预制盾构高性能混凝土的研究和应用

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1、预制盾构高性能混凝土的研究和应用李小红卯战革张秋仙赵霞摘要结合南水北调中线穿黄Ⅱ—A、Ⅱ—B标工程预制盾构管片的施工，对配制管片高性能混凝土的原材料和配合比进行了优选。该配合比通过正交试验，对内掺掺合料的高性能混凝土配合比的多项指标进行了考查，确定出经济合理的配合比。依据该配合比配制的混凝土试验结果表明：混凝土强度达到了C50、拌和物易于浇捣、抗渗等级满足W12、抗冻等级满足F200，碱含量仅2.18Kg/m3；通过蒸养工艺的优化，有效提高了混凝土的早期强度，使8h（含升、降温过程）蒸养强度达到20MPa以上，达到每天可

2、以生产两批产品的效率。关键词盾构管片高性能混凝土配合比蒸养工艺南水北调工程中线穿越黄河为两条平行大直径地下圆型输水管道，采用预制盾构管片作为衬砌，盾构管片混凝土设计要求为C50W12F200。盾构管片混凝土基本要求如下：（1）抗压强度设计等级为C50，要求早强，即在蒸汽养护条件下满足12h一次模具周转，且蒸养时间不得超过8h（包括升温和降温过程，拆模温度不大于30℃），吊运强度要达到20MPa左右，不得低于15MPa。（2）水胶比不大于0.35，混凝土坍落度小于70mm，易于浇筑和振捣。（3）由于采用振捣工艺，混凝土必须

3、有良好的触变性，分层、离析和泌水小。（4）体积稳定性好，裂缝少。（5）耐久性要求高，混凝土抗渗性等级为W12，抗冻F200。（6）低碱集料反应性，混凝土总碱含量不大于2.5kg/m3。本文就该配合比选择的整个过程进行总结。在国内已完成的同类工程中，预制盾构高强蒸养混凝土以至少一天为一个生产周期，蒸养时间相对较长，蒸养时间≥10h。胶材总量≥400Kg/m3，碱含量≥3.0kg/m3。本试验混凝土配合比突出的重点是胶凝材料总用量369kg/m3，该混凝土蒸养时间仅8h，蒸养强度大于20MPa，总碱含量只有2.18kg/m3

4、。1原材料的初选1.1水泥混凝土裂缝是影响结构耐久性的重要因素。配制高性能蒸养混凝土必须对水泥进行选择，应考察以下几方面：（1）水泥早期强度好,并适合蒸气养护,要求在低温蒸养条件下(60℃以下)盾构管片8h，脱模强度≥20MPa。因此要求水泥强度不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥。（2）为了避免发生碱集料反应，水泥的碱含量控制在0.6%以下。本试验选择了两个厂家（A、B）P.O42.5水泥进行了对比试验，采用同水胶比，同粉煤灰掺量，相同的起始混凝土拌和物温度和蒸养工艺进行试验，其检测结果见表1。审稿：刘祥吾通过表1的试

5、验结果表明：A和B的碱含量均满足要求，且A＜B；脱模强度可表明B不满足要求，因此选择A进行配合比试验。表1混凝土脱模强度试验结果表项目厂家碱含量（%）抗压强度脱模强度(MPa)3d28dA0.5326.454.221.5B0.5624.953.017.3标准要求≤0.6≥16.0≥42.5≥20.01.2粉煤灰一般认为掺用粉煤灰不利于提高蒸养混凝土的强度，但掺优质I级粉煤灰后蒸养混凝土具有更优良的力学性能、更好的耐久性、更好的经济性（具有较好的减水效果）。同时，掺用优质粉煤灰将提高混凝土的体积安定性，有利于防裂，还能抑制

6、碱集料反应，改善混凝土拌和物的施工性能。本试验采用优质的I级粉煤灰进入配合比试验。1.3集料细骨料为人工砂，细度模数在2.6以上，石粉含量控制在6～18%，颗粒级配符合中砂的标准要求。粗骨料为石料厂生产的5～20mm(D20)和20～40mm(D40)人工破碎石，其各项指标满足规范要求。1.4外加剂使用优质高效减水剂。聚羧酸高效减水剂是第三代高效减水剂，不仅减水率较高（大于20%），含碱量低，而且适于蒸养。选择三个厂家（C、D、E）的聚羧酸高效减水剂与水泥的适应性进行检测，全部符合标准要求，且减水率均在20%以上，考虑三

7、种外加剂作为正交试验的一个因素进行配合比。引气剂将降低混凝土的强度，但管片混凝土有W12F200的抗渗和抗冻要求，因此须掺引气剂使拌和物的含气量不宜低于4.0%。2蒸养工艺选择合适的蒸养工艺。控制蒸养温度，在不影响混凝土质量的情况下尽可能缩短升降温时间，延长恒温时间，从而可以提高混凝土早期强度。本文选择不同的蒸养时间来进行对比试验，确定出配合比设计中蒸养的过程。采用同水胶比（0.32），同粉煤灰掺量（20％），相同的起始混凝土拌和物温度，不同的蒸养时间进行试验，检测结果见表2。起始混凝土拌和物温度18.5～20℃，拆模温

8、度30±1℃。考虑调整配合比参数（煤灰掺量减少）对混凝土强度的影响，确定使用4号方案的养护方式。表2蒸养时间对拆模强度的影响序号蒸养时间(h)拆模强度(MPa)目标强度(MPa)升温恒温降温总用时132277.015～2022.5327.511.1323.527.512.14242815.3524.528.516.3