黃康成

（廣州市盈堅(jiān)混凝土有限公司）

陶瓷拋光微粉超緩凝大體積水下混凝土在虎門(mén)二橋的應(yīng)用

黃康成

（廣州市盈堅(jiān)混凝土有限公司）

廣州市虎門(mén)二橋大沙水道主塔承臺(tái)圍堰封底水下混凝土通過(guò)摻入礦粉、粉煤灰和一定量的活性陶瓷拋光微粉，并對(duì)混凝土外加劑緩凝時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，在兼顧質(zhì)量和成本的前提下成功配制了C30水下超緩凝自流平混凝土，并在該工程圍堰封底大體積混凝土中得到了良好的應(yīng)用，混凝土澆注完成后達(dá)到了預(yù)期的效果。

水下混凝土；大體積；超緩凝

1　工程概況

廣州虎門(mén)二大橋?yàn)橹骺?200m雙塔單跨懸索橋，橋跨布置為360m+1200m+360m，技術(shù)標(biāo)為雙向六車(chē)道高速公路，其中大沙水道主塔承臺(tái)圍堰封底采用導(dǎo)管法水下混凝土封底，混凝土要求一次性澆筑成功，不能出現(xiàn)任何滲水現(xiàn)象，同時(shí)要求滿足水下自流平施工性能，初凝時(shí)間22～24小時(shí)。工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)自身雖然配置了攪拌站，但由于混凝土要求高，在綜合分析了多家攪拌站的技術(shù)方案后，項(xiàng)目最后采納了我們企業(yè)的方案。

該項(xiàng)目承臺(tái)鋼板樁圍堰平面尺寸為85.55m×28m，鋼板樁長(zhǎng)度為18m，底標(biāo)高-14.0m，頂標(biāo)高為＋4.0，封底混凝土厚1.5m，標(biāo)高-3.5～-2.0m。為保證封底混凝土澆筑質(zhì)量，封底分左右幅承臺(tái)兩個(gè)澆筑區(qū)進(jìn)行，澆筑順序?yàn)?左右幅承臺(tái)至系梁，采用小料斗加垂直導(dǎo)管布料施工，導(dǎo)管內(nèi)徑為Φ300m m，每單根導(dǎo)管長(zhǎng)8m，按混凝土流動(dòng)半徑6m進(jìn)行布置，考慮邊角處的流動(dòng)，左右幅承臺(tái)區(qū)各布置8根澆筑導(dǎo)管，由短節(jié)導(dǎo)管拼接而成。采用C30水下緩凝混凝土灌注，澆筑方量約為3146m3。

2　混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1對(duì)混凝土的性能要求

⑴初凝時(shí)間大于24小時(shí)，終凝時(shí)間小于30小時(shí)；

⑵初始坍落度大于220m m,擴(kuò)展度大于550m m，倒筒時(shí)間小于8秒；

⑶3小時(shí)坍落度無(wú)損失，擴(kuò)展度大于500m m；

⑷混凝土和易性良好，保水性好。

2.2設(shè)計(jì)難點(diǎn)

⑴本次澆筑的圍堰平面尺寸大，混凝土大體積一次性澆筑量3146m3,混凝土流動(dòng)度要求較高，擴(kuò)展度要求較大，抗?jié)B性能要求高；

⑵混凝土凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，混凝土連續(xù)澆筑自流平，不允許產(chǎn)生任何施工縫及產(chǎn)生滲水現(xiàn)象；

⑶如何在降低混凝土水化熱及保證后期強(qiáng)度的前提下一方面降低水泥用量，另一方面保證足夠的膠材來(lái)達(dá)到自流平的施工性能，同時(shí)保證混凝土的耐久性滿足設(shè)計(jì)要求；

⑷通過(guò)摻入一定量的陶瓷拋光微粉，用二級(jí)粉煤灰取代一級(jí)灰配置自流平混凝土，技術(shù)方面的驗(yàn)證不只包括抗壓強(qiáng)度，還要對(duì)其耐久性進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)，準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)。

2.3設(shè)計(jì)思路

水下混凝土兩個(gè)最基本的要求：一是具有較大的流動(dòng)性以保證其能夠在自重作用下灌注不堵管以及自密實(shí)，所以設(shè)計(jì)出廠坍落度為220～240m m，擴(kuò)展度為大于550m m；二是較小的泌水率。為了保證水下混凝土的強(qiáng)度和耐久性，我們選擇采用粉煤灰、礦渣粉和陶瓷拋光微粉三摻的配合比設(shè)計(jì)方案，在保證膠凝材料總量不變的前提下，通過(guò)摻入其它活性材料來(lái)降低水泥用量，既可以降低混凝土水化熱和早期強(qiáng)度，又可以改善混凝土的流動(dòng)性，增加其密實(shí)性從而滿足混凝土的耐久性。

2.4原材料

⑴水泥：選用高要市金崗水泥廠生產(chǎn)的P.O 42.5水泥，各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1。

⑵粉煤灰：選用南沙電廠生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰，各項(xiàng)性能指標(biāo)如表2。

表1　水泥性能

表2　　粉煤灰性能

⑶礦渣粉：選用番禺蓮花山生產(chǎn)的S95級(jí)礦渣粉，其各項(xiàng)性能指標(biāo)如表3。

表3　礦渣粉性能

⑷陶瓷拋光微粉：選用佛山某粉磨公司生產(chǎn)的經(jīng)加工篩分后的陶瓷拋光微粉，其化學(xué)成份和性能如表4。

表4　陶瓷拋光微粉化學(xué)組成及性能

⑸集料：碎石為廣東云浮生產(chǎn)的花崗巖碎石，5～31.5m m連續(xù)級(jí)配，砂子選用西江細(xì)度模數(shù)為2.6的河砂，其性能指標(biāo)如表5。

表5　集料性能

⑹外加劑：選用中科院廣州化學(xué)有限公司生產(chǎn)的超緩凝型減水劑，其性能指標(biāo)如表6。

表6　外加劑性能

2.5混凝土的試配

⑴考慮外加劑的超緩凝性能，平時(shí)用的少?zèng)]有充足的數(shù)據(jù)支持，在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)前，為確定其對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響，我們?cè)趽椒勖夯业乃嗄z砂中，按外加劑的不同摻量，觀察強(qiáng)度的變化，找出最佳摻量范圍為2.0%，試驗(yàn)情況如表7。

⑵由于我們使用陶瓷拋光微粉時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)，本次水下混凝土配合比設(shè)計(jì)關(guān)于陶瓷拋光微粉的摻量我們綜合了普通混凝土的使用時(shí)的摻量，即把取代水泥10%～30%，取代二級(jí)灰15%～30%作為設(shè)計(jì)摻量，固定外加劑摻量2.0%，通過(guò)膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)中的強(qiáng)度來(lái)尋找最佳的膠材搭配，試驗(yàn)情況如表8。

表7　不同外加劑摻量水泥膠砂強(qiáng)度

表8　不同摻量陶瓷拋光微粉膠砂強(qiáng)度

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)分析，陶瓷拋光微粉的摻量以取代水泥15%，取代粉煤灰25%，占總膠材18%為最佳。

⑶混凝土配合比配制

根據(jù)表7、表8的試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合礦渣粉的最佳摻量，C30水下超緩凝混凝土的試驗(yàn)配比見(jiàn)表9，工作性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10所示。

表9　C30水下超緩凝混凝土試驗(yàn)配比

表10　C30水下超緩凝混凝土工作性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表10的試驗(yàn)結(jié)果，我們認(rèn)為第2組配合比各項(xiàng)性能指標(biāo)比較符合虎門(mén)大橋C30水下封底超緩凝混凝土的結(jié)構(gòu)和施工要求。由于在配合比中我們使用了陶瓷拋光微粉，為進(jìn)一步驗(yàn)證其性能，我們按此配合比進(jìn)行了混凝土模擬生產(chǎn)，按1000×1000×1000m m尺寸澆筑構(gòu)件5個(gè)，構(gòu)件進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)28天后抽芯用于混凝土耐久性檢測(cè)。

⑷混凝土耐久性檢測(cè)

本次試驗(yàn)每個(gè)構(gòu)件取30個(gè)抽取芯樣，共計(jì)150個(gè),為避免鉆取的芯樣受大氣中CO2的影響,鉆取后立即用雙層塑料袋密封，為使碳化試驗(yàn)與工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況相貼近，在芯樣鉆取過(guò)程中盡量保留完整的芯樣表面。芯樣取回后，按要求養(yǎng)護(hù)及加工，根據(jù)要求分別進(jìn)行實(shí)體抗壓強(qiáng)度、快速碳化、氯離子滲透性試驗(yàn)。

①混凝土實(shí)體強(qiáng)度檢測(cè)

表11　混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度

從表11構(gòu)件強(qiáng)度來(lái)看，混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，略高于試配強(qiáng)度，與室外同條件養(yǎng)護(hù)溫度高有關(guān)。

②混凝土快速碳化檢測(cè)

試驗(yàn)按《混凝土長(zhǎng)期性和耐久性試驗(yàn)方法》進(jìn)行，試驗(yàn)前先將芯樣烘干處理，在兩端面上用鉛筆以10m m間距畫(huà)出平行線，以預(yù)定碳化深度的測(cè)試點(diǎn)，以?xún)蓽y(cè)各測(cè)點(diǎn)的平均值作為試件的碳化深度，同時(shí)用石蠟將芯樣四周密封，只留兩端進(jìn)行碳化試驗(yàn)，3塊為一組，分別測(cè)試7d、14d、28d三個(gè)齡期的碳化深度。

表12　混凝土芯樣快速碳化檢測(cè)值

混凝土28d快速碳化值相當(dāng)于混凝土結(jié)構(gòu)自然狀態(tài)下50年的碳化值，從本次試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，通常情況下混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層大于20m m,也就是說(shuō)當(dāng)混凝土摻入了一定的陶瓷拋光微粉后可以有效改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)混凝土自身的密實(shí)性能。

③混凝土氯離子滲透性檢測(cè)

本試驗(yàn)參照《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》CCES01-2004中的方法進(jìn)行，通過(guò)檢測(cè)規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過(guò)混凝土的電通量高低來(lái)評(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B透性，間接分析混凝土的密實(shí)性。

由表13中混凝土電通量試驗(yàn)結(jié)果可以看出,摻入陶瓷拋光微粉后的混凝的電通量較低，混凝土的抗氯離子滲透能力得到了顯著提高。

表13　混凝土電通量試驗(yàn)結(jié)果

3　混凝土在虎門(mén)二橋工程項(xiàng)目中的應(yīng)用與實(shí)施效果

2015年6月26日至27日，虎門(mén)二橋工程順利完成了C30水下緩凝圍堰封底混凝土的澆筑，共計(jì)使用混凝土3146m3，現(xiàn)場(chǎng)混凝土取樣共計(jì)20批次，平均強(qiáng)度38.6M Pa,混凝土實(shí)測(cè)初凝時(shí)間23.5小時(shí)，到達(dá)坍落度220～230m m,擴(kuò)展度550～650m m。混凝土澆筑完成后10天，項(xiàng)目進(jìn)行圍堰內(nèi)抽水，每天一次，通過(guò)觀察水面上漲來(lái)判斷本次圍堰封底情況，結(jié)果顯示本次混凝土澆筑非常成功。

為了保證本次混凝土的澆筑順利完成，我公司試驗(yàn)室提前做好了技術(shù)方案，跟項(xiàng)目部試驗(yàn)室進(jìn)行了多次配合比復(fù)核認(rèn)證，最終確定生產(chǎn)配合比。澆筑時(shí)嚴(yán)格按照制定的方案做好混凝土的開(kāi)盤(pán)和質(zhì)量控制工作，混凝土的運(yùn)輸與澆筑都進(jìn)行了全過(guò)程的跟蹤。車(chē)隊(duì)合理安排好施工所需的混凝土運(yùn)輸車(chē)，生產(chǎn)部安排專(zhuān)職調(diào)度員值班，以避免混凝土的斷檔和不合理的積壓現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)在封底混凝土澆筑過(guò)程中，嚴(yán)格控制混凝土的性能，使得混凝土各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足水下封底混凝土的質(zhì)量要求。

4　結(jié)論

⑴陶瓷拋光微粉、礦渣粉、粉煤灰三摻技術(shù)可以有效降低混凝土水化熱，改善混凝土和易性，在配置自流平混凝土?xí)r摻入一定量的陶瓷拋光微粉可以充分發(fā)揮其比表面積大、填充性能好的特點(diǎn)，在降低混凝土成本的同時(shí)，混凝土的各種性能也得到了顯著提高。作為一種新型活性材料，陶瓷拋光微粉的使用是可行的。

⑵水下超緩凝混凝土的配制，應(yīng)該綜合考慮混凝土的澆筑時(shí)間，在滿足施工要求的前提下，降低水泥用量對(duì)延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間雖有一定的幫助，但對(duì)緩凝時(shí)間起決定性作用的仍然是外加劑，所以在選擇外加劑時(shí)應(yīng)該做好充分的適應(yīng)性試驗(yàn)，特別是在摻入其它活性材料時(shí)，應(yīng)該從多方面進(jìn)行試驗(yàn)認(rèn)證。

⑶陶瓷拋光微粉具有一定的活性，可以取代混凝土中的部份水泥用量，提高混凝土的工作性能，是配制高性能混凝土的一種優(yōu)良的摻合料，在混凝土生產(chǎn)中取代10%～15%，取代粉煤灰15%～25%，占總膠材10%～20%為最佳●

[1]陳肈元，趙國(guó)藩，等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南［S］. 2003.

[2]石聰，張恒春，黃成銘，朱四清，岳健男.超緩凝大體積水下混凝土在江漢六橋封底中的應(yīng)用［J］.商品混凝土，2014,1.

[3]黃康成.大摻量礦渣粉混凝土試驗(yàn)及耐久性檢測(cè)［C］.南方片區(qū)第十次混凝土技術(shù)交流會(huì)論文集，2012.

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黃康成,廣州市盈堅(jiān)建材科技發(fā)展有限公司/廣州市盈堅(jiān)混凝土有限公司,副總經(jīng)理/高級(jí)工程師