鋼殼沉管自密實(shí)混凝土配制技術(shù)研究

呂衛(wèi)清,王勝年,呂 黃,曾俊杰

(1.交通運(yùn)輸部水工構(gòu)造物耐久性技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510230;2.中交四航工程研究院有限公司,廣州 510230;3.中交第四航務(wù)工程局有限公司,廣州 510290)

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鋼殼沉管自密實(shí)混凝土配制技術(shù)研究

呂衛(wèi)清1,3,王勝年1,2,呂 黃1,3,曾俊杰1,2

(1.交通運(yùn)輸部水工構(gòu)造物耐久性技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510230;2.中交四航工程研究院有限公司,廣州 510230;3.中交第四航務(wù)工程局有限公司,廣州 510290)

針對(duì)C50鋼殼沉管自密實(shí)混凝土的配制問(wèn)題，采用不同膠凝材料用量、砂率、膠凝材料組成、水膠比進(jìn)行了自密實(shí)混凝土的配制試驗(yàn)，系統(tǒng)開(kāi)展了新拌混凝土工作性能測(cè)試、硬化混凝土力學(xué)性能測(cè)試和體積穩(wěn)定性測(cè)試，探討了滿足強(qiáng)度要求且工作性能和體積穩(wěn)定性最優(yōu)的鋼殼沉管自密實(shí)混凝土配合比參數(shù)。研究結(jié)果表明，采用35%粉煤灰和15%礦粉復(fù)摻的膠凝材料體系，膠凝材料用量采用520 kg/m3，砂率在50%～52%，水膠比在0.32～0.34，所配制的自密實(shí)混凝土具有良好的流動(dòng)性、填充性和抗離析性，混凝土強(qiáng)度達(dá)C50等級(jí)，28 d收縮率為219.9×10-6，該鋼殼沉管自密實(shí)混凝土表現(xiàn)出良好的工作性能、力學(xué)性能和體積穩(wěn)定性。

鋼殼沉管； 自密實(shí)混凝土； 工作性能； 抗壓強(qiáng)度； 體積穩(wěn)定性

1 引 言

沉管隧道的管節(jié)結(jié)構(gòu)大致可分為鋼筋混凝土與鋼殼混凝土兩類，鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，體現(xiàn)出了成本更低、施工更便利、工期更短、結(jié)構(gòu)規(guī)模相對(duì)較小、承載能力更強(qiáng)、抗沉降和抗震適應(yīng)性更好等優(yōu)點(diǎn)[1,2]。在鋼殼沉管結(jié)構(gòu)中，自密實(shí)混凝土的應(yīng)用是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)于鋼殼沉管對(duì)自密實(shí)混凝土的性能要求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，混凝土需要良好的流動(dòng)性和填充性能，能靠自身的流動(dòng)性填充到鋼殼結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位，形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。其次，鋼殼結(jié)構(gòu)是一種封閉結(jié)構(gòu)，混凝土澆筑后難以養(yǎng)護(hù)，在無(wú)外界養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土的強(qiáng)度發(fā)展需要滿足設(shè)計(jì)要求，從而使整個(gè)鋼殼沉管結(jié)構(gòu)滿足力學(xué)性能要求。再次，自密實(shí)混凝土的配制往往需要高膠凝材料用量和高砂率，此類混凝土往往收縮比較大，過(guò)大的收縮可能導(dǎo)致混凝土與鋼殼之間產(chǎn)生較大的脫空，影響鋼殼與混凝土之間的協(xié)同受力，從而影響整個(gè)沉管結(jié)構(gòu)的受力能力。因此，鋼殼自密實(shí)混凝土的配制需要克服高膠凝材料用量和高砂率的不良影響，盡量降低混凝土的收縮，提高混凝土體積穩(wěn)定性。

鋼殼沉管隧道使用較多的是在日本，此外中國(guó)香港以及歐美一些國(guó)家或地區(qū)也有少量使用，專門(mén)針對(duì)鋼殼沉管自密實(shí)混凝土的研究資料較為少見(jiàn)。日本神戶港島隧道和沖繩?？账淼谰捎昧虽摎こ凉茏悦軐?shí)混凝土，在混凝土的配制方面，兩個(gè)工程自密實(shí)混凝土的配制指標(biāo)主要涉及到工作性能和強(qiáng)度，體積穩(wěn)定性則較少提及，且該自密實(shí)混凝土的膠凝材料用量均較高，在580 kg/m3左右[3]。我國(guó)目前開(kāi)始在一些大型跨海工程隧道建設(shè)中提出采用鋼殼沉管的結(jié)構(gòu)形式，然而我國(guó)在鋼殼沉管自密實(shí)混凝土方面的研究很少，相關(guān)的混凝土配制技術(shù)鮮見(jiàn)。國(guó)外的鋼殼沉管自密實(shí)混凝土配制技術(shù)可為我國(guó)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用提供一定的參考，但不同國(guó)家材料存在較大差異，且已有的配制技術(shù)中混凝土性能研究并不全面。鑒于此，本文針對(duì)鋼殼沉管自密實(shí)混凝土的技術(shù)需要，從混凝土的工作性能、力學(xué)性能和體積穩(wěn)定性方面開(kāi)展鋼殼沉管自密實(shí)混凝土的配制研究，旨在獲得滿足鋼殼沉管使用要求的低膠凝材料用量C50自密實(shí)混凝土配制技術(shù)。

2 試 驗(yàn)

本文試驗(yàn)中采用的水泥為粵秀PII 42.5R型硅酸鹽水泥，粉煤灰為江蘇諫壁電廠I級(jí)粉煤灰，礦粉為廣州蓮花山S95級(jí)礦渣粉。此外，膠凝材料體系還采用了石灰石粉和硅灰開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)，水泥、粉煤灰、礦粉、石灰石粉和硅灰的化學(xué)組成及比表面積如表1所示?；炷劣蒙盀樘烊缓由?，砂的細(xì)度模數(shù)為2.7；碎石采用反擊破碎石，粒徑分為5～10 mm和10～20 mm兩個(gè)級(jí)配，試驗(yàn)中碎石為飽和面干狀態(tài)。為了研究膨脹劑在鋼殼自密實(shí)混凝土中的作用效果，本研究采用了鈣釩石類膨脹劑開(kāi)展了混凝土配制研究。減水劑是配制自密實(shí)混凝土的關(guān)鍵原材料之一，減水劑的優(yōu)選直接影響著自密實(shí)混凝土的性能。本項(xiàng)目采用了自密實(shí)混凝土專屬聚羧酸系高效減水劑，減水劑配制過(guò)程中對(duì)引氣組分、增粘組分和減水組分進(jìn)行了專門(mén)設(shè)計(jì)，以保證混凝土具有良好的工作性能。

表1 水泥、粉煤灰、礦粉、石灰石粉和硅灰化學(xué)組成(%)及比表面積(m2/kg)

2.2 試驗(yàn)配合比

在進(jìn)行鋼殼自密實(shí)混凝土配制試驗(yàn)中，系統(tǒng)考慮了混凝土的膠材用量、砂率、膠凝材料組成、水膠比、膨脹劑等對(duì)混凝土性能的影響。膠凝材料用量選擇了490 kg/m3、520 kg/m3、550 kg/m3三種，砂率選擇46%、48%、50%和52%四種，減水劑的具體摻量通過(guò)混凝土坍落擴(kuò)展度來(lái)確定，保持?jǐn)U展度在(650±50) mm。為了研究合適的膠凝材料用量和砂率，開(kāi)展的混凝土配制試驗(yàn)配合比如表2所示。其中，各組混凝土膠凝材料中水泥占55%，粉煤灰占15%，礦粉占30%，采用的碎石大石與小石的比例為7∶3。

表2 膠凝材料用量和砂率的混凝土試驗(yàn)配合比

為了獲得最優(yōu)的自密實(shí)混凝土膠凝材料組成，本文針對(duì)單摻粉煤灰、粉煤灰和礦粉復(fù)摻、粉煤灰和硅灰復(fù)摻、粉煤灰和礦粉以及石灰石粉復(fù)摻、添加膨脹劑等5種不同膠凝材料組成開(kāi)展自密實(shí)混凝土配制研究，同時(shí)考慮不同水膠比對(duì)混凝土性能的影響。此系列試驗(yàn)配合比如表3所示，所有混凝土的膠凝材料用量固定為520 kg/m3，砂率為50%，大石用量為582.3 kg/m3，小石用量為249.5 kg/m3，砂用量為831.8 kg/m3。

表3 不同膠凝材料體系的混凝土試驗(yàn)配合比

2.3 測(cè)試方法

本文針對(duì)鋼殼沉管自密實(shí)混凝土的性能需求，分別開(kāi)展了混凝土工作性能、力學(xué)性能和體積穩(wěn)定性三個(gè)方面的測(cè)試試驗(yàn)。工作性能測(cè)試按照CCES 02-2004《自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》和CECS203：2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的坍落擴(kuò)展度測(cè)試、L型儀試驗(yàn)、U型箱試驗(yàn)、V型漏斗試驗(yàn)進(jìn)行?；炷亮W(xué)性能試驗(yàn)主要是抗壓強(qiáng)度測(cè)試，具體測(cè)試方法根據(jù)GB/T 50081《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，測(cè)試齡期為28 d和56 d?；炷馏w積穩(wěn)定性測(cè)試為收縮測(cè)試，測(cè)試過(guò)程按照GB/T 50082《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的干燥收縮測(cè)試方法進(jìn)行。由于鋼殼沉管中混凝土基本處于絕濕狀態(tài)，因此在混凝土成型后采用塑料薄膜覆蓋，拆模后試件表面涂覆有機(jī)防水膏體，并采用塑料薄膜包裹，以模擬沉管的絕濕狀態(tài)，在規(guī)定齡期進(jìn)行收縮測(cè)試。

結(jié)合嬰幼兒配方乳粉進(jìn)口貿(mào)易的具體情況，參考前人的研究成果，本文認(rèn)為可能影響嬰幼兒配方乳粉進(jìn)口的因素主要有國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模、國(guó)內(nèi)產(chǎn)量、進(jìn)口平均價(jià)格、匯率水平以及國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品的質(zhì)量安全水平等因素。

3 結(jié)果與討論

3.1 鋼殼沉管自密實(shí)混凝土工作性能測(cè)試結(jié)果

在混凝土攪拌完成后，分別采用坍落擴(kuò)展度測(cè)試、L型儀試驗(yàn)、U型箱試驗(yàn)、V型漏斗試驗(yàn)4種測(cè)試手段來(lái)綜合評(píng)價(jià)自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性、填充性和抗離析性等工作性能。

3.1.1 膠凝材料用量和砂率對(duì)混凝土工作性能的影響

表4所示為表2中各組混凝土的工作性能測(cè)試結(jié)果。從試驗(yàn)結(jié)果可看出，當(dāng)采用適量的減水劑時(shí)，混凝土的坍落擴(kuò)展度均能達(dá)到(650±50) mm。當(dāng)膠凝材料用量為490 kg/m3或者砂率為46%時(shí)，U型箱高度差均大于30 mm，增大膠凝材料用量和提高砂率均能降低高度差。進(jìn)一步分析該結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，膠凝材料用量為490 kg/m3或者砂率為46%時(shí)，L型儀的H2/H1小于0.8，V型漏斗流出時(shí)間大于20 s；增大膠凝材料用量和提高砂率時(shí)，混凝土的工作性能有明顯改善，膠凝材料用量增加到520 kg/m3時(shí)，L型儀的H2/H1為1，V型漏斗流出時(shí)間小于20 s，繼續(xù)增加膠凝材料用量，V型漏斗流出時(shí)間進(jìn)一步減小。從不同砂率混凝土的工作性能測(cè)試結(jié)果來(lái)看，砂率的適當(dāng)提高也有利于改善自密實(shí)混凝土的工作性能，具體表現(xiàn)為當(dāng)砂率達(dá)到50%和52%時(shí)，混凝土的V型漏斗流出時(shí)間在15 s左右，L型槽試驗(yàn)兩邊高度相同，混凝土流平。根據(jù)不同膠凝材料用量和不同砂率自密實(shí)混凝土工作性能測(cè)試結(jié)果，綜合考慮混凝土配制的成本問(wèn)題，本研究后續(xù)混凝土的配制取膠凝材料用量為520 kg/m3，砂率為50%～52%。

表4 膠凝材料用量和砂率對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能影響試驗(yàn)結(jié)果

3.1.2 膠凝材料體系對(duì)混凝土工作性能的影響

表5 不同膠凝材料體系自密實(shí)混凝土工作性能測(cè)試結(jié)果

表5所示為表3中各組混凝土的工作性能測(cè)試結(jié)果。初步分析該結(jié)果可知，當(dāng)采用合理?yè)搅康臏p水劑時(shí)，不同類型混凝土的坍落擴(kuò)展度均能達(dá)到600～700 mm。進(jìn)一步分析可知：?jiǎn)螕?0%粉煤灰時(shí)，混凝土流動(dòng)性較差，具體表現(xiàn)為L(zhǎng)型儀和U型測(cè)試過(guò)程中混凝土難以流平，V型漏斗通過(guò)時(shí)間較長(zhǎng)；采用粉煤灰和礦粉復(fù)摻時(shí)，混凝土的工作性能得到改善，相對(duì)于15%粉煤灰和30%礦粉復(fù)摻，采用35%粉煤灰與15%礦粉復(fù)摻的混凝土工作性能更優(yōu)，混凝土粘性降低，流動(dòng)速度加快，L型儀和U型箱試驗(yàn)過(guò)程中混凝土均能流平，L型儀的H2/H1值為1，U型箱Δh值為0，V型漏斗流出時(shí)間小于20 s。采用15%的石灰石粉、30%粉煤灰和15%礦粉復(fù)摻時(shí)，混凝土工作性能的改善并不明顯。采用35%的粉煤灰與2%的硅灰復(fù)摻時(shí)，混凝土工作性能相對(duì)于粉煤灰和礦粉復(fù)摻的混凝土略有降低。摻入不同摻量膨脹劑時(shí)，混凝土的工作性能變化不明顯，表明所采用的膨脹劑對(duì)自密實(shí)的工作性能影響不大?；炷了z比由0.3增大至0.36時(shí)，工作性能不斷提高，具體表現(xiàn)為流動(dòng)性提高，流動(dòng)速度變大，填充性較好。由于粉煤灰中含有大量空心球型顆粒，可以起到滾珠軸承的作用，因此對(duì)自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性有顯著的改善作用[4]。礦粉的摻入可在一定程度上提高混凝土的粘聚性，防止混凝土發(fā)生離析和泌水，然而如果礦粉摻量太大，則會(huì)使混凝土過(guò)粘，從而降低其流動(dòng)速度[5]。因此采用大摻量粉煤灰和小摻量礦粉復(fù)摻的混凝土，工作性能較好，表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性、填充性和抗離析性。硅灰的比表面積較大，因此需水量也高，摻入混凝土后會(huì)增加混凝土的粘性，因此流動(dòng)性可能下降，但本研究中硅灰的摻量較小，因此流動(dòng)性下降并不明顯[6]。從以上結(jié)果可知，以大摻量粉煤灰和小摻量礦粉復(fù)摻為主要特征的膠凝材料體系，所配制的混凝土工作性能較好。

3.2 鋼殼沉管自密實(shí)混凝土力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

在鋼殼沉管服役過(guò)程中，填充在鋼殼之間的自密實(shí)混凝土?xí)袚?dān)受壓作用，因此本文主要針對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度來(lái)開(kāi)展力學(xué)性能試驗(yàn)，表3中各組混凝土的28 d和56 d抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表6所示?？傮w來(lái)看，除了FG4組混凝土外，其它各組混凝土的28 d和56 d抗壓強(qiáng)度均在50 MPa以上，這也表明所配制的混凝土滿足C50強(qiáng)度等級(jí)要求。為了進(jìn)一步分析不同參數(shù)對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，后文還將繼續(xù)對(duì)不同參數(shù)下混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行系統(tǒng)分析。

表6 自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

3.2.1 膠凝材料組成對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖1所示為單摻粉煤灰、粉煤灰與礦粉復(fù)摻、粉煤灰與礦粉和膨脹劑同時(shí)使用等不同膠凝材料體系混凝土的28 d和56 d抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。分析該結(jié)果可知，采用0.34的水膠比時(shí)，4種膠凝材料體系配制的自密實(shí)混凝土28 d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到C50等級(jí)。對(duì)比分析不同膠凝材料組成的混凝土發(fā)現(xiàn)，單摻20%粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度最高，其次為大摻量礦粉與小摻量粉煤灰復(fù)摻的混凝土。摻入10%膨脹劑對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度略有不良影響，但強(qiáng)度下降幅度較小。采用大摻量粉煤灰與小摻量礦粉復(fù)摻的混凝土抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低，其原因在于粉煤灰的活性相對(duì)較低，采用35%的粉煤灰取代水泥后，混凝土的強(qiáng)度出現(xiàn)一定程度的下降。然而，該組混凝土的28 d和56 d抗壓強(qiáng)度均高于50 MPa，仍然滿足C50等級(jí)要求。

3.2.2 水膠比對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖2所示為不同水膠比對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。對(duì)比分析GF1和GF2可知，對(duì)于大摻量礦粉和小摻量粉煤灰復(fù)摻的混凝土，當(dāng)水膠比從0.32上升到0.34時(shí)，混凝土28 d和56 d抗壓強(qiáng)度均有所下降。對(duì)比分析FG1、FG2、FG3和FG4可知，對(duì)于大摻量粉煤灰和小摻量礦粉復(fù)摻的混凝土，當(dāng)水膠比從0.30上升到0.36時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度不斷下降。當(dāng)水膠比不超過(guò)0.34時(shí)，混凝土的28 d和56 d抗壓強(qiáng)度均高于50 MPa，當(dāng)水膠比為0.36時(shí)，混凝土28 d抗壓強(qiáng)度小于50 MPa，不滿足C50強(qiáng)度等級(jí)要求。水膠比的提高對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度的不良影響主要因?yàn)樵黾恿擞不炷两Y(jié)構(gòu)中孔隙含量，尤其是對(duì)強(qiáng)度有影響的氣孔含量[7]。

圖1 膠凝材料組成對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響Fig.1 Influence of cementitious material composition on concrete compressive strength

圖2 水膠比對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響Fig.2 Influence of w/b on concrete compressive strength

3.3 鋼殼沉管自密實(shí)混凝土體積穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

由于鋼殼沉管是一種近似的封閉環(huán)境，其中的自密實(shí)混凝土基本處于一種自養(yǎng)護(hù)狀態(tài)，為了模擬該狀態(tài)，本研究在進(jìn)行收縮試驗(yàn)時(shí)對(duì)混凝土試件采取了密封處理。

3.3.1 膠凝材料組成對(duì)混凝土收縮的影響

圖3所示為不同膠凝材料組成混凝土90 d齡期內(nèi)的收縮測(cè)試結(jié)果。由于混凝土試件被密封處理，因此所測(cè)試的收縮主要為混凝土中膠凝材料發(fā)生水化反應(yīng)消耗水分導(dǎo)致的自干燥收縮?？傮w來(lái)看，所有混凝土都表現(xiàn)出前期收縮發(fā)展較快，28 d后趨于平緩的情況，這是與混凝土中的膠凝材料水化速率相對(duì)應(yīng)的。對(duì)比不同膠凝材料組成的混凝土收縮率發(fā)現(xiàn)，單摻20%粉煤灰的混凝土收縮率最大，其次為摻30%礦粉和15%粉煤灰的混凝土，這是由于單摻粉煤灰混凝土中水泥含量最高，水化進(jìn)程最快，收縮最大。礦粉由于也具有較高的活性，因此大摻量礦粉的混凝土收縮也較大?；炷潦湛s最小的是摻35%粉煤灰和15%礦粉的混凝土，其28 d收縮率僅為219.9×10-6，90 d收縮率為240.6×10-6，這是由于該組混凝土中水泥含量低，而粉煤灰的活性也相對(duì)較低，因此水化進(jìn)程較慢，混凝土的自干燥過(guò)程也較慢[8-9]。采用粉煤灰、礦粉和石灰石粉復(fù)摻的混凝土收縮率也較低，這是因?yàn)槭沂墼谒嗨^(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)程度很低。硅灰是一種超級(jí)火山灰材料，其活性較高，因此對(duì)混凝土的收縮沒(méi)有降低作用[10]。

3.3.2 膨脹劑對(duì)混凝土收縮的影響

圖4所示為膨脹劑對(duì)混凝土收縮的影響。分析該結(jié)果可知，對(duì)于大摻量礦粉與小摻量粉煤灰復(fù)摻的混凝土，膨脹劑的摻入一定程度上降低了混凝土的收縮，但是膨脹劑摻量低于10%時(shí)，降低作用不明顯，摻量為10%時(shí)，混凝土28 d和90 d收縮率依次下降了27.5%和28.2%。對(duì)于大摻量粉煤灰和小摻量礦粉復(fù)摻的混凝土，膨脹劑對(duì)混凝土的收縮影響很小。

圖3 膠凝材料組成對(duì)混凝土收縮的影響Fig.3 Influence of cementitious material composition on concrete shrinkage

圖4 膨脹劑對(duì)混凝土收縮的影響Fig.4 Influence of expansive agent on concrete shrinkage

總體來(lái)看，雖然摻入了膨脹劑，混凝土仍然處于收縮狀態(tài)，并沒(méi)有發(fā)生膨脹現(xiàn)象，這一方面是由于鋼殼沉管自密實(shí)混凝土處于絕濕狀態(tài)，沒(méi)有進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)，水分不足影響了膨脹劑作用的發(fā)揮。另一方面，膨脹劑的作用效果有一個(gè)膨脹窗口，即要求混凝土早期必須達(dá)到一定的強(qiáng)度。本研究中采用了大摻量的礦物摻合料，尤其是FGP中采用了大摻量的粉煤灰，混凝土早期強(qiáng)度較低，因此影響了膨脹劑的作用[11]。由此來(lái)看，在含有大摻量礦物摻合料的鋼殼沉管自密實(shí)混凝土中，膨脹劑的作用效果有限，其應(yīng)用效果不佳。

由于鋼殼混凝土沉管是一種鋼殼-混凝土-鋼殼的“三明治”結(jié)構(gòu)，要發(fā)揮該結(jié)構(gòu)的協(xié)同受力效果，要求混凝土的體積變形盡可能小，其收縮應(yīng)盡可能低。從以上研究來(lái)看，本文提出的采用35%粉煤灰與15%礦粉復(fù)摻的膠凝材料體系配制的自密實(shí)混凝土收縮率較低，具有良好的體積穩(wěn)定性，其在鋼殼沉管中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯。

4 結(jié) 論

(1)混凝土的膠凝材料用量和砂率對(duì)其工作性能有較大影響，綜合考慮混凝土的成本和工作性要求，C50鋼殼沉管自密實(shí)混凝土的配制可采用520 kg/m3的膠凝材料用量，50%～52%的砂率，該參數(shù)下混凝土工作性特征表現(xiàn)為坍落擴(kuò)展度在(650±50) mm，L型儀H2/H1為1，U型箱試驗(yàn)Δh為0，V型漏斗流出時(shí)間小于20 s;

(2)采用大摻量粉煤灰(35%)與小摻量礦粉(15%)復(fù)摻的混凝土，由于粉煤灰的工作性能促進(jìn)作用和礦粉的增粘作用，所配制的混凝土具有良好的流動(dòng)性、填充性和抗離析性能。為了保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到C50等級(jí)，混凝土的水膠比宜控制在0.32～0.34;

(3)體積穩(wěn)定性是鋼殼沉管自密實(shí)混凝土的一項(xiàng)重要性能。采用大摻量粉煤灰和小摻量礦粉復(fù)摻的自密實(shí)混凝土在密閉條件下28 d收縮率僅為219.9×10-6，90 d收縮率為240.6×10-6，表現(xiàn)出良好體積穩(wěn)定性，適用于鋼殼沉管自密實(shí)混凝土的配制。由于受到無(wú)法養(yǎng)護(hù)和早期強(qiáng)度的限制，膨脹劑在鋼殼沉管自密實(shí)混凝土中的應(yīng)用效果不佳。

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Preparation Technology of Steel Shell Submerged Tunnel Used Self-compacting Concrete

LYUWei-qing1,3,WANGSheng-nian1,2,LYUHuang1,3,ZENGJun-jie1,2

(1.Key Laboratory of Harbor and Marine Structure Durability Technology,Ministry of Communications,PRC,Guangzhou 510230,China;2.CCCC Fourth Harbor Engineering Institute Co.,Ltd.,Guangzhou 510230,China;3.CCCC Fourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou 510290,China)

The paper focuses on the preparation of steel shell submerged tunnel used C50 self-compacting concrete (SCC). Series of concretes were prepared with different cementitious material contents, sand rates, cmentitious material compositions and w/b. Workability of fresh concrete, mechanical property and volume stability of hardened concrete were tested systematically. Mix proportion parameters for the SCC with satisfied strength, best workability and volume stability were investigated. The results revealed that concrete prepared with cement replaced by 35% fly ash (FA) and 15% slag (GGBS), cementitious material content of 520 kg/m3, sand rate of 50%-52%, w/b of 0.32-0.34 showed excellent flowability, filling ability and segregation resistance. The compressive strength reached C50 while the shrinkage at 28 d was 219.9×10-6. Performances of the prepared SCC, such as workability, mechanical property and volume stability are satisfied for steel shell submerged tunnel.

steel shell submerged tunnel;self-compacted concrete;workability;compressive strength;volume stability

呂衛(wèi)清(1964-)，男，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師.主要從事港口工程方面的研究.

TU525

A

1001-1625(2016)12-3952-07