早强型聚羧酸减水剂对水下灌注桩性能的影响研究

王君峰

(南北水调中线干线工程建设管理局河北分局，石家庄 05000)

0 引 言

工程中最为基础的一种施工形式为钻孔灌注桩的施工，钻孔灌注桩的优势在于承载力良好、施工过程不复杂、施工效率高等，因此，钻孔灌注桩的应用范围越来越广泛。作为桩基，其工程造价相对较高。由于处于地下，修复难度很大，完工后基本无修复的可能性。具有早强组分的聚羧酸减水剂作为混凝土常见的复合型外加剂之一，掺入一定量，不仅可以有效提升混凝土的早期强度，同时不会影响混凝土的后期强度[1-2]。对于水下灌注桩的施工，不仅可以提升施工速度，降低施工周期，提升施工效率，还可以避免桩混凝土强度不够导致的断桩问题，成本大幅度降低。若出现混凝土和易性能差以及局部强度不达标导致的断桩问题，只能作废重新浇筑。研究钻孔灌注桩的混凝土配合比，对混凝土原材料比例进行优化，探索最佳矿物掺合料取代率，确定不同因素对于和易性能及力学性能的影响规律，确保桩混凝土质量[3]，避免质量事故发生。

1 工程概况

某河流治理工程项目由10条支流治理工程所构成，现场水下灌注桩混凝土施工性能差，流动性能一般，施工过程中出现堵管问题，泵送后的混凝土基本损失，辅助振捣也不能完全密实，影响水下灌注桩成型质量，易出现断桩的风险。成型后通过抽芯取样，混凝土多点强度一般，甚至局部出现强度不达标的问题，严重影响结构的使用功能[4]。

2 试验原材料

试验水泥为P·O42.5级水泥，测试标准稠度需水量27.9%，胶砂3d抗压强度28.6MPa，28d抗压强度52.4MPa；试验粉煤灰，测试细度8.9%，烧失量1.4%，需水量比97%；试验中粗河砂，细度模数2.6，含泥量1.8%，碎石5-25mm连续级配，压碎指标8%，含泥量0.3%；外加剂为早强型聚羧酸高效减水剂，采用早强组分、减水组分以及其他组分复合的形式，固含量14.9%，减水率18%；水为自来水。

3 水下灌注桩混凝土配合比设计

水下灌注桩混凝土在配合比设计过程中应重点考虑混凝土流动性能、黏聚性能、保水性能、力学性能等要求，确保易施工、不断桩，混凝土应具有流动度好、黏聚性适中、保水性优异，且低水化热，高抗压强度。通过重新设计混凝土配合比，优化原材料种类，确定矿物掺合料最佳取代率，确定早强型聚羧酸减水剂最佳掺量[5]。水泥初始总用量范围为150kg/m3，180kg/m3，210kg/m3，粉煤灰取代范围0、10%、20%、30%，通过调整早强型聚羧酸减水剂的不同掺量，达到调整混凝土和易性以及早期强度的目的。混凝土配合比，见表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 实验结果分析

4.1 水下灌注桩混凝土和易性影响因素研究

针对项目出现的流动性差、施工性能差等质量问题，研究矿物掺合料中粉煤灰取代率等因素的综合影响，测试混凝土流动度、倒筒时间等影响性能的关键指标，水下灌注桩混凝土性能测试，见表2。

表2 水下灌注桩混凝土性能测试

由测试结果知，粉煤灰的加入不仅改善了整体黏度，还适当改善了混凝土黏聚性能。粉煤灰对于流动性及黏度改善具有正向作用，随着粉煤灰掺量的不断提升，混凝土扩展度呈现先增加后基本保持不变的趋势，由于粉煤灰本身的球形颗粒作用，降低了颗粒间的摩擦阻力，降低整体黏度，但随着粉煤灰掺量的不断增加，整体扩展度及黏度均不再发生明显的变化，表明粉煤灰的球形颗粒效应达到极限，不再继续具有滚珠效应；当粉煤灰掺量为20%时，不同水泥用量下的混凝土整体黏度均达到最佳，倒筒时间达到最低值，倒筒时间为4.0-4.2s，混凝土松软，施工性能良好，2h和易性能良好，扩展度无损失。不同因素对水下灌注桩混凝土流动度的影响，见图1。

图1 不同因素对水下灌注桩混凝土流动度的影响

4.2 水下灌注桩混凝土强度影响因素研究

针对工程出现桩早期强度不达标导致的断桩问题，开展配合比设计，进一步提升水泥用量，选用具有早强组分的复合型聚羧酸减水剂，固定水泥用量为210kg/m3，早强型聚羧酸减水剂掺量确定为3.0%、4.0%，其他配合比不变，对混凝土3d强度进行检测，水泥用量为210kg/m3混凝土抽芯强度测试结果，见图2；水泥用量为210kg/m3混凝土抽芯强度测试结果(早强型减水剂掺量3.0%)，见图3；水泥用量为210kg/m3混凝土抽芯强度测试结果(早强型减水剂掺量4.0%)，见图4。

图2 水泥用量为210kg/m3混凝土抽芯强度测试结果

图3 水泥用量为210kg/m3混凝土抽芯强度测试结果(早强型减水剂掺量3.0%)

图4 水泥用量为210kg/m3混凝土抽芯强度测试结果(早强型减水剂掺量4.0%)

由图可知，固定水泥用量不变，随着早强型减水剂掺量的增加，混凝土早期强度呈现明显的递增趋势，由于早强组分加快体系中的水化进程，水化反应加速，更快形成致密水化产物，密实结构，达到增加强度的目的。由于粉煤灰早期不参与水化反应，掺量增加对早期强度不利，因此，粉煤灰的少量掺入其目的在于改善混凝土和易性，降低黏度。通过比对确定早强型减水剂掺量为4.0%，混凝土强度满足施工要求，施工过程中性能良好，不断桩。

5 结 论

1)矿物掺合料中粉煤灰对于流动性能及黏聚性能改善效果明显。随着粉煤灰掺量的增加，混凝土流动度呈现先增加后基本不变的趋势，黏度呈现先下降后基本不变的趋势。当粉煤灰掺量20%时，混凝土最佳流动性、黏聚性最优，易于泵送，易于施工。

2)固定水泥用量研究早强型聚羧酸减水剂掺量对于混凝土强度的影响。随着掺量的增加，强度呈现增加的趋势，综合考虑经济性及强度的要求，当早强型聚羧酸减水剂掺量达到4.0%、水泥用量为210kg/m3时，混凝土整体强度达到理想值。