超緩凝混凝土在樁基工程中的應(yīng)用研究

賈志生，包文龍

（1. 天津市中凝佳業(yè)混凝土有限公司，天津 300380；2. 江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 211103）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，施工工藝多種多樣，對(duì)混凝土的要求已大大提高。在一些大型橋梁和超高層建筑工程中，為提高單樁的承載能力，需要樁的長(zhǎng)度和橫截面都較大，單樁所需灌注的混凝土方量較大，且澆注完成后還要進(jìn)行其它作業(yè)，所要求混凝土的凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是在炎熱的夏季，必須把混凝土的初凝時(shí)間大大延長(zhǎng)，才能保證一次性灌注成功。

緩凝劑是一種能延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間的外加劑，緩凝劑主要是用于延緩水泥的水化硬化速度，以使新拌混凝土在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持塑性。緩凝劑對(duì)新拌混凝土性能的影響主要有：延緩混凝土初終凝時(shí)間，降低水化放熱速率，降低坍落度損失。從強(qiáng)度的發(fā)展來(lái)看，摻入緩凝劑，混凝土 1 天、3 天強(qiáng)度要低，但對(duì)后期強(qiáng)度沒有明顯的影響，如果摻量過(guò)大，則由于水分的蒸發(fā)和散失會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度造成永久性不可恢復(fù)的影響。

普通商品混凝土緩凝劑，由于具有引入空氣的性質(zhì)，摻量過(guò)多會(huì)引起混凝土強(qiáng)度的降低和硬化不良，且緩凝時(shí)間較短，一般不能用于需長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間的地方，較好的普通緩凝劑初凝時(shí)間差不多 8～10h，很難達(dá)到保坍時(shí)間較長(zhǎng)的效果。但超緩凝劑卻不然，超緩凝劑即為能較長(zhǎng)時(shí)間延緩混凝土的凝結(jié)，其緩凝時(shí)間可以根據(jù)摻量來(lái)人為控制，而且混凝土在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)坍落度損失較小，一般終凝時(shí)間在 50個(gè)小時(shí)左右。

1 工程概況

由中建八局施工的中信城市廣場(chǎng)項(xiàng)目建筑面積 120 萬(wàn)余平米，地處天津站東 800m，距海河不足百米。工程建成后將超過(guò)津塔 3m（津塔高度 336.9m），為海河之濱新的標(biāo)志性建筑。工程設(shè)計(jì)為全向逆施法施工，即地上結(jié)構(gòu)完成后再進(jìn)入地下施工。其中最先進(jìn)行的是樁基部分混凝土施工，要求混凝土初凝時(shí)間控制在 36h 之內(nèi)，終凝時(shí)間 48h 左右。只有這樣才能有足夠時(shí)間，完成先把 100 余方的混凝澆筑完畢后，再平整現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備，一次性將鋼管柱垂直插入到混凝土樁中這一過(guò)程，這對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間提出了很高的要求?？紤]插入鋼管的需要，灌注樁的混凝土要有較長(zhǎng)的緩凝時(shí)間，一般終凝時(shí)間不小于 48h，同時(shí)要求混凝土運(yùn)輸至插入鋼管柱時(shí)間段內(nèi)混凝土的坍落度不少于 160mm，以及施工過(guò)程所持續(xù)的時(shí)間，為了保證鋼管的順利插入，混凝土 18 小時(shí)后坍落度不少于 160mm，且有良好的和易性及流動(dòng)性，再進(jìn)行二次壓管（如圖 1）。若未達(dá)到緩凝要求，或坍落度損失過(guò)快，鋼管柱就不能順利的壓進(jìn)去。由于要壓進(jìn)去的鋼管柱為該工程地下部分的永久性柱子，所以一但失敗，該樁基就此作廢。需要重新設(shè)計(jì)、重新施工，每根廢樁造成的損失近百萬(wàn)元?？紤]到該工程的重要性，我們做過(guò)系列的實(shí)驗(yàn)，包括從原材料的選取、外加劑配方的制定，最終確定以下材料及配合比。

圖1 垂直插入鋼管柱的施工工藝

2 超緩凝樁基混凝土原材料控制和配合比選定

2.1 原材料控制情況及性能

（1）水泥：選用質(zhì)量較穩(wěn)定唐山冀東 P·O42.5 水泥，性能指標(biāo)見表 1。

表1 冀東水泥各項(xiàng)物理性能指標(biāo)

（2）粉煤灰：選用天津軍糧城電廠 Ⅱ 級(jí) F 類粉煤灰，性能指標(biāo)見表 2。嚴(yán)格控制粉煤灰的細(xì)度及需水量，以確?；炷亮鲃?dòng)性、減少泌水、改善和易性。

表2 粉煤灰物理性能指標(biāo)

（3）礦渣粉：選用唐山瑞豐鋼鐵集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的S95 粒化高爐礦渣粉。性能指標(biāo)見表 3。

表3 礦粉物理性能指標(biāo)

（4）細(xì)骨料：選用河北新樂河砂，細(xì)度模數(shù) 2.6 左右，含泥量在 2.0% 以內(nèi)；河北遷安鐵礦選礦采礦碎屑，細(xì)度模數(shù)2.2 左右，石粉含量在 3% 以內(nèi)。

（5）粗骨料：選用河北易縣 5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石。

（6）外加劑：選用江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的 PCA-I 聚羧酸高性能減水劑，具有減水、緩凝、引氣等特點(diǎn)，與水泥的適應(yīng)性良好。

由于該工程的技術(shù)要求和施工工藝要求，對(duì)外加劑的選擇尤為重要，首先面臨的幾個(gè)問(wèn)題：

（1）混凝土凝結(jié)時(shí)間，天氣狀況；施工季節(jié)比較炎熱，為一年中最熱的六七月份。

（2）攪拌站距離施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)距長(zhǎng)；我公司到施工現(xiàn)場(chǎng)為25 公里左右，路況極差，行程大約一個(gè)半小時(shí)左右。

（3）由于混凝土的超長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間，使得混凝土的強(qiáng)度尤為重要。

（4）在施工工藝中，灌裝結(jié)束后要壓入一個(gè)布滿鋼釘似的鋼管柱，因此對(duì)混凝土的含氣量要求更高。

針對(duì)以上問(wèn)題，提出解決方案。

外加劑選擇江蘇蘇博特新材料股份有限公司 PCA-I 聚羧酸高性能減水劑，針對(duì)以上問(wèn)題，首先解決混凝土的出機(jī)狀態(tài)、凝結(jié)時(shí)間，從現(xiàn)場(chǎng)原材料考慮，最終定為大減水率搭配適量中等減水率母體復(fù)合使用，在保證減水劑的減水率的前提下，降低減水劑的分散性，防止外加劑分散性過(guò)強(qiáng)對(duì)混凝土狀態(tài)不好把控。在此前提下，選用高效緩凝劑，在緩凝劑的選擇過(guò)程中，我們也做過(guò)系列的試驗(yàn)，共做過(guò) 4 類緩凝劑。

A 類產(chǎn)品，盡管能滿足對(duì)產(chǎn)品凝結(jié)時(shí)間的需求，但由于該產(chǎn)品的溶解度相對(duì)較低，外加劑放置一段時(shí)間后有少量晶體析出，且價(jià)格較貴，因此排除。

其他三類緩凝劑經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定兩種搭配使用時(shí)才能滿足需求，而在這期間我們也做了系列的比例調(diào)整實(shí)驗(yàn)，最終確定當(dāng)兩種比例為 1∶3 時(shí)滿足該凝結(jié)時(shí)間的需求。

解決完凝結(jié)時(shí)間的問(wèn)題，我們發(fā)現(xiàn)，盡管凝結(jié)時(shí)間能滿足施工要求，但是混凝土狀態(tài)在 16h 后變化較大，混凝土坍落度損失嚴(yán)重，黏度較之出機(jī)狀態(tài)相差大，因此我們把攻克重點(diǎn)放在坍落度損失問(wèn)題上。

針對(duì)此問(wèn)題，保坍劑選用江蘇蘇博特新材料股份有限公司保坍劑，調(diào)整減水劑、保坍劑和緩凝劑的比例，使混凝土在 16h 左右保證坍落度在 170～180mm，保證混凝土的狀態(tài)，滿足鋼管的插入。

調(diào)整混凝土的含氣量，使得混凝土出機(jī)含氣量在4%～5% 左右，要保證混凝土有一定的含氣量，既不宜過(guò)高又不宜過(guò)低，一方面考慮到施工的可行性，另一方面考慮到混凝土的強(qiáng)度。最終施工混凝土的含氣量在 4.2%。最終確定外加劑的配方。

2.2 配合比的設(shè)計(jì)及確定

該施工工藝在灌注樁混凝土澆灌完成后能一次性將鋼管柱垂直插入到混凝土中，就對(duì)混凝土的性能提出了很高的要求。

此次設(shè)計(jì)配合比的難點(diǎn)是：提高混凝土的流動(dòng)性、和易性，控制超緩凝混凝土的凝結(jié)時(shí)間。我們采取以下措施：

（1）適量增加單位用水量及調(diào)整砂率提高流動(dòng)性；

（2）嚴(yán)格控制外加劑的緩凝成分，使混凝土能正常施工。

混凝土的設(shè)計(jì)配合比見表 4，強(qiáng)度等級(jí)為 C35，混凝土相關(guān)性能檢測(cè)結(jié)果見表 5。

表4 設(shè)計(jì)試驗(yàn)配合比

表5 設(shè)計(jì)試驗(yàn)配合比工作性能和力學(xué)性能

從表 4 和表 5 中可以看出，適當(dāng)提高砂率可以提高混凝土的流動(dòng)性、和易性。

經(jīng)過(guò)優(yōu)選，配合比定為編號(hào) 2-2。

3 結(jié)論

超緩凝混凝土控制要比普通混凝土更為嚴(yán)格，坍落度不能過(guò)大和過(guò)小，絕不能有泌漿、泌水、離析等現(xiàn)象。如果發(fā)生此現(xiàn)象，當(dāng)混凝土灌入樁基中，若混凝土出現(xiàn)離析漿體分離，使二次壓樁時(shí)正好壓在漿體分離的骨料上，就很難把鋼管柱壓到合適部位，則該根樁基就算報(bào)廢，將造成嚴(yán)重事故，后果不堪設(shè)想，給企業(yè)造成嚴(yán)重影響和損失。所以，我們嚴(yán)格控制進(jìn)廠原料，特別是對(duì)進(jìn)廠的砂、石、含水、含泥、石粉含量、細(xì)度模數(shù)尤其要注意。保證砂石的質(zhì)量，保證水膠比不變，也就保證了混凝土出機(jī)狀態(tài)，實(shí)際生產(chǎn)中我們很好的控制混凝土出廠的和易性、坍落度，嚴(yán)格按照混凝土的配合比生產(chǎn)，每車出站混凝土都留置試樣，觀察其凝結(jié)時(shí)間，為工地壓入鋼管樁體提供了有效的時(shí)間數(shù)據(jù)。

在混凝土公司與施工單位共同努力下，累計(jì)為天津中信城市廣場(chǎng)項(xiàng)目生產(chǎn)超緩凝混凝土 10000 余方，灌注了 100 多根鋼管樁，沒出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題，7d 強(qiáng)度已超過(guò) 100%。