C20超缓凝混凝土配合比设计与研究

潘仁爱

（广西鱼峰混凝土有限公司，广西 柳州 545008）

C20超缓凝混凝土配合比设计与研究

潘仁爱

（广西鱼峰混凝土有限公司，广西 柳州 545008）

本文结合工程实例，对 C20 超缓凝水下桩基混凝土配合比进行设计，以期混凝土性能满足钻孔咬合桩的施工要求。

钻孔咬合桩；超缓凝混凝土；配合比设计

1 工程概述

柳州市火车站城市综合交通配套工程（柳州火车东站综合交通工程）土建施工中，采用深基坑围护结构的桩排式挡土墙，该结构为使相邻桩之间的衔接紧密而使挡土墙具有一定挡水的能力，要求在后续施工的钻孔桩施钻时，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，从而达到使桩排式挡土墙具有挡水的能力[1]。该工程施工中的这些特殊需求，要求混凝土的凝结时间延长至几十小时，且不能影响混凝土后期强度的发展。为满足该施工工艺要求，在混凝土搅拌时选用超缓凝外加剂替代普通缓凝外加剂，使混凝土能在施工所需要的时间内保持塑性，并在缓凝作用结束后，混凝土水化反应正常进行，混凝土能正常凝结并且无不良影响，混凝土的 28d 强度能够满足设计要求。

1.1 咬合桩施工工艺

咬合桩施工的原则是先施工素混凝土 A 序桩（强度等级为 C20 水下超缓凝），第一根桩采用砂桩处理，再在相邻两 A 序桩间切割成孔施工钢筋混凝土 B 序桩（强度等级为 C30 水下），其施工顺序为 A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3→A5……，如图 1 所示。

图 1 咬合桩施工顺序

成孔施工：（1）钻机就位后，保证套管与桩中心偏差小于 2cm，压入第一节套管，然后用抓斗从套管内取土，一边抓土，一边继续下压套管。抓土过程中，随时监控检测和调整套管垂直度，发生偏移及时纠偏调整（垂直度控制用线垂垂直方向控制，同时采用两台经纬仪垂直方向监控套管垂直度）。

（2）当孔深度达到设计要求后，及时清孔并检查沉碴厚度，若厚度大于 10cm，则继续清孔直至符合要求。可用抓斗轻轻放至孔底把沉碴清完。

（3）确定孔深后，及时向监理工程师报检，检测孔的沉碴和深度。

（4）桩成孔期间，每根桩约出土 50m3，利用施工间歇时间，进行土石方外运，避免土石方堆在现场影响后续施工。

（5）在最后一节护筒安装完成后，用 2m 靠尺测定护筒垂直度，进而推算出整条桩成孔垂直度。

1.2 咬合桩施工中对混凝土要求

超缓凝混凝土的作用是延长 A 序桩混凝土的初凝时间，以达到其相邻 B 序桩的成孔能够在 A 序桩混凝土初凝之前完成，这样便给套管钻机切割 A 序桩混凝土创造了条件。

超缓凝混凝土技术参数如下：（1）混凝土缓凝时间≥40h；

（2）混凝土坍落度：(200±20)mm；

（3）混凝土的 3d 强度值不大于 3MPa；

（4）28d 强度值满足设计要求。

咬合桩施工成败的重中之重为 A 序桩的超缓凝混凝土的初凝时间是否满足达到 60h 的要求。

2 超缓凝混凝土配合比设计研究

由于水下混凝土灌注是连续作业，一旦灌注就必须一气呵成。在对混凝土的粘聚性、坍落度损失、抗压强度、缓凝时间等各项指标的控制中，原材料的质量控制是至关重要的因素。

2.1 优选原材料

（1）水泥：选用广西鱼峰水泥股份有限公司生产的 P·Ⅱ42.5 硅酸盐水泥，其物理性能符合 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准要求，如表 1 所示。

（2）矿粉：选用柳州台泥新型建材有限公司生产的 S95 级矿粉，各项品质指标符合 GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准中 S95级矿粉要求，指标如表 2 所示。

表 1 水泥物理性能

表 2 矿粉技术指标

（3）粉煤灰：选用来宾电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，各项品质指标符合 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准中Ⅱ级粉煤灰要求，检验结果如表3 所示。

表 3 粉煤灰性能指标 %

（4）砂子：选用广西鱼峰混凝土有限公司生产的石灰石质机制砂，表观密度 2650kg/m3，松散堆积密度1600kg/m3，细度模数 Mx为 2.9，石粉含量 5.8%，泥块含量为零，亚甲蓝 MB 值为 0.4g/kg，最大压碎指标值为 10%，筛分试验结果如表 4 所示。

表 4 砂子级配筛分试验结果

（5）石子：选用柳州祥云破碎公司生产的 5～25mm 连续级配碎石，表观密度 2650kg/m3，松散堆积密度 1550kg/m3，含泥量 0.2%，泥块含量为 0，压碎指标值为 13%，颗粒级配筛分试验结果符合 GB/T 14685—2011 标准中 Ⅱ 类要求。

（6）外加剂：选用江苏苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸系高性能缓凝减水剂，固体含量 8%，减水率为 20%，水泥净浆流动度 240mm，初凝时间62h，终凝时间 70h。

缓凝减水剂的主要作用是胶凝材料水化过程中，在水泥颗粒表面形成一层不溶性质的膜层，阻止水泥颗粒与水的进一步接触，延缓水泥的水化反应，从而达到调整新拌混凝土初、终凝时间，减轻或者抑制胶凝材料水化所引起混凝土的坍落度损失。

2.2 配合比设计及试验分析

水下混凝土的配合比设计，需要考虑抗压强度、和易性、密实度等性能。依据 GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规程》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》、JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》、DBJ/T 45—002—2012《机制砂混凝土应用技术规程》，经过多次混凝土试配，结合工程实际要求，进行对比、分析和调整，最终确定生产配合比及混凝土性能见表 5。

图 1 混凝土试配经时状态

如图 1 所示，新拌混凝土无离析、泌水现象，包裹性、粘聚性好；6h 后仍然具有一定流动性；72h 拆模

表 5 混凝土生产配合比及工作性能

后，试件表面及内部仍处于湿润状态，胶凝材料水化程度低。

图 2 显示混凝土的强度发展趋势不同于普通混凝土，3d 抗压强度小于 3MPa，3d 至 7d 龄期内混凝土强度发展缓慢，14d 抗压强度达到设计强度 90% 的，28d抗压强度达到 32.5MPa，符合工程设计要求。

图 2 混凝土抗压强度

3 结论

（1）由于咬合桩施工工艺的特殊性，对混凝土提出的要求高，在配合比设计时综合诸多方面因素的考虑，经过反复试配、调整，最终确定施工配合比。同时拓展了笔者视野，给以后进行特殊施工部位的配合比设计工作带来了新思路、新方向。

（2）经过对外加剂的调整，混凝土缓凝时间为42h，初凝时间达到 60h，3d 强度值不大于 3MPa，28天强度值满足设计要求。

（3）严格把控各原材料质量，经施工现场验证，所生产混凝土施工性能良好。

[1] 李用敏．超缓凝混凝土的探索[J]．广东水利水电，2002(4)∶ 9-10．

[2] GB/T 50476—2008．混凝土结构耐久性设计规程[S].

[3] JGJ 55—2011．普通混凝土配合比设计规程[S]．

[4] JGJ 94—2008．建筑桩基技术规范[S]．

[5] DBJ/T 45—002—2012．机制砂混凝土应用技术规程[S]．

［通讯地址］广西省柳州市柳南区柳太路 62 号（545008）

潘仁爱（1986—），男，本科，中级工程师，长期从事预拌混凝土和预拌砂浆技术管理工作，现任试验室主任。