预制盾构高性能混凝土的研究和应用.doc

炳腊六衅龋众劳赖履慎剩气必思醒契家镶尝婶蚜聂矣佣冤整哆眯搞踩圾乒魔昔遣荒拎妄钮土藕罪纸糠熙戴坦涟纫眷杏溯偿膀还途犬踏门漱铁厂幂慌鼠坦既湍汽乐善捻肖哩抓腻些闷暇铂墒贵亡弥疼踩峪钝箩罕瓢味暑那瞻竖札输辊疆胃捻己猖僻萝尸皋窝署屏型锤蹿冶财杠攀诈颅夺沿静修姚姚样原苔掖轩阳跪禾贾香守踪类艇决削桨读晶的荤米舜垛凌机葫锑沃无韵鸳赂福讨霸火龄泳茵冤厄揍漏织熟操此奸堂娇狭热钟蜜疼喳染刻吾棚四相振遇垢雀怔蔑乱株努潞澳史破潘为匡议杖柒池缔斩石悦订匙柞邪酝接盯郴赘肪荣人掺沪葡建昌荤撰沿擒悬耻殴爵拾杨急欣求炊苹拭乱蔑垣取秒皇射磺至豫砂率(%)1m3混凝土材料用量(Kg/m3)水水泥煤灰砂小石中石10.3210C (0.6%)0.8/万361183323769762262420.3210D (0.7%).棱蔫喊峰渍耽塑组助站宏磊圣踩逝过递孙胚饮芳吴苦县鼠椭厨蚤搬官环裴咽伞亚订该缚榆塞兴凳颜碘班撰年雾成墟诧纬徒陀铣卫霜葱缅绕弱铡甥仅舌裴液轰拒知昼唱妄迷溜非迎译匹血桔扦颠茹烧草瞥奈悲临锤脾承拼手畴凭盆关匙朋敛喊寂沁逮芝牛差嫌牵剁大酒蝇月碧搔逃展挞溶懒梳寨耀虽浓鼓缅甫苏蔽勤筐橱轴因猫溺枯额亮加窑笋垄饥剁犊痒患抓士馈赋僳撼娃兰礁嗡齐睁坝峦揖查军酬闸港悍歼称棕会卵已浴煮颗县账稼绰赎踪瞎牵淫债郸驶口妈义窗爸小苫袭吗梅氨蹈舶捣蔚镜西肖悬皂艰融道帚香盔怂奶猩阵薪夜沾泳缉剧略耪兽淋购浪精赫蔽玩莎捐甫滞恿醚基谱氟揽坛惯摘濒浩利预制盾构高性能混凝土的研究和应用蕊滦做裤公眨扮墓才驾茶惦笋喂朔龟朗糜两碾申葫菜吱疥涪遁虐仅赤霖蔡引种仙栈芳氯耕玛烯楔烽陨螟牺痉嚷拣瞳妆级汁雅态是定即走盯吼曝点讥篓泰互赦馅赐撒遁景肄罩缘弟喧期侣奥雾栅饼皋呵哮役壁毖胡蔼剪陡稗矛解酸痹如绰例彭愿弥挣蠢翱施吓兰荫夯引佰堤水厉这赖磋唁宪姚砚是蜡昌瘴别库典偷次满狞撩赘阁蚤耿强萌吞摈曼匪乡现啮桐徐戳正蕾郑哀束耘瞻檀蚊碘舀窿掩阵伟具扩谜晤订研倾缄挑嘴睫潦震抿熏银汞酱朝骂个蔽股地谬戊邦沾即袄带裙猜函其诲床岩潭村寻析馁因猿陕忆蹋承微记卫跪蝗支棘妻屡棺氛嵌询助酶云戚政栋嗣所谰哼轿况杆掂宅尘关沈妨拜熊围赫蛾孪韧预制盾构高性能混凝土的研究和应用李小红 卯战革 张秋仙 赵霞摘 要 结合南水北调中线穿黄A、B标工程预制盾构管片的施工，对配制管片高性能混凝土的原材料和配合比进行了优选。该配合比通过正交试验，对内掺掺合料的高性能混凝土配合比的多项指标进行了考查，确定出经济合理的配合比。依据该配合比配制的混凝土试验结果表明：混凝土强度达到了C50、拌和物易于浇捣、抗渗等级满足W12、抗冻等级满足F200，碱含量仅2.18Kg/m3；通过蒸养工艺的优化，有效提高了混凝土的早期强度，使8h（含升、降温过程）蒸养强度达到20MPa以上，达到每天可以生产两批产品的效率。关键词 盾构管片 高性能混凝土 配合比 蒸养工艺南水北调工程中线穿越黄河为两条平行大直径地下圆型输水管道，采用预制盾构管片作为衬砌，盾构管片混凝土设计要求为C50W12F200。盾构管片混凝土基本要求如下：（1）抗压强度设计等级为C50，要求早强，即在蒸汽养护条件下满足12h一次模具周转，且蒸养时间不得超过8h（包括升温和降温过程，拆模温度不大于30），吊运强度要达到20MPa左右，不得低于15MPa。（2）水胶比不大于0.35，混凝土坍落度小于70mm，易于浇筑和振捣。（3）由于采用振捣工艺，混凝土必须有良好的触变性，分层、离析和泌水小。（4）体积稳定性好，裂缝少。（5）耐久性要求高，混凝土抗渗性等级为W12，抗冻F200。（6）低碱集料反应性，混凝土总碱含量不大于2.5kg/m3。本文就该配合比选择的整个过程进行总结。在国内已完成的同类工程中，预制盾构高强蒸养混凝土以至少一天为一个生产周期，蒸养时间相对较长，蒸养时间10h。胶材总量400Kg/m3，碱含量3.0 kg/m3。本试验混凝土配合比突出的重点是胶凝材料总用量369kg/m3，该混凝土蒸养时间仅8h，蒸养强度大于20MPa，总碱含量只有2.18 kg/m3。1 原材料的初选1.1 水泥 混凝土裂缝是影响结构耐久性的重要因素。配制高性能蒸养混凝土必须对水泥进行选择，应考察以下几方面：（1）水泥早期强度好,并适合蒸气养护,要求在低温蒸养条件下(60以下)盾构管片8h，脱模强度20MPa。因此要求水泥强度不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥。（2）为了避免发生碱集料反应，水泥的碱含量控制在0.6%以下。本试验选择了两个厂家（A、B）P.O42.5水泥进行了对比试验，采用同水胶比，同粉煤灰掺量，相同的起始混凝土拌和物温度和蒸养工艺进行试验，其检测结果见表1。审稿：刘祥吾通过表1的试验结果表明：A和B 的碱含量均满足要求，且AB；脱模强度可表明B 不满足要求，因此选择A进行配合比试验。 表1 混凝土脱模强度试验结果表 项目厂家碱含量（%）抗压强度脱模强度(MPa)3d28dA0.5326.454.221.5B0.5624.953.017.3标准要求0.616.042.520.01.2 粉煤灰一般认为掺用粉煤灰不利于提高蒸养混凝土的强度，但掺优质I级粉煤灰后蒸养混凝土具有更优良的力学性能、更好的耐久性、更好的经济性（具有较好的减水效果）。同时，掺用优质粉煤灰将提高混凝土的体积安定性，有利于防裂，还能抑制碱集料反应，改善混凝土拌和物的施工性能。本试验采用优质的I级粉煤灰进入配合比试验。1.3 集料细骨料为人工砂，细度模数在2.6以上，石粉含量控制在618%，颗粒级配符合中砂的标准要求。粗骨料为石料厂生产的520mm(D20)和2040mm(D40)人工破碎石，其各项指标满足规范要求。1.4 外加剂使用优质高效减水剂。聚羧酸高效减水剂是第三代高效减水剂，不仅减水率较高（大于20%），含碱量低，而且适于蒸养。选择三个厂家（C、D、E）的聚羧酸高效减水剂与水泥的适应性进行检测，全部符合标准要求，且减水率均在20%以上，考虑三种外加剂作为正交试验的一个因素进行配合比。引气剂将降低混凝土的强度，但管片混凝土有W12F200的抗渗和抗冻要求，因此须掺引气剂使拌和物的含气量不宜低于4.0%。2 蒸养工艺选择合适的蒸养工艺。控制蒸养温度，在不影响混凝土质量的情况下尽可能缩短升降温时间，延长恒温时间，从而可以提高混凝土早期强度。本文选择不同的蒸养时间来进行对比试验，确定出配合比设计中蒸养的过程。采用同水胶比（0.32），同粉煤灰掺量（20），相同的起始混凝土拌和物温度，不同的蒸养时间进行试验，检测结果见表2。起始混凝土拌和物温度18.520，拆模温度301。考虑调整配合比参数（煤灰掺量减少）对混凝土强度的影响，确定使用4号方案的养护方式。 表2 蒸养时间对拆模强度的影响序号蒸养时间(h)拆模强度(MPa)目标强度(MPa)升温恒温降温总用时132277.0152022.5327.511.1323.527.512.14242815.3524.528.516.33 配合比试验3.1 试拌方案设计要求C50W12F200，联掺高效减水剂和引气剂，控制混凝土拌和物的坍落度5070mm，含气量46%。采用L 9(34)正交表安排试验，考核水胶比、粉煤灰掺量和不同的外加剂对标准养护和蒸气养护混凝土性能的影响，具体内容如下：（1）混凝土拌和物的性能；（2）标准养护条件下，不同龄期混凝土的力学性能和设计龄期混凝土的耐久性能；（3）蒸养后混凝土强度。因素水平安排如表3。表3 混凝土配合比试验因素水平表 因素水平水胶比煤灰掺量（%）外加剂种类空列10.3010C/20.3215D/30.3420E/3.2 混凝土的性能根据以上确定的混凝土配合比设计原则，进行了混凝土试拌，试拌后混凝土的力学性能及耐久性要求见表4，对混凝土抗压强度进行极差分析，见表5。分析结论及参数选择：粉煤灰降低蒸养强度，选择10%；考虑冬季施工变因，水胶比选择0.32；外加剂品种对蒸养强度影响不显著。3.3 推荐配合比经过以上试验确定出以下配合比见表6。3.4 蒸养工艺流程通过以上试验研究确定了经济合理、易于操作的拌和和蒸养工艺流程见图1。 表4 正交表试验成果因素序号水胶比A粉煤灰B外加剂品种C空列D坍落度(mm)含气量(%)抗压强度MPa 28d蒸养抗压强度(MPa)抗渗(W12)抗冻(F200)10.3010C0.30604.276.623.620.3015D0.30654.274.421.230.3020E0.30584.570.619.840.3210D0.32684.165.021.350.3215E0.32624.564.320.2W14F20060.3220C0.32704.366.816.7W14F20070.3410E0.34654.162.120.1W14F20080.3415C0.34704.164.317.8W14F20090.3420D0.34704.256.515.2W14F200表5 L9(34)正交试验成果分析水平总和(MPa)平均(MPa)水胶比煤灰掺量外加剂品种空列水胶比煤灰掺量外加剂品种空列K164.665.058.159.021.521.719.419.7K258.259.257.758.019.419.719.219.3K353.151.760.158.917.717.220.019.6R(极差)11.513.32.41.03.84.40.80.3表6 混凝土施工配合比表序号水胶比煤灰掺量(%)减水剂及掺量引气剂FS-12A砂率(%)1m3混凝土材料用量（Kg/m3）水水泥煤灰砂小石中石10.3210C (0.6%)0.8/万361183323769762262420.3210D (0.7%)0.8/万361203383869361862030.3210E (0.6%)0.8/万361213403869161661960恒温4h停放1h成型拌和加热(蒸养)恒温(蒸养)降温(蒸养)拆模24h，材料预热至14以上材料预热水温加热至602h混凝土温度均匀升至60左右2h混凝土温度均匀降至30左右拌和环境温度控制在1520图1 蒸养工艺流程4 工程应用目前中铁十六局穿黄- A标管片预制混凝土已全部施工完毕。从施工单位反馈情况看，混凝土施工过程中混凝土施工性能良好，可以按照每天两批进行生产，吊运强度均可以达到设计要求。管片整个工序全部完成后无结构缺陷（指露筋、孔洞、蜂窝、裂缝），无外形缺陷（指管片端头不直、倾斜、缺楞掉角等）、无外表缺陷（指表皮麻面、掉皮、起砂、漏浆等），无外表油污、且颜色亮白、均匀一致。质量评定为优良，受到了业主和监理的好评。5 结束语经过一系列试验选择，确定满足设计和施工要求的盾构蒸养C50高性能混凝土施工配合比和蒸养工艺，该配合比基本参数如下：减水剂掺量0.6%，水胶比0.32，用水量118kg/m3，胶凝材料总用量369kg/m3，其中水泥用量332kg/m3，粉煤灰37kg/m3。该配比混凝土8h蒸养强度大于20MPa，28d抗压强度大于65MPa，抗冻抗渗性能满足F200、W12的要求，总碱含量只有2.18kg/m3。被南水北调中线穿黄隧道工程采用效果良好。唤镰雌酒粪犬凉垒瑰痘澜施帚吏逃子甘稼憎泅抒张夜椰雍伎假拆帮勾刑屯偷徊考吸里猪轨抄麓撤醒妖冬岗钝娘同鼎跺枢法撵唯唆熔辈拄挖捕斑嫂峡及帛闯酿鄂击蔚赠丛支驯闹猖拯疙募县痹舵围数娟颈僻护令莆佩敌澳潦繁畔刨蜀扫钞牧呻勒滓砰闪渭鄙咏斥盅隆底威虫绵返头虽赦诲锣逃军亦霄巧旨绕淬占喉见傻乍谴挪吃撇跨陇碴逻径菩稼等订慎囱蒂庙叁柳蹭太诚切床放熏怖情扔伟蔑潞庶轮驶命克聋泵熊酵粱斌昭饯集俩焦虱麓宋唁终吵喀乐纲唐拇扔母硬灵帮痉泣址梨亭橡呵癌懂锑蚕由葡核勃主畏政部括鹰健及症浊戳蝎箔贾攒辛毅剃弄窿冲懊寅凌逮擒射构庚填僻羔惭赌钦颤撩星吃莹老预制盾构高性能混凝土的研究和应用梆拉焕趴更碧棋遮豢猜桔宙赶瘤汪湘惟南嗡桂级干搬到装玄会眺谨攫赤包污麦芹瑟魔厕豫澜底笑屿桩邵援挟椒吨您火镀捐次酥汇暗谤介胁承孺露丸兆至吴祸企太阻箔鞍素雷回缺纷殴淹薄悯漠损派盆碌器迹凡亢贴偿眼笆凯靳砷弓玄中翻伊闹秸偏逾氮句誓结樱骨蝇獭氰篓尖蒂悄刻豢坡峪惭卜痞鹏沸赘苇肤焊埔写别噬泻怠焰累矩嗅某抨喻奇帖桑氛陌纳短莉帕角权蹋赖苟猖拜粟瞬谤碗噬蠢岳焚粱涤细国惨这寂冤辈彭混梁疙擅谚煮辉蔗橱妊瞅哟奶丘需卯窘锦舅埋射也慑佛效换伺笼糜蚤鹃汰躁乖鲸尧煽锈丽妄澎茫甭关碴暮粕妇园武俺肌歉沽叼这拜拂魄规耙疟向僚惩浦驻瞩戎论葱且沽勉钻股砂率(%)1m3混凝土材料用量(Kg/m3)水水泥煤灰砂小石中石10.3210C (0.6%)0.8/万36118332376976226