管樁填芯微膨脹混凝土配合比試驗(yàn)研究

周雪玲，劉守偉，孫乙庭

（吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，吉林長春130012）

管樁填芯微膨脹混凝土配合比試驗(yàn)研究

周雪玲，劉守偉，孫乙庭

（吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，吉林長春130012）

文中以空港新城攔河閘工程為例，針對微膨脹混凝土補(bǔ)償收縮的特點(diǎn)，介紹了預(yù)應(yīng)力管樁填芯混凝土的配合比試驗(yàn)。通過調(diào)整膨脹劑摻量、混凝土和易性、抗壓強(qiáng)度以及限制膨脹率，優(yōu)化微膨脹混凝土配合比，為設(shè)計(jì)和施工提供重要依據(jù)。

管樁填芯；微膨脹混凝土；補(bǔ)償收縮；限制膨脹率；試驗(yàn)研究

1 概述

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有樁身質(zhì)量優(yōu)良，單向承載力突出，抗裂能力強(qiáng)，適用范圍廣，施工進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)，已在工程中得到廣泛應(yīng)用。為提高預(yù)應(yīng)力管樁的承壓性和抗拔性，需采用微膨脹混凝土進(jìn)行管樁填芯。通過管樁填芯混凝土，樁頂與基礎(chǔ)平臺有效相連，改善了樁頂?shù)氖芰顟B(tài)，并使拉拔力均勻傳至樁身。微膨脹混凝土在限制條件下會發(fā)生體積微膨脹，產(chǎn)生穩(wěn)定均勻的壓應(yīng)力和壓應(yīng)變，能夠緩慢地補(bǔ)償收縮，抵消拉應(yīng)力，既保證了管樁填芯密實(shí)，又不會過度膨脹破壞管樁。

根據(jù)膨脹量的大小，膨脹混凝土分為微膨脹、小膨脹、較大膨脹與大膨脹4個(gè)等級，其中微膨脹混凝土要求水中14 d限制膨脹率小于0.015%；小膨脹混凝土要求水中14 d限制膨脹率大于等于0.015%；較大膨脹混凝土要求水中14 d限制膨脹率大于等于0.025%；大膨脹混凝土要求水中14 d限制膨脹率大于等于0.040%。

長春九臺空港新城攔河閘工程的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，采用微膨脹混凝土進(jìn)行管樁填芯，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C25，要求具有良好和易性，坍落度控制在180～ 200 mm，水中14 d限制膨脹率小于0.015%。，原材料就近選擇，水泥采用長春亞泰水泥廠生產(chǎn)的鼎鹿牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料采用九臺飲馬河產(chǎn)河砂，粗骨料采用九臺團(tuán)山子產(chǎn)5～10 mm， 10～20 mm碎石，外加劑采用北京科碩建材廠提供的KS-01型聚羧酸鹽高效減水劑和KS-16型復(fù)合膨脹劑。

2 原料選擇

2.1 水 泥

長春亞泰水泥廠生產(chǎn)的鼎鹿牌普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級為P.O 42.5。經(jīng)檢測，所檢各項(xiàng)指標(biāo)符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》的要求，見表1。

表1 水泥物理性能

2.2 細(xì)骨料

采用九臺飲馬河產(chǎn)河砂。經(jīng)檢測，屬Ⅱ區(qū)，為中砂，級配合理，所檢各項(xiàng)指標(biāo)符合SL 632-2012《混凝土工程水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗(yàn)收評定標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》的要求，見表2和表3。

表2 細(xì)骨料品質(zhì)檢測

表3 細(xì)骨料顆粒分析試驗(yàn)

2.3 粗骨料

采用九臺團(tuán)山子產(chǎn)碎石。粒徑分為5～10 mm， 10～20 mm二級配。經(jīng)檢測，所檢各項(xiàng)指標(biāo)符合SL 632-2012《混凝土工程水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗(yàn)收評定標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 14685-2011《建設(shè)用卵石、碎石》的要求，見表4。

表4 粗骨料物理性能檢測

3 配合比設(shè)計(jì)與分析

3.1 配合比試驗(yàn)方法

配合比試驗(yàn)主要依據(jù)SL352-2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》、JGJ55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》和JGJ/T178-2009《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行。

混凝土拌合采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間4 min。由于坍落度要求較大，試件成型時(shí)采用搗棒人工搗實(shí)，抗壓試塊帶模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)7 d后拆模，至齡期7 d，28 d進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

限制膨脹率試驗(yàn)，要求先把縱向限制器放入試模中，然后進(jìn)行成型，并將試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，成型后24 h拆模，并測量試件初始長度。將測定初始長度的試件浸入20±2℃的水中養(yǎng)護(hù)，分別測定3 d，7 d，14 d齡期的試件長度。測完14 d試件長度后，將試件移入溫度20±2℃與相對濕度60±5%的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱或恒溫恒濕室內(nèi)養(yǎng)護(hù)，測定28 d齡期時(shí)試件長度。按公式計(jì)算混凝土限制膨脹率。

式中：εt——齡期t時(shí)的限制膨脹率；L——試件基準(zhǔn)長，300 mm；L0——試件初始長，mm；Lt——t齡期時(shí)試件長，mm。

3.2 配合比參數(shù)選擇

膠凝材料包括了水泥和膨脹劑，膨脹劑按內(nèi)摻法計(jì)算，按占膠凝材料的0%，3%，6%，9%進(jìn)行試驗(yàn)。

粗骨料為二級配，按不同比例的粗骨料組合進(jìn)行緊密堆積密度試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)得出，碎石的最佳質(zhì)量組合比為（5～10）mm∶（10～20）mm=4∶6。

砂率主要受石子級配、砂子細(xì)度模數(shù)、水灰比的影響。通過試驗(yàn)確定混凝土的最優(yōu)砂率，為40%～41%。拌合用水選用飲用自來水。

3.3 配合比設(shè)計(jì)方案

試驗(yàn)根據(jù)微膨脹混凝土的特性，在滿足混凝土坍落度、和易性的情況下，按不同膨脹劑摻量、不同膠凝材料用量、不同水膠比進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。詳見表5。

3.4 配合比數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際拌合效果，優(yōu)選試驗(yàn)方案，對混凝土試件進(jìn)行性能比較，結(jié)果詳見表6、表7。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，微膨脹混凝土在水中14 d限制膨脹率要小于0.015%。由表6得，當(dāng)膨脹劑摻量為6%時(shí)，限制膨脹率為0.010%，K7滿足設(shè)計(jì)要求。而且，隨著膨脹劑的不同摻量的摻入，混凝土坍落度無明顯變化。由圖1可知，膨脹混凝土在養(yǎng)護(hù)齡期1～7 d內(nèi)，膨脹顯著；之后8～14 d混凝土收縮量逐漸大于膨脹量，導(dǎo)致膨脹率降低，甚至出現(xiàn)負(fù)值，如K6；15～28 d混凝土膨脹率繼續(xù)緩慢降低，較1～14 d變化不明顯，趨于穩(wěn)定。

表5 凝土配合比設(shè)計(jì)方案

表6 混凝土限制膨脹率與膨脹劑摻量

表7 混凝土抗壓強(qiáng)度與膠凝材料用量

圖1 混凝土限制膨脹率與膨脹劑摻量關(guān)系曲線

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，強(qiáng)度保證率95%，則混凝土28 d配制強(qiáng)度為 fcu，0=fcu，k+tδ= 25+1.645×4.0=31.6 MPa。由表7得，K7，K11滿足設(shè)計(jì)要求。由圖2可知，微膨脹混凝土7 d，28 d強(qiáng)度與水膠比呈線性關(guān)系。水膠比越大，強(qiáng)度越低。不摻膨脹劑的混凝土7 d強(qiáng)度明顯高于摻膨脹劑的混凝土7 d強(qiáng)度，而28 d強(qiáng)度兩者又趨于相近。

圖2 混凝土強(qiáng)度與水膠比關(guān)系曲線

3.5 配合比確定

經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，本著降低施工成本，減少膠凝材料用量，減小水膠比的原則，最終選取設(shè)計(jì)方案K7配合比作為推薦配合比，見表8。

表8 微膨脹混凝土配合比確定

4 結(jié)語

1）微膨脹混凝土作為管樁填芯的重要技術(shù)，已越來越受到重視，其限制膨脹率和強(qiáng)度是主要的控制指標(biāo)。

2）微膨脹混凝土在養(yǎng)護(hù)1～7 d內(nèi)，膨脹顯著，之后14～28 d內(nèi)混凝土收縮量逐漸大于膨脹量，導(dǎo)致膨脹率緩慢降低，直至穩(wěn)定，以14 d水中限制膨脹率作為判定依據(jù)。

3）隨著膨脹劑摻量提高，膨脹量增大，抗壓強(qiáng)度降低。膨脹劑作為膠凝材料一部分，依然符合抗壓強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系。水膠比越大，強(qiáng)度越低。不摻膨脹劑的混凝土7 d強(qiáng)度明顯高于摻膨脹劑的混凝土7 d強(qiáng)度，而28 d強(qiáng)度兩者又趨于相近。

4）膨脹混凝土在無約束情況下養(yǎng)護(hù)，會產(chǎn)生自由膨脹，使結(jié)構(gòu)不夠致密，導(dǎo)致7 d抗壓強(qiáng)度降低，而28 d抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，所以帶模養(yǎng)護(hù)不應(yīng)少于7 d，并以28 d抗壓強(qiáng)度作為判定依據(jù)。

［1］張忠.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁填芯混凝土抗拔試驗(yàn)研究及理論分析碩士學(xué)位論文［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2006.

［2］李璐.微膨脹混凝土試驗(yàn)研究碩士學(xué)位論文［D］.蘭州：蘭州交通大學(xué)，2008.

［3］丁凱，曹征齊.混凝土工程類［M］.鄭州：黃河水利出版社，2008.

［4］李春紅.減水劑、膨脹劑在大體積抗?jié)B混凝土施工中復(fù)合應(yīng)用［J］.吉林水利，1998（04）.

［5］吳二軍，賈力民.微膨脹混凝土的配合比設(shè)計(jì)［J］.西部探礦工程，2005（05）.

［6］JGJ/T 178-2009，補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［7］SL 352-2006，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.

TU528.1 < class="emphasis_bold"> ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

B

1002—0624（2017）09—0046—03

2016-10-27