模具周轉(zhuǎn)，且蒸養(yǎng)時間不得超過8h（包括升溫和降溫過程，拆模溫度不大于30℃），吊運(yùn)強(qiáng)度要達(dá)到20MPa左右，不得低于15MPa。（2）水膠比不大于0.35，混凝土坍落度小于70mm，易于澆筑和振搗。（3）由于采用振搗工藝，混凝土必須

3、有良好的觸變性，分層、離析和泌水小。（4）體積穩(wěn)定性好，裂縫少。（5）耐久性要求高，混凝土抗?jié)B性等級為W12，抗凍F200。（6）低堿集料反應(yīng)性，混凝土總堿含量不大于2.5kg/m3。本文就該配合比選擇的整個過程進(jìn)行總結(jié)。在國內(nèi)已完成的同類工程中，預(yù)制盾構(gòu)高強(qiáng)蒸養(yǎng)混凝土以至少一天為一個生產(chǎn)周期，蒸養(yǎng)時間相對較長，蒸養(yǎng)時間≥10h。膠材總量≥400Kg/m3，堿含量≥3.0kg/m3。本試驗(yàn)混凝土配合比突出的重點(diǎn)是膠凝材料總用量369kg/m3，該混凝土蒸養(yǎng)時間僅8h，蒸養(yǎng)強(qiáng)度大于20MPa，總堿含量只有2.18kg/m3

4、。1原材料的初選1.1水泥混凝土裂縫是影響結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素。配制高性能蒸養(yǎng)混凝土必須對水泥進(jìn)行選擇，應(yīng)考察以下幾方面：（1）水泥早期強(qiáng)度好,并適合蒸氣養(yǎng)護(hù),要求在低溫蒸養(yǎng)條件下(60℃以下)盾構(gòu)管片8h，脫模強(qiáng)度≥20MPa。因此要求水泥強(qiáng)度不低于42.5MPa的普通硅酸鹽水泥。（2）為了避免發(fā)生堿集料反應(yīng)，水泥的堿含量控制在0.6%以下。本試驗(yàn)選擇了兩個廠家（A、B）P.O42.5水泥進(jìn)行了對比試驗(yàn)，采用同水膠比，同粉煤灰摻量，相同的起始混凝土拌和物溫度和蒸養(yǎng)工藝進(jìn)行試驗(yàn)，其檢測結(jié)果見表1。審稿：劉祥吾通過表1的試

5、驗(yàn)結(jié)果表明：A和B的堿含量均滿足要求，且A＜B；脫模強(qiáng)度可表明B不滿足要求，因此選擇A進(jìn)行配合比試驗(yàn)。表1混凝土脫模強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表項(xiàng)目廠家堿含量（%）抗壓強(qiáng)度脫模強(qiáng)度(MPa)3d28dA0.5326.454.221.5B0.5624.953.017.3標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.6≥16.0≥42.5≥20.01.2粉煤灰一般認(rèn)為摻用粉煤灰不利于提高蒸養(yǎng)混凝土的強(qiáng)度，但摻優(yōu)質(zhì)I級粉煤灰后蒸養(yǎng)混凝土具有更優(yōu)良的力學(xué)性能、更好的耐久性、更好的經(jīng)濟(jì)性（具有較好的減水效果）。同時，摻用優(yōu)質(zhì)粉煤灰將提高混凝土的體積安定性，有利于防裂，還能抑制

6、堿集料反應(yīng)，改善混凝土拌和物的施工性能。本試驗(yàn)采用優(yōu)質(zhì)的I級粉煤灰進(jìn)入配合比試驗(yàn)。1.3集料細(xì)骨料為人工砂，細(xì)度模數(shù)在2.6以上，石粉含量控制在6～18%，顆粒級配符合中砂的標(biāo)準(zhǔn)要求。粗骨料為石料廠生產(chǎn)的5～20mm(D20)和20～40mm(D40)人工破碎石，其各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。1.4外加劑使用優(yōu)質(zhì)高效減水劑。聚羧酸高效減水劑是第三代高效減水劑，不僅減水率較高（大于20%），含堿量低，而且適于蒸養(yǎng)。選擇三個廠家（C、D、E）的聚羧酸高效減水劑與水泥的適應(yīng)性進(jìn)行檢測，全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且減水率均在20%以上，考慮三

7、種外加劑作為正交試驗(yàn)的一個因素進(jìn)行配合比。引氣劑將降低混凝土的強(qiáng)度，但管片混凝土有W12F200的抗?jié)B和抗凍要求，因此須摻引氣劑使拌和物的含氣量不宜低于4.0%。2蒸養(yǎng)工藝選擇合適的蒸養(yǎng)工藝。控制蒸養(yǎng)溫度，在不影響混凝土質(zhì)量的情況下盡可能縮短升降溫時間，延長恒溫時間，從而可以提高混凝土早期強(qiáng)度。本文選擇不同的蒸養(yǎng)時間來進(jìn)行對比試驗(yàn)，確定出配合比設(shè)計中蒸養(yǎng)的過程。采用同水膠比（0.32），同粉煤灰摻量（20％），相同的起始混凝土拌和物溫度，不同的蒸養(yǎng)時間進(jìn)行試驗(yàn)，檢測結(jié)果見表2。起始混凝土拌和物溫度18.5～20℃，拆模溫

8、度30±1℃?？紤]調(diào)整配合比參數(shù)（煤灰摻量減少）對混凝土強(qiáng)度的影響，確定使用4號方案的養(yǎng)護(hù)方式。表2蒸養(yǎng)時間對拆模強(qiáng)度的影響序號蒸養(yǎng)時間(h)拆模強(qiáng)度(MPa)目標(biāo)強(qiáng)度(MPa)升溫恒溫降溫總用時132277.015～2022.5327.511.1323.527.512.14242815.3524.528.516.3