混凝土超缓凝剂在钻孔咬合桩施工的应用
2009-03-21 19:23
混凝土超缓凝剂在钻孔咬合桩施工中的研究与应用
[摘 要]针对钻孔咬合桩的施工特点配制出新型的混凝土超缓凝外加剂(HLC-NAF2),该产品具有较高的分散性能,掺加后混凝土坍落度经时损失小,缓凝时间可达60~80h,在南京地铁2号线深基坑围护工程钻孔咬合桩施工中得到了成功应用。
[关键词]超缓凝外加剂;钻孔咬合桩;应用
1 概 述
在一些大型的混凝土工程中,如用于深基坑围护结构的桩排式挡土墙,该结构为使桩与桩之间的衔接紧密而使挡土墙具有一定挡水的能力,常要求在后续施工的钻孔桩在施钻时,同时能对前期已浇筑完毕的钻孔桩桩身混凝土进行适量的钻削,以求后续施工的钻孔桩与前期施工完毕的钻孔桩相互咬合连成一个整体,而达到使桩排式挡土墙具有挡水的能力[1]。工程施工中的这些特殊的需求,通常需要混凝土的凝结时间延长十几小时甚至是几十小时,并且不能影响混凝土的后期强度。显然,普通缓凝剂已无法满足要求,为此研制超缓凝外加剂具有极其现实的意义。超缓凝剂研究较多的国家主要是日本,尽管研究开发品种较多,但在工程中有效使用和在市场销售的品种却不多。我国也有部分单位开展这方面的研究[2-5],南京瑞迪高新技术公司根据国内外最新科研成果,采用全新科技手段,研制成功了一种具有超常缓凝能力的新型混凝土外加剂HLC-NAF2超缓凝泵送剂。其缓凝效果显著,兼有高效减水、保塑、保水等性能。该产品分散性强,坍落度经时损失小,混凝土缓凝时间可达60~80h,有效降低了混凝土的水化温升。
2 超缓凝泵送剂的产品及性能
2·1 超缓凝泵送剂的产品检测
由于目前没有专门的超缓凝外加剂技术标准,因此对该产品的检测参考GB8076-1997《混凝土外加剂》的标准要求,检测结果见表1和表2。HLC-NAF2超缓凝泵送剂是根据工程特殊要求研制的外加剂,其掺外加剂混凝土的凝结时间较长,从而影响混凝土的3d抗压强度比,故检测中该指标不做要求。
2·2 超缓凝泵送剂的产品及性能研究
2·2·1 与水泥的适应性试验
针对三家不同厂家的水泥,采用测定掺超缓凝泵送剂的水泥净浆流动度和混凝土拌合物的坍落度、扩展度等指标,研究其与不同水泥之间的适应性,试验结果见表3、表4。可以看出,该外加剂与三种水泥都具有良好的适应性。
2·2·2 掺量对混凝土性能的影响
研究外加剂掺量对混凝土的性能影响,结果见表5。由表5可知,混凝土的用水量随外加剂的掺量增加而显著减少。试验中发现,外加剂掺量为3.0%的混凝土拌合物出现离析,静置0.5h后有较多泌水。从工作性看,混凝土的出机坍落度均在210~230mm之间,2h后外加剂掺2.5%的混凝土坍落度损失最大,其余均不超过4cm,这对钻孔咬合桩混凝土的施工十分重要,高保塑性能保证了钻机有足够的移位时间。
超缓凝外加剂的加入引起混凝土早期强度明显降低,掺量1.8%和2.0%的混凝土3d强度均小于4MPa,当掺量2.2%或以上时,混凝土72h内无法硬化。虽然混凝土早期强度偏低,但标养28d后,掺量在2.5%以下的混凝土强度均能达到设计强度,且强度相差不大。掺量2.5%的混凝土由于早期强度太低,其后期强度受到一定的影响。当掺量增加到3.0%时,混凝土出现了过度缓凝的现象,混凝土强度得不到发展,混凝土试件内部酥软湿润。该试验结果表明,在工程施工中对外加剂,特别是特殊功能的外加剂的计量一定要准确,以免出现由于外加剂超掺引起的质量事故。
2·2·3 养护方式对混凝土强度的影响
分析不同养护方式对超缓凝混凝土强度发展的影响,本文采用三种不同的养护方式,分别为:①标养:混凝土成型后放标养室带模养护至7天后拆模测强度;②自养:混凝土成型后用塑料薄膜包裹,隔绝空气养护;③干养:混凝土成型后即放在露天下干燥养护。不同养护方式下混凝土的强度见表6。
从表6可以看出,外加剂掺量在1.8%~2.2%之间,不同养护方式下混凝土在各龄期的强度均相差不大,掺量1.8%和2.0%的混凝土自养和干养强度均较标养下的混凝土强度略高些。当外加剂掺量为2.5%时,混凝土28d自养和干养的强度只有标养下的30.6%和26.9%,这是因为在干燥养护条件下,超缓凝混凝土初凝时间较长,在这个较长的初凝时间和后期干燥养护期间,混凝土中的水分大量散失,混凝土中水泥后期水化所需水分得不到较充分地供应,致使强度发展被阻止,表现在混凝土无法形成坚固的胶结体,混凝土内部酥散。
3 超缓凝混凝土在钻孔咬合桩工程中的应用
3·1 超缓凝混凝土的技术要求
在南京地铁深基坑围护工程施工中,为保证咬合桩之间的咬合质量,同时满足施工顺利开展,南京地铁工程指挥部对使用的超缓凝混凝土提出如下技术要求:
(1)强度:设计强度等级为C20,要求60h不大于3MPa,28d强度满足设计要求;
(2)凝结时间:混凝土初凝时间不得早于60h。
(3)坍落度:施工要求坍落度为14~16cm。
(4)和易性:粘聚性、保水性好,混凝土浇筑前后不得有明显离析、泌水现象。
3·2 超缓凝混凝土的配制
3·2·1 原材料
(1)水泥:南京天宝山三龙P.O42.5,其主要物理力学性能见表7;
(2)粉煤灰:南京热电厂Ⅱ级,需水量比100%,烧失量2.5%;
(3)细骨料:安徽安庆中砂,细度模数2.68;
(4)粗骨料:南京汤山5~31.5mm连续级配石,针片状含量7.9%,压碎指标12%。
(5)外加剂: HLC-NAF2新型超缓凝混凝土外加剂。
3·2·2 施工配合比
配制超缓凝混凝土的关键是控制好混凝土的凝结时间,使用超缓凝剂是使混凝土具有超缓凝性能的主要手段。由于钻孔咬合桩施工周期长,施工中影响因素多,为满足施工过程中顺利切桩,按指挥部的要求,混凝土的凝结时间以60h强度不大于3MPa控制。因此,在混凝土成型60h和72h时分别测试混凝土的抗压强度。表8为超缓凝混凝土施工配合比。
超缓凝混凝土的工作性和强度见表9、表10,其外加剂掺量为2.0%,混凝土的出机坍落度在210~220mm之间,拌合物和易性好,不离析,无泌水现象,混凝土的初凝时间均大于60h,强度小于3MPa。
3·3 超缓凝混凝土的生产与应用
3·3·1 应用情况
在生产过程中,为确保桩切削顺利,考虑各种环境和施工因素的影响,生产中外加剂掺量确定为2.0%。表11为南京地铁工程施工中超缓凝混凝土强度的统计情况。
从2006年3月~11月,天宝搅拌站为南京地铁2号线所街站、集庆门站、元通站的钻孔咬合桩工程供应超缓凝混凝土约20000m3,共浇筑约850根桩, 累计使用HLC-NAF2超缓凝外加剂155t。从使用的情况看,混凝土的和易性、凝结时间、强度均能满足施工要求,施工中混凝土均能顺利切削,没有出现早凝或过缓凝现象。
3·3·2 生产中的注意事项
超缓混凝土是近年来对混凝土生产提出的新课题。超缓凝混凝土一方面要求混凝土早期有较长的凝结时问;另一方面,混凝土又必须有足够的后期强度。采用掺超缓凝高效减水剂使混凝土具有超缓凝性能的做法,效果很明显,预拌混凝土站的现有生产工艺无需改变,有较强的可操作性,但由于是区别于普通混凝土的一种特殊混凝土,还有值得重视和注意的地方:
(1)混凝土凝结时间的长短,其实与水泥品种和水泥强度等级、粉煤灰的掺量、骨料的颗粒级配及吸水率、砂率等因素都有密切的关系。因此混凝土厂家应保证生产混凝土的各种原材料质量稳定,尤其水泥、粉煤灰等需严格控制;
(2)超缓凝剂的掺量对混凝土的凝结时间影响较大,少掺或过掺都会对混凝土施工造成不利影响,因此在试配超缓凝混凝土之前,要弄清楚所选用的外加剂的掺量范围是多少才不会造成对混凝土强度和可施工性产生损害;
(3)生产中采取可靠措施防止材料误用,主要材料尽量专罐专用,运输时专车运送;
(4)混凝土运抵工地后,施工方仔细核查混凝土类别,防止普通混凝土与超缓凝混凝土误用;
(5)施工前做好各项组织准备,施工方与混凝土供应方应加强沟通,确保混凝土在浇筑后60~70h内切割。
4 结 语
南京地铁2号线深基坑围护工程钻孔咬合桩采用HLC-NAF2新型超缓凝外加剂配制超缓凝混凝土,通过配合比的优化和掺量的合理调整,配制出和易性良好、缓凝时间在60~80h、强度达到设计要求的混凝土,一年中已累计成型835根桩,浇筑超缓凝混凝土约20000m3,取得了良好的经济效益。
[参考文献]
[ 1 ]张静,佘才高.南京地铁1号线基坑围护结构综述[J].都市快轨交通,2005,(4):40~44.
[ 2 ]王立久,张跃民,刘军,等.混凝土新型超缓凝剂研究[J].混凝土,2000,(10):58~60.
[ 3 ]王宝民,王立久,穆红英,等.新型液体水溶性混凝土超缓凝剂的研究[J].中国港湾建设,2002,(3):22~24.
[4]贾兆武,刘煜,车会珍,等. RCC超缓凝复合外加剂的试验研究[J].西北水利发电,2003,(1):25~28.
[ 5 ]陈清志,崔冕昌.深圳地铁工程钻孔咬合桩超缓凝混凝土的配制与应用[J].工程科技,2002,(3):55~58.
