陶瓷抛光微粉超缓凝大体积水下混凝土在虎门二桥的应用

2016-09-22黄康成

广东建材 2016年9期

关键词：微粉外加剂碳化

黄康成

（广州市盈坚混凝土有限公司）

陶瓷抛光微粉超缓凝大体积水下混凝土在虎门二桥的应用

黄康成

（广州市盈坚混凝土有限公司）

广州市虎门二桥大沙水道主塔承台围堰封底水下混凝土通过掺入矿粉、粉煤灰和一定量的活性陶瓷抛光微粉，并对混凝土外加剂缓凝时间进行调整，在兼顾质量和成本的前提下成功配制了C30水下超缓凝自流平混凝土，并在该工程围堰封底大体积混凝土中得到了良好的应用，混凝土浇注完成后达到了预期的效果。

水下混凝土；大体积；超缓凝

1　工程概况

广州虎门二大桥为主跨1200m双塔单跨悬索桥，桥跨布置为360m+1200m+360m，技术标为双向六车道高速公路，其中大沙水道主塔承台围堰封底采用导管法水下混凝土封底，混凝土要求一次性浇筑成功，不能出现任何渗水现象，同时要求满足水下自流平施工性能，初凝时间22～24小时。工程项目现场自身虽然配置了搅拌站，但由于混凝土要求高，在综合分析了多家搅拌站的技术方案后，项目最后采纳了我们企业的方案。

该项目承台钢板桩围堰平面尺寸为85.55m×28m，钢板桩长度为18m，底标高-14.0m，顶标高为＋4.0，封底混凝土厚1.5m，标高-3.5～-2.0m。为保证封底混凝土浇筑质量，封底分左右幅承台两个浇筑区进行，浇筑顺序为:左右幅承台至系梁，采用小料斗加垂直导管布料施工，导管内径为Φ300m m，每单根导管长8m，按混凝土流动半径6m进行布置，考虑边角处的流动，左右幅承台区各布置8根浇筑导管，由短节导管拼接而成。采用C30水下缓凝混凝土灌注，浇筑方量约为3146m3。

2　混凝土配合比优化设计

2.1对混凝土的性能要求

⑴初凝时间大于24小时，终凝时间小于30小时；

⑵初始坍落度大于220m m,扩展度大于550m m，倒筒时间小于8秒；

⑶3小时坍落度无损失，扩展度大于500m m；

⑷混凝土和易性良好，保水性好。

2.2设计难点

⑴本次浇筑的围堰平面尺寸大，混凝土大体积一次性浇筑量3146m3,混凝土流动度要求较高，扩展度要求较大，抗渗性能要求高；

⑵混凝土凝结时间长，混凝土连续浇筑自流平，不允许产生任何施工缝及产生渗水现象；

⑶如何在降低混凝土水化热及保证后期强度的前提下一方面降低水泥用量，另一方面保证足够的胶材来达到自流平的施工性能，同时保证混凝土的耐久性满足设计要求；

⑷通过掺入一定量的陶瓷抛光微粉，用二级粉煤灰取代一级灰配置自流平混凝土，技术方面的验证不只包括抗压强度，还要对其耐久性进行进一步检测，准备时间较长。

2.3设计思路

水下混凝土两个最基本的要求：一是具有较大的流动性以保证其能够在自重作用下灌注不堵管以及自密实，所以设计出厂坍落度为220～240m m，扩展度为大于550m m；二是较小的泌水率。为了保证水下混凝土的强度和耐久性，我们选择采用粉煤灰、矿渣粉和陶瓷抛光微粉三掺的配合比设计方案，在保证胶凝材料总量不变的前提下，通过掺入其它活性材料来降低水泥用量，既可以降低混凝土水化热和早期强度，又可以改善混凝土的流动性，增加其密实性从而满足混凝土的耐久性。

2.4原材料

⑴水泥：选用高要市金岗水泥厂生产的P.O 42.5水泥，各项性能指标如表1。

⑵粉煤灰：选用南沙电厂生产的II级粉煤灰，各项性能指标如表2。

表1　水泥性能

表2　　粉煤灰性能

⑶矿渣粉：选用番禺莲花山生产的S95级矿渣粉，其各项性能指标如表3。

表3　矿渣粉性能

⑷陶瓷抛光微粉：选用佛山某粉磨公司生产的经加工筛分后的陶瓷抛光微粉，其化学成份和性能如表4。

表4　陶瓷抛光微粉化学组成及性能

⑸集料：碎石为广东云浮生产的花岗岩碎石，5～31.5m m连续级配，砂子选用西江细度模数为2.6的河砂，其性能指标如表5。

表5　集料性能

⑹外加剂：选用中科院广州化学有限公司生产的超缓凝型减水剂，其性能指标如表6。

表6　外加剂性能

2.5混凝土的试配

⑴考虑外加剂的超缓凝性能，平时用的少没有充足的数据支持，在进行混凝土配合比设计前，为确定其对混凝土的强度影响，我们在掺粉煤灰的水泥胶砂中，按外加剂的不同掺量，观察强度的变化，找出最佳掺量范围为2.0%，试验情况如表7。

⑵由于我们使用陶瓷抛光微粉时间相对比较长，本次水下混凝土配合比设计关于陶瓷抛光微粉的掺量我们综合了普通混凝土的使用时的掺量，即把取代水泥10%～30%，取代二级灰15%～30%作为设计掺量，固定外加剂掺量2.0%，通过胶砂强度试验中的强度来寻找最佳的胶材搭配，试验情况如表8。

表7　不同外加剂掺量水泥胶砂强度

表8　不同掺量陶瓷抛光微粉胶砂强度

从试验结果来分析，陶瓷抛光微粉的掺量以取代水泥15%，取代粉煤灰25%，占总胶材18%为最佳。

⑶混凝土配合比配制

根据表7、表8的试验结果，结合矿渣粉的最佳掺量，C30水下超缓凝混凝土的试验配比见表9，工作性能试验结果见表10所示。

表9　C30水下超缓凝混凝土试验配比

表10　C30水下超缓凝混凝土工作性能试验结果

根据表10的试验结果，我们认为第2组配合比各项性能指标比较符合虎门大桥C30水下封底超缓凝混凝土的结构和施工要求。由于在配合比中我们使用了陶瓷抛光微粉，为进一步验证其性能，我们按此配合比进行了混凝土模拟生产，按1000×1000×1000m m尺寸浇筑构件5个，构件进行同条件养护28天后抽芯用于混凝土耐久性检测。

⑷混凝土耐久性检测

本次试验每个构件取30个抽取芯样，共计150个,为避免钻取的芯样受大气中CO2的影响,钻取后立即用双层塑料袋密封，为使碳化试验与工程结构的实际情况相贴近，在芯样钻取过程中尽量保留完整的芯样表面。芯样取回后，按要求养护及加工，根据要求分别进行实体抗压强度、快速碳化、氯离子渗透性试验。

①混凝土实体强度检测

表11　混凝土芯样抗压强度

从表11构件强度来看，混凝土强度满足设计要求，略高于试配强度，与室外同条件养护温度高有关。

②混凝土快速碳化检测

试验按《混凝土长期性和耐久性试验方法》进行，试验前先将芯样烘干处理，在两端面上用铅笔以10m m间距画出平行线，以预定碳化深度的测试点，以两测各测点的平均值作为试件的碳化深度，同时用石蜡将芯样四周密封，只留两端进行碳化试验，3块为一组，分别测试7d、14d、28d三个龄期的碳化深度。

表12　混凝土芯样快速碳化检测值

混凝土28d快速碳化值相当于混凝土结构自然状态下50年的碳化值，从本次试验结果来看，通常情况下混凝土结构的保护层大于20m m,也就是说当混凝土掺入了一定的陶瓷抛光微粉后可以有效改善混凝土的内部结构，从而增强混凝土自身的密实性能。

③混凝土氯离子渗透性检测

本试验参照《混凝土结构耐久性设计与施工指南》CCES01-2004中的方法进行，通过检测规定时间内通过混凝土的电通量高低来评价混凝土结构的抗渗透性，间接分析混凝土的密实性。

由表13中混凝土电通量试验结果可以看出,掺入陶瓷抛光微粉后的混凝的电通量较低，混凝土的抗氯离子渗透能力得到了显著提高。

表13　混凝土电通量试验结果

3　混凝土在虎门二桥工程项目中的应用与实施效果

2015年6月26日至27日，虎门二桥工程顺利完成了C30水下缓凝围堰封底混凝土的浇筑，共计使用混凝土3146m3，现场混凝土取样共计20批次，平均强度38.6M Pa,混凝土实测初凝时间23.5小时，到达坍落度220～230m m,扩展度550～650m m。混凝土浇筑完成后10天，项目进行围堰内抽水，每天一次，通过观察水面上涨来判断本次围堰封底情况，结果显示本次混凝土浇筑非常成功。

为了保证本次混凝土的浇筑顺利完成，我公司试验室提前做好了技术方案，跟项目部试验室进行了多次配合比复核认证，最终确定生产配合比。浇筑时严格按照制定的方案做好混凝土的开盘和质量控制工作，混凝土的运输与浇筑都进行了全过程的跟踪。车队合理安排好施工所需的混凝土运输车，生产部安排专职调度员值班，以避免混凝土的断档和不合理的积压现象发生。同时在封底混凝土浇筑过程中，严格控制混凝土的性能，使得混凝土各项指标均能满足水下封底混凝土的质量要求。