预制盾构高性能混凝土的研究和应用.doc

预制盾构高性能混凝土的研究和应用 李小红 卯战革 张秋仙 赵霞 摘 要 结合南水北调中线穿黄Ⅱ—A、Ⅱ—B标工程预制盾构管片的施工，对配制管片高性能混凝土的原材料和配合比进行了优选。该配合比通过正交试验，对内掺掺合料的高性能混凝土配合比的多项指标进行了考查，确定出经济合理的配合比。依据该配合比配制的混凝土试验结果表明：混凝土强度达到了C50、拌和物易于浇捣、抗渗等级满足W12、抗冻等级满足F200，碱含量仅2.18Kg/m3；通过蒸养工艺的优化，有效提高了混凝土的早期强度，使8h（含升、降温过程）蒸养强度达到20MPa以上，达到每天可以生产两批产品的效率。 关键词 盾构管片 高性能混凝土 配合比 蒸养工艺 南水北调工程中线穿越黄河为两条平行大直径地下圆型输水管道，采用预制盾构管片作为衬砌，盾构管片混凝土设计要求为C50W12F200。 盾构管片混凝土基本要求如下：（1）抗压强度设计等级为C50，要求早强，即在蒸汽养护条件下满足12h一次模具周转，且蒸养时间不得超过8h℃），吊运强度要达到20MPa左右，不得低于15MPa蒸养 3d 28d A 0.53 26.4 54.2 21.5 B 0.56 24.9 53.0 17.3 标准要求 ≤0.6 ≥16.0 ≥42.5 ≥20.0 1.2 粉煤灰 一般认为掺用粉煤灰不利于提高蒸养混凝土的强度，但掺优质I级粉煤灰后蒸养混凝土具有更优良的力学性能、更好的耐久性、更好的经济性（具有较好的减水效果）。同时，掺用优质粉煤灰将提高混凝土的体积安定性，有利于防裂，还能抑制碱集料反应，改善混凝土拌和物的施工性能。本试验采用优质的I级粉煤灰进入配合比试验。 1.3 集料 细骨料为人工砂，细度模数在2.6以上，石粉含量控制在6～18%，颗粒级配符合中砂的标准要求。 粗骨料为石料厂生产的5～20mm(D20)和20～40mm(D40)人工破碎石，其各项指标满足规范要求。 1.4 外加剂 使用优质高效减水剂。聚羧酸高效减水剂是第三代高效减水剂，不仅减水率较高（大于20%），含碱量低，而且适于蒸养。选择三个厂家（C、D、E）的聚羧酸高效减水剂与水泥的适应性进行检测，全部符合标准要求，且减水率均在20%以上，考虑三种外加剂作为正交试验的一个因素进行配合比。 引气剂将降低混凝土的强度，但管片混凝土有W12F200的抗渗和抗冻要求，因此须掺引气剂使拌和物的含气量不宜低于4.0%。 2 蒸养工艺 选择合适的蒸养工艺。控制蒸养温度，在不影响混凝土质量的情况下尽可能缩升降温时间，延长恒温时间18.5～20℃，拆模温度30±1℃。 考虑调整配合比参数（煤灰掺量减少）对混凝土强度的影响，确定使用4号方案的养护方式。 表2 蒸养时间对拆模强度的影响 序号 蒸养时间(h) 拆模强度(MPa) 目标强度(MPa) 升温 恒温 降温 总用时 1 3 2 2 7 7.0 15～20 2 2.5 3 2 7.5 11.1 3 2 3.5 2 7.5 12.1 4 2 4 2 8 15.3 5 2 4.5 2 8.5 16.3 3 配合比试验 3.1 试拌方案 设计要求C50W12F200，联掺高效减水剂和引气剂，控制混凝土拌和物的坍落度50～70mm，含气量4～6%。采用L 9(34)正交表安排试验，考核水胶比、粉煤灰掺量和不同的外加剂对标准养护和蒸气养护混凝土性能的影响，具体内容如下： 10%；考虑冬季施工变因，水胶比选择0.32；外加剂品种对蒸养强度影响不显著。 3.3 推荐配合比 经过以上试验确定出以下配合比见表6。 3.4 蒸养工艺流程 通过以上试验研究确定了经济合理、易于操作的拌和和蒸养工艺流程见图1。 表4 正交表试验成果 因素 序号 水胶比 A 粉煤灰 B 外加剂 品种C 空列 D 坍落度(mm) 含气量(%) 抗压强度MPa 28d 蒸养抗压强度 (MPa) 抗渗 (W12) 抗冻(F200) 1 0.30 10 C 0.30 60 4.2 76.6 23.6 — — 2 0.30 15 D 0.30 65 4.2 74.4 21.2 — — 3 0.30 20 E 0.30 58 4.5 70.6 19.8 — — 4 0.32 10 D 0.32 68 4.1 65.0 21.3 — — 5 0.32 15 E 0.32 62 4.5 64.3 20.2 ≥W14 ≥F200 6 0.32 20 C 0.32 70 4.3 66.8 16.7 ≥W14 ≥F200 7 0.34 10 E 0.34 65 4.1 62.1 20.1 ≥W14 ≥F200 8