預制盾構(gòu)高性能混凝土的研究和應用

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關鍵詞 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，采用預制盾構(gòu)管片作為襯砌，盾構(gòu)管片混凝土設計要求為C50W12F200。

盾構(gòu)管片混凝土基本要求如下：抗壓強度設計等級為C50，要求早強，即在蒸汽養(yǎng)護條件下滿足12h一次模具周轉(zhuǎn)，且蒸養(yǎng)時間不得超過8h，吊運強度要達到20MPa左右，不得低于15MPa。水膠比不大于0.35，混凝土坍落度小于70mm，易于澆筑和振搗。由于采用振搗工藝，混凝土必須有良好的觸變性，分層、離析和泌水小。體積穩(wěn)定性好，裂縫少。耐久性要求高，混凝土抗?jié)B性等級為W12，抗凍F200。低堿集料反應性，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行總結(jié)。

在國內(nèi)已完成的同類工程中，預制盾構(gòu)高強蒸養(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≥3.0 kg/m3。本試驗混凝土配合比突出的重點是膠凝材料總用量369kg/m3，該混凝土蒸養(yǎng)時間僅8h，蒸養(yǎng)強度大于20MPa，總堿含量只有2.18 kg/m3。

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行選擇，應考察以下幾方面：水泥早期強度好,并適合蒸氣養(yǎng)護,要求在低溫蒸養(yǎng)條件下(60℃以下)盾構(gòu)管片8h，脫模強度≥20MPa。因此要求水泥強度不低于42.5MPa的普通硅酸鹽水泥。為了避免發(fā)生堿集料反應，水泥的堿含量控制在0.6%以下。

本試驗選擇了兩個廠家P.O42.5水泥進行了對比試驗，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)工藝進行試驗，其檢測結(jié)果見表1。

通過表1的試驗結(jié)果表明：A和B 的堿含量均滿足要求，且A＜B；脫模強度可表明B 不滿足要求，因此選擇A進行配合比試驗。

表1 混凝土脫模強度試驗結(jié)果表

1.2 粉煤灰

一般認為摻用粉煤灰不利于提高蒸養(yǎng)混凝土的強度，但摻優(yōu)質(zhì)I級粉煤灰后蒸養(yǎng)混凝土具有更優(yōu)良的力學性能、更好的耐久性、更好的經(jīng)濟性。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，還能抑制堿集料反應，改善混凝土拌和物的施工性能。本試驗采用優(yōu)質(zhì)的I級粉煤灰進入配合比試驗。

1.3 集料

細骨料為人工砂，細度模數(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準要求。

粗骨料為石料廠生產(chǎn)的5～20mm(D20)和20～40mm(D40)人工破碎石，其各項指標滿足規(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，含堿量低，而且適于蒸養(yǎng)。選擇三個廠家的聚羧酸高效減水劑與水泥的適應性進行檢測，全部符合標準要求，且減水率均在20%以上，考慮三種外加劑作為正交試驗的一個因素進行配合比。

引氣劑將降低混凝土的強度，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?？刂普麴B(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度。本文選擇不同的蒸養(yǎng)時間來進行對比試驗，確定出配合比設計中蒸養(yǎng)的過程。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，不同的蒸養(yǎng)時間進行試驗，檢測結(jié)果見表2。

起始混凝土拌和物溫度18.5～20℃，拆模溫度30±1℃。

考慮調(diào)整配合比參數(shù)對混凝土強度的影響，確定使用4號方案的養(yǎng)護方式。

表2 蒸養(yǎng)時間對拆模強度的影響

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