超緩凝混凝土在路橋工程中的應用

黃略

（福建第一公路工程集團有限公司，福建 泉州 362000）

1 原材料的選擇及分析

1.1 膠凝材料

因為混凝土凝結是由水化熱引起的，所以膠凝材料的選擇顯得尤為重要。在我國現行的施工標準中，混凝土凝結最低標準為P.O42.5 級。按照此施工標準制定了建筑工程的標準等級，在水和減水劑摻量上都需符合設計施工的要求。

1.1.1 在超緩凝混凝土中水泥發揮的作用

混凝土在水化作用下的硬度會加強，其機械性能、抗腐蝕能力也會隨之增強。同時，水泥硬化的過程將影響水泥漿的整體結構和抗壓能力。

影響抗壓強度的主要因素是水泥的種類和標號等級，同時骨料與水泥石之間的結合程度尤為重要。因此，制配混凝土時需要選擇合適的水泥。水泥在整個過程中主要將分散的骨料黏合為一個整體，增強混凝土的強度，使其變得更加耐用。骨料在這個過程中發揮作用的大與小，與水泥的強度大小、黏力強弱有關，在混凝土的材料制配中，水泥發揮著膠凝材料作用。

由此分析得出，在超緩凝混凝土的設計中，水泥的選擇必須進行嚴格的質量品質控制。首先，考慮水泥的標號等級和種類，其次，確保在日常的保養維護工作下達到水泥初期以及中后期的硬化規律。

1.1.2 摻和料的使用情況

礦粉、粉煤灰、石灰石粉、硅粉等通常作為混凝土的摻和料使用。采用具有高活性的摻和料添加至混凝土中，在摻和料加入后其具有的滾珠效應、火山灰效應都能使混凝土的性能得到一定程度的提升和改善，讓水熱化作用更加明顯。可以降低溫度上升的幅度，提高混凝土的耐久程度。

超緩凝混凝土中添加礦物外摻料，不但可提高其致密程度和機械性能，還可顯著地減少屈服剪應力在分子間的作用，有效提高其流變特性在塑性階段的作用，使早期的水化現象有所降低。已有研究表明，緩凝減水劑能有效地將水溶液中的水化產物吸附到表面，并且在同樣的緩凝劑減水劑中的加入量與混凝土中的含水泥量成反比關系。當添加劑的摻和料活性降低時，它的水化反應也會變得很弱，初期的水化熱比較小，會對緩凝減水劑的吸收產生一定的影響，在攪拌液中會存在大量的超緩凝劑，引起后續的反應，產生大量的水化產物，從而影響到黏稠度，以此提高混凝土的可塑性。

1.2 骨料對超緩凝混凝土的影響

1.2.1 粗集料的選用

超緩凝混凝土應使用連續級配的粗集料，可以降低堵塞風險、減少砂和水泥的含量、改善后期強度。試驗證明，采用連續級配的粗集料，每立方米的用水量可以減少15kg 左右。減少水泥的使用量，降低水化熱的作用，從而延長凝固作用持續時間。

此次試驗使用惠安張坂碎石，其技術參數如表1所示。

表1 惠安張坂碎石技術參數

結果41 0.3 2.0 5.5項目表層密度/（kg/m3）成型密度/（kg/m3）含泥量（%）泥塊含量（%）結果2604 1478 0.12 0項目間隙率（%）容水率（%）針片狀顆粒含量（%）碎壓指標（%）

1.2.2 使用和選擇細集料

超緩凝混凝土使用的細集料應選用中粒級配較好、細度系數約為2.6、含泥量不超過1%的中砂。砂粒是混凝土的二級骨架，其質量對拌和后期質量有很大影響。如果含泥量太高，將對混凝土的抗壓能力、耐久性、抵抗滲透力、收縮和抗張強度及其他性能指標都將產生不利影響。試驗證明超緩凝混凝土中的砂粒含量不宜超過1.1%。

細集料構筑了混凝土的整體框架，伴隨著細集料的級配的緊密，所制的混凝土結構就越穩定。所用的水泥如果越少，混凝土的抗性就越強，混凝土的抗裂性也就得到提升。

此次試驗使用惠安張坂中砂，其技術參數見表2。

表2 惠安張坂中砂技術參數

項目表面密度/（kg/m3）成型密度/（kg/m3）泥塊含量（%）含泥量（%）結果2549 1607 0 0.3項目間隙率（%）石粉含量（%）云母含量（%）細度模數（II區砂）結果38 4.1 0 2.4

2 超緩凝混凝土使用配比設計和優化

2.1 超緩凝混凝土的配合比設計

2.1.1 混凝土配合比的基本要求

為滿足施工要求，在使用功能的混凝土原材料中要控制質量。混凝土的配合比設計中，所得結果顯示為混凝土里的各種原材料的質量數表示。

混凝土配合比設計的基本原理是：在經濟條件下，所配制的混凝土既能達到拌和物的塑性和易性，又能達到硬化后的強度和耐用性。它的經濟技術表現為：一是節約材料，二是減少混凝土的綜合成本。達到了以上的各項標準之后，超緩凝混凝土還需要滿足超緩凝的特點。

混凝土配合比的設計程序是：首先選擇原材料，檢驗質量；其次根據施工要求，根據施工要求進行初步的設計；最終確定混合比例。經過試驗室測試，經過適當調整，確定了基礎的配比，經過機械性能的檢驗，選擇了試驗室的配比，并根據試驗室的真實情況（如地板材料的含水率、細度模數等）對基準配合比進行修改，得出了施工配合比。

2.1.2 配合比設計的規范標準及設計要求

除達到《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55—2011）中的相關標準外，還應滿足以下設計要求：

第一，緩凝時間≥55h；每臺班前后循環混凝土緩凝時間≥71h。

第二，坍落度指標：195mm±25mm；擴展度大于450mm。

第三，3d 強度需要低于3MPa。

2.1.3 混凝土設計方法和步驟

其一，計算配制過程中的強度。

按《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55—2011）的設計要求，在強度保證率大于95%的情況下，必須按地方標準差或按企業的管理水平選取標準偏差，在C60 以下時，其配制強度要按公式計算（f）：

標準差的計算結果如表3 所示：

表3 標準差σ 值

混凝土強度標準值/MPa∑≤C20 4.0 C25～C45 5.0 C50～C55 6.0

2.2 水膠比計算

在C60 以下的凝土強度，混凝土的水膠比例如下：

回歸系數（α、α）按表4 規定確定：

表4 回歸系數（α、α）取值表

卵石0.49 0.13品種系數αa αb碎石0.53 0.2

膠凝材料28d 膠砂抗壓強度值（f）取實測值。摻和料的影響系數γ、γ如表5 所示。

表5 摻和料的影響系數γ、γ

種類粉煤灰影響系數γf 0 10 20 30 40 50 1.00 0.90～0.95 0.80～0.85 0.70～0.75 0.60～0.65—粒化高爐礦渣粉影響系數γs 1.00 1.00 0.95～1.00 0.90～1.00 0.80～0.90 0.70～0.85

2.3 試驗小結

該試驗論述了混凝土配合比的基本理論，水膠比主要體現在混凝土的可塑性和易性、硬化后的強度和耐久性。通過試配、調整，確定了超緩凝混凝土配合比。

3 超緩凝混凝土工藝質量把關

在工作性能上，超緩凝混凝土工作性能穩定良好；在國際水平上，該超緩凝混凝土的各項指標都位居前列。因此，在超緩混凝土的生產中，采用了保持粉體和緩凝劑等相應的措施，以保證超緩混凝土的工作性能良好，并視具體情況調整砂率和超緩凝添加劑的用量。

由于咬合樁本身的特性，對圍護的結構有很高的要求，因此施工和養護工程中使用的超緩凝混凝土質量必須達到標準。但是在執行過程中，不可避免地會遇到一些困難。

3.1 原材料環節的質量控制

在處理原材料的過程時先通過控制庫存模式來進行，然后在確定生產后及時供應原料。原材料驗收時應區分開來：機械砂的品質差異比較大，按每輛車檢驗含水量、細度模數、泥量；而膠粉比較穩定，可以采用進場驗收的關鍵指標進行入庫；由于施工進度的關系，超緩凝外加劑不能作為凝固時間的指標，可以在進場后進行攪拌試驗，觀察其配合性能。從原材料上進行嚴格把關，從庫存到供料都嚴格按照生產標準進行控制。

3.2 生產與運輸

生產上的工作重點是設備的維修和檢驗，要有嚴格的標準流程。另外，在生產過程中，攪拌時間不得少于120s，以確保其均勻度。混凝土澆筑之前，必須確定樁號、樁型、混凝土類型、工期、發料順序，并安排技術人員和施工單位進行協調。調度中心的車輛配備良好，確保在樁基施工期間不會發生中斷的情況。

3.3 混凝土灌注、切割

在混凝土運至工地后，需要及時地加以應用，以防止其工作性能的惡化，并且在澆筑期間不得任意中斷。同時，需要掌握好切割時間，防止出現“管涌”等不良現象。

3.4 混凝土工藝控制

混凝土作為一種建筑工程中常見且重要的材料，在建筑工地上，溫度和濕度都會影響到混凝土的凝固速度，而混凝土的凝固速度則會影響混凝土本身的工作效率。泉州地區夏季溫差大，尤其是東部夏季季風的存在，對超緩混凝土的生產產生了很大的負面影響。

4 混凝土灌注質量控制措施

超緩凝混凝土施工技術與工程應用是工程實踐中的一個重要問題，它是確保工程質量和工程結構的性能是否符合設計要求，是保證工程安全、高質量完成工程的先決條件。

水下樁混凝土采用導管法灌注，管道在使用前，應檢查管道的連接是否平整，是否有滲漏，管道與泵管的直接直徑為300mm。在水下樁的灌漿過程中，將導管插入樁孔，直至管底與樁底相距300～500mm，在首次灌注混凝土至少8m后，將套管和管道提升。為了防止出現斷樁和其他質量問題，必須時刻測量樁孔的深度，并確保導管的深度大于2m。一定要在所有的混凝土都被運到工地后，才能進行灌漿，在保證深度的前提下，逐漸拆除管道，并將混凝土澆筑到高度0.5m 以上。在樁頂部超過標高時，必須進行鉆孔，直到有足夠的混凝土結構出現為止，并保證樁體無松動、無破壞。

確定素混凝土樁混凝土緩凝時間，通常單根樁孔的施工時間是影響其施工進度的主要因素，而影響工程進度的主要因素有：地質情況、樁深、樁徑、機械臺班作業能力。用來測定單樁成樁所需的時間t 和素混凝土樁緩凝時間，可由公式（3）求出：

式（3）中：T——素樁混凝土完成初凝所需要的時間，單位h；

K——混凝土貯存期按工程實際需要而定，一般為10～15h；

t——單根水泥樁成樁所需的時間。

在此工程中，混凝土的緩凝時間應綜合考慮各種因素，如設備周轉等，以決定最短工期。

5 關于超緩凝混凝土的性能研究結論

第一，在生產超緩凝混凝土前，對原料進行質量控制，保證其性能穩定，生產出合格的超緩凝混凝土。

第二，單純的高效減水劑混凝土比超緩凝混凝土具有更好的抗氯離子滲透能力，加入緩凝成分可以減緩混凝土的凝固時間，混凝土中的孔隙度也隨之增加，導致抗氯性能下降。

第三，超緩凝混凝土在初始階段有很大的收縮，在60～80h 初期其收縮率較常規混凝土提高30%。

第四，超緩凝混凝土對溫度的敏感性較高，而養護條件對其影響較大。

第五，在28d 內，超緩凝混凝土的強度與凝結時間有關；在抽樣資料中，材料的抗壓強度為34.6～41.8MPa，且樣品整體呈現正太分布。

第六，超緩凝混凝土咬合樁施工無須泥漿護壁及循環體系，可減少工程造價；同時，施工時噪聲較低，對環境無影響，安全性高。

6 結語

根據施工需要，對C30 超緩凝混凝土工藝技術路線進行了研究，并對不同原材料對超緩凝混凝土的影響，不同原材料的易性、凝結時間進行了分析，找出了最佳的配比，并在施工中對水泥原料進行了嚴格的控制，特別是對機制砂的含泥量、生產質量、運輸速度、鉆孔灌注時間、鉆孔的時間、留樣凝結時間等進行了觀察。通過對超緩凝混凝土在施工中的凝固時間和壓縮強度、與材料凝固時間的關系進行研究，得出其在施工過程中抗壓強度和凝結時間的關系和趨勢，據此分析出超緩凝混凝土在道橋混凝土工程中的實際應用。