超緩凝混凝土在樁基工程中的應用研究

賈志生，包文龍

（1. 天津市中凝佳業混凝土有限公司，天津 300380；2. 江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 211103）

0 引言

隨著社會經濟的發展，城市建設日新月異，施工工藝多種多樣，對混凝土的要求已大大提高。在一些大型橋梁和超高層建筑工程中，為提高單樁的承載能力，需要樁的長度和橫截面都較大，單樁所需灌注的混凝土方量較大，且澆注完成后還要進行其它作業，所要求混凝土的凝結時間較長，尤其是在炎熱的夏季，必須把混凝土的初凝時間大大延長，才能保證一次性灌注成功。

緩凝劑是一種能延長混凝土凝結時間的外加劑，緩凝劑主要是用于延緩水泥的水化硬化速度，以使新拌混凝土在較長時間內保持塑性。緩凝劑對新拌混凝土性能的影響主要有：延緩混凝土初終凝時間，降低水化放熱速率，降低坍落度損失。從強度的發展來看，摻入緩凝劑，混凝土 1 天、3 天強度要低，但對后期強度沒有明顯的影響，如果摻量過大，則由于水分的蒸發和散失會對混凝土強度造成永久性不可恢復的影響。

普通商品混凝土緩凝劑，由于具有引入空氣的性質，摻量過多會引起混凝土強度的降低和硬化不良，且緩凝時間較短，一般不能用于需長時間延長混凝土凝結時間的地方，較好的普通緩凝劑初凝時間差不多 8～10h，很難達到保坍時間較長的效果。但超緩凝劑卻不然，超緩凝劑即為能較長時間延緩混凝土的凝結，其緩凝時間可以根據摻量來人為控制，而且混凝土在較長的時間內坍落度損失較小，一般終凝時間在 50個小時左右。

1 工程概況

由中建八局施工的中信城市廣場項目建筑面積 120 萬余平米，地處天津站東 800m，距海河不足百米。工程建成后將超過津塔 3m（津塔高度 336.9m），為海河之濱新的標志性建筑。工程設計為全向逆施法施工，即地上結構完成后再進入地下施工。其中最先進行的是樁基部分混凝土施工，要求混凝土初凝時間控制在 36h 之內，終凝時間 48h 左右。只有這樣才能有足夠時間，完成先把 100 余方的混凝澆筑完畢后，再平整現場吊裝設備，一次性將鋼管柱垂直插入到混凝土樁中這一過程，這對混凝土的凝結時間提出了很高的要求。考慮插入鋼管的需要，灌注樁的混凝土要有較長的緩凝時間，一般終凝時間不小于 48h，同時要求混凝土運輸至插入鋼管柱時間段內混凝土的坍落度不少于 160mm，以及施工過程所持續的時間，為了保證鋼管的順利插入，混凝土 18 小時后坍落度不少于 160mm，且有良好的和易性及流動性，再進行二次壓管（如圖 1）。若未達到緩凝要求，或坍落度損失過快，鋼管柱就不能順利的壓進去。由于要壓進去的鋼管柱為該工程地下部分的永久性柱子，所以一但失敗，該樁基就此作廢。需要重新設計、重新施工，每根廢樁造成的損失近百萬元。考慮到該工程的重要性，我們做過系列的實驗，包括從原材料的選取、外加劑配方的制定，最終確定以下材料及配合比。

圖1 垂直插入鋼管柱的施工工藝

2 超緩凝樁基混凝土原材料控制和配合比選定

2.1 原材料控制情況及性能

（1）水泥：選用質量較穩定唐山冀東 P·O42.5 水泥，性能指標見表 1。

表1 冀東水泥各項物理性能指標

（2）粉煤灰：選用天津軍糧城電廠 Ⅱ 級 F 類粉煤灰，性能指標見表 2。嚴格控制粉煤灰的細度及需水量，以確保混凝土流動性、減少泌水、改善和易性。

表2 粉煤灰物理性能指標

（3）礦渣粉：選用唐山瑞豐鋼鐵集團有限公司生產的S95 粒化高爐礦渣粉。性能指標見表 3。

表3 礦粉物理性能指標

（4）細骨料：選用河北新樂河砂，細度模數 2.6 左右，含泥量在 2.0% 以內；河北遷安鐵礦選礦采礦碎屑，細度模數2.2 左右，石粉含量在 3% 以內。

（5）粗骨料：選用河北易縣 5～25mm 連續級配碎石。

（6）外加劑：選用江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產的 PCA-I 聚羧酸高性能減水劑，具有減水、緩凝、引氣等特點，與水泥的適應性良好。

由于該工程的技術要求和施工工藝要求，對外加劑的選擇尤為重要，首先面臨的幾個問題：

（1）混凝土凝結時間，天氣狀況；施工季節比較炎熱，為一年中最熱的六七月份。

（2）攪拌站距離施工現場運距長；我公司到施工現場為25 公里左右，路況極差，行程大約一個半小時左右。

（3）由于混凝土的超長凝結時間，使得混凝土的強度尤為重要。

（4）在施工工藝中，灌裝結束后要壓入一個布滿鋼釘似的鋼管柱，因此對混凝土的含氣量要求更高。

針對以上問題，提出解決方案。

外加劑選擇江蘇蘇博特新材料股份有限公司 PCA-I 聚羧酸高性能減水劑，針對以上問題，首先解決混凝土的出機狀態、凝結時間，從現場原材料考慮，最終定為大減水率搭配適量中等減水率母體復合使用，在保證減水劑的減水率的前提下，降低減水劑的分散性，防止外加劑分散性過強對混凝土狀態不好把控。在此前提下，選用高效緩凝劑，在緩凝劑的選擇過程中，我們也做過系列的試驗，共做過 4 類緩凝劑。

A 類產品，盡管能滿足對產品凝結時間的需求，但由于該產品的溶解度相對較低，外加劑放置一段時間后有少量晶體析出，且價格較貴，因此排除。

其他三類緩凝劑經過實驗驗證，最終確定兩種搭配使用時才能滿足需求，而在這期間我們也做了系列的比例調整實驗，最終確定當兩種比例為 1∶3 時滿足該凝結時間的需求。

解決完凝結時間的問題，我們發現，盡管凝結時間能滿足施工要求，但是混凝土狀態在 16h 后變化較大，混凝土坍落度損失嚴重，黏度較之出機狀態相差大，因此我們把攻克重點放在坍落度損失問題上。

針對此問題，保坍劑選用江蘇蘇博特新材料股份有限公司保坍劑，調整減水劑、保坍劑和緩凝劑的比例，使混凝土在 16h 左右保證坍落度在 170～180mm，保證混凝土的狀態，滿足鋼管的插入。

調整混凝土的含氣量，使得混凝土出機含氣量在4%～5% 左右，要保證混凝土有一定的含氣量，既不宜過高又不宜過低，一方面考慮到施工的可行性，另一方面考慮到混凝土的強度。最終施工混凝土的含氣量在 4.2%。最終確定外加劑的配方。

2.2 配合比的設計及確定

該施工工藝在灌注樁混凝土澆灌完成后能一次性將鋼管柱垂直插入到混凝土中，就對混凝土的性能提出了很高的要求。

此次設計配合比的難點是：提高混凝土的流動性、和易性，控制超緩凝混凝土的凝結時間。我們采取以下措施：

（1）適量增加單位用水量及調整砂率提高流動性；

（2）嚴格控制外加劑的緩凝成分，使混凝土能正常施工。

混凝土的設計配合比見表 4，強度等級為 C35，混凝土相關性能檢測結果見表 5。

表4 設計試驗配合比

表5 設計試驗配合比工作性能和力學性能

從表 4 和表 5 中可以看出，適當提高砂率可以提高混凝土的流動性、和易性。

經過優選，配合比定為編號 2-2。

3 結論

超緩凝混凝土控制要比普通混凝土更為嚴格，坍落度不能過大和過小，絕不能有泌漿、泌水、離析等現象。如果發生此現象，當混凝土灌入樁基中，若混凝土出現離析漿體分離，使二次壓樁時正好壓在漿體分離的骨料上，就很難把鋼管柱壓到合適部位，則該根樁基就算報廢，將造成嚴重事故，后果不堪設想，給企業造成嚴重影響和損失。所以，我們嚴格控制進廠原料，特別是對進廠的砂、石、含水、含泥、石粉含量、細度模數尤其要注意。保證砂石的質量，保證水膠比不變，也就保證了混凝土出機狀態，實際生產中我們很好的控制混凝土出廠的和易性、坍落度，嚴格按照混凝土的配合比生產，每車出站混凝土都留置試樣，觀察其凝結時間，為工地壓入鋼管樁體提供了有效的時間數據。

在混凝土公司與施工單位共同努力下，累計為天津中信城市廣場項目生產超緩凝混凝土 10000 余方，灌注了 100 多根鋼管樁，沒出現任何質量問題，7d 強度已超過 100%。