周雪玲，劉守偉，孫乙庭

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林長春130012）

管樁填芯微膨脹混凝土配合比試驗研究

周雪玲，劉守偉，孫乙庭

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林長春130012）

文中以空港新城攔河閘工程為例，針對微膨脹混凝土補償收縮的特點，介紹了預應力管樁填芯混凝土的配合比試驗。通過調整膨脹劑摻量、混凝土和易性、抗壓強度以及限制膨脹率，優(yōu)化微膨脹混凝土配合比，為設計和施工提供重要依據。

管樁填芯；微膨脹混凝土；補償收縮；限制膨脹率；試驗研究

1 概述

預應力混凝土管樁具有樁身質量優(yōu)良，單向承載力突出，抗裂能力強，適用范圍廣，施工進度快等優(yōu)點，已在工程中得到廣泛應用。為提高預應力管樁的承壓性和抗拔性，需采用微膨脹混凝土進行管樁填芯。通過管樁填芯混凝土，樁頂與基礎平臺有效相連，改善了樁頂的受力狀態(tài)，并使拉拔力均勻傳至樁身。微膨脹混凝土在限制條件下會發(fā)生體積微膨脹，產生穩(wěn)定均勻的壓應力和壓應變，能夠緩慢地補償收縮，抵消拉應力，既保證了管樁填芯密實，又不會過度膨脹破壞管樁。

根據膨脹量的大小，膨脹混凝土分為微膨脹、小膨脹、較大膨脹與大膨脹4個等級，其中微膨脹混凝土要求水中14 d限制膨脹率小于0.015%；小膨脹混凝土要求水中14 d限制膨脹率大于等于0.015%；較大膨脹混凝土要求水中14 d限制膨脹率大于等于0.025%；大膨脹混凝土要求水中14 d限制膨脹率大于等于0.040%。

長春九臺空港新城攔河閘工程的預應力混凝土管樁，采用微膨脹混凝土進行管樁填芯，設計強度C25，要求具有良好和易性，坍落度控制在180～ 200 mm，水中14 d限制膨脹率小于0.015%。，原材料就近選擇，水泥采用長春亞泰水泥廠生產的鼎鹿牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細骨料采用九臺飲馬河產河砂，粗骨料采用九臺團山子產5～10 mm， 10～20 mm碎石，外加劑采用北京科碩建材廠提供的KS-01型聚羧酸鹽高效減水劑和KS-16型復合膨脹劑。

2 原料選擇

2.1 水 泥

長春亞泰水泥廠生產的鼎鹿牌普通硅酸鹽水泥，強度等級為P.O 42.5。經檢測，所檢各項指標符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》的要求，見表1。

表1 水泥物理性能

2.2 細骨料

采用九臺飲馬河產河砂。經檢測，屬Ⅱ區(qū)，為中砂，級配合理，所檢各項指標符合SL 632-2012《混凝土工程水利水電工程單元工程施工質量驗收評定標準》和GB/T 14684-2011《建設用砂》的要求，見表2和表3。

表2 細骨料品質檢測

表3 細骨料顆粒分析試驗

2.3 粗骨料

采用九臺團山子產碎石。粒徑分為5～10 mm， 10～20 mm二級配。經檢測，所檢各項指標符合SL 632-2012《混凝土工程水利水電工程單元工程施工質量驗收評定標準》和GB/T 14685-2011《建設用卵石、碎石》的要求，見表4。

表4 粗骨料物理性能檢測

3 配合比設計與分析

3.1 配合比試驗方法

配合比試驗主要依據SL352-2006《水工混凝土試驗規(guī)程》、JGJ55-2000《普通混凝土配合比設計規(guī)程》和JGJ/T178-2009《補償收縮混凝土應用技術規(guī)程》進行。

混凝土拌合采用強制式攪拌機，攪拌時間4 min。由于坍落度要求較大，試件成型時采用搗棒人工搗實，抗壓試塊帶模放入標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護7 d后拆模，至齡期7 d，28 d進行抗壓強度試驗。

限制膨脹率試驗，要求先把縱向限制器放入試模中，然后進行成型，并將試件置于標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，成型后24 h拆模，并測量試件初始長度。將測定初始長度的試件浸入20±2℃的水中養(yǎng)護，分別測定3 d，7 d，14 d齡期的試件長度。測完14 d試件長度后，將試件移入溫度20±2℃與相對濕度60±5%的恒溫恒濕養(yǎng)護箱或恒溫恒濕室內養(yǎng)護，測定28 d齡期時試件長度。按公式計算混凝土限制膨脹率。

式中：εt——齡期t時的限制膨脹率；L——試件基準長，300 mm；L0——試件初始長，mm；Lt——t齡期時試件長，mm。

3.2 配合比參數選擇

膠凝材料包括了水泥和膨脹劑，膨脹劑按內摻法計算，按占膠凝材料的0%，3%，6%，9%進行試驗。

粗骨料為二級配，按不同比例的粗骨料組合進行緊密堆積密度試驗，經試驗得出，碎石的最佳質量組合比為（5～10）mm∶（10～20）mm=4∶6。

砂率主要受石子級配、砂子細度模數、水灰比的影響。通過試驗確定混凝土的最優(yōu)砂率，為40%～41%。拌合用水選用飲用自來水。

3.3 配合比設計方案

試驗根據微膨脹混凝土的特性，在滿足混凝土坍落度、和易性的情況下，按不同膨脹劑摻量、不同膠凝材料用量、不同水膠比進行配合比設計。詳見表5。

3.4 配合比數據分析

根據現場實際拌合效果，優(yōu)選試驗方案，對混凝土試件進行性能比較，結果詳見表6、表7。

根據設計要求，微膨脹混凝土在水中14 d限制膨脹率要小于0.015%。由表6得，當膨脹劑摻量為6%時，限制膨脹率為0.010%，K7滿足設計要求。而且，隨著膨脹劑的不同摻量的摻入，混凝土坍落度無明顯變化。由圖1可知，膨脹混凝土在養(yǎng)護齡期1～7 d內，膨脹顯著；之后8～14 d混凝土收縮量逐漸大于膨脹量，導致膨脹率降低，甚至出現負值，如K6；15～28 d混凝土膨脹率繼續(xù)緩慢降低，較1～14 d變化不明顯，趨于穩(wěn)定。

表5 凝土配合比設計方案

表6 混凝土限制膨脹率與膨脹劑摻量

表7 混凝土抗壓強度與膠凝材料用量

圖1 混凝土限制膨脹率與膨脹劑摻量關系曲線

根據設計要求，設計強度為C25，強度保證率95%，則混凝土28 d配制強度為 fcu，0=fcu，k+tδ= 25+1.645×4.0=31.6 MPa。由表7得，K7，K11滿足設計要求。由圖2可知，微膨脹混凝土7 d，28 d強度與水膠比呈線性關系。水膠比越大，強度越低。不摻膨脹劑的混凝土7 d強度明顯高于摻膨脹劑的混凝土7 d強度，而28 d強度兩者又趨于相近。

圖2 混凝土強度與水膠比關系曲線

3.5 配合比確定

經試驗數據分析，在滿足設計要求的前提下，本著降低施工成本，減少膠凝材料用量，減小水膠比的原則，最終選取設計方案K7配合比作為推薦配合比，見表8。

表8 微膨脹混凝土配合比確定

4 結語

1）微膨脹混凝土作為管樁填芯的重要技術，已越來越受到重視，其限制膨脹率和強度是主要的控制指標。

2）微膨脹混凝土在養(yǎng)護1～7 d內，膨脹顯著，之后14～28 d內混凝土收縮量逐漸大于膨脹量，導致膨脹率緩慢降低，直至穩(wěn)定，以14 d水中限制膨脹率作為判定依據。

3）隨著膨脹劑摻量提高，膨脹量增大，抗壓強度降低。膨脹劑作為膠凝材料一部分，依然符合抗壓強度與水膠比的關系。水膠比越大，強度越低。不摻膨脹劑的混凝土7 d強度明顯高于摻膨脹劑的混凝土7 d強度，而28 d強度兩者又趨于相近。

4）膨脹混凝土在無約束情況下養(yǎng)護，會產生自由膨脹，使結構不夠致密，導致7 d抗壓強度降低，而28 d抗壓強度可以達到設計強度，所以帶模養(yǎng)護不應少于7 d，并以28 d抗壓強度作為判定依據。

［1］張忠.預應力混凝土管樁填芯混凝土抗拔試驗研究及理論分析碩士學位論文［D］.合肥：合肥工業(yè)大學，2006.

［2］李璐.微膨脹混凝土試驗研究碩士學位論文［D］.蘭州：蘭州交通大學，2008.

［3］丁凱，曹征齊.混凝土工程類［M］.鄭州：黃河水利出版社，2008.

［4］李春紅.減水劑、膨脹劑在大體積抗?jié)B混凝土施工中復合應用［J］.吉林水利，1998（04）.

［5］吳二軍，賈力民.微膨脹混凝土的配合比設計［J］.西部探礦工程，2005（05）.

［6］JGJ/T 178-2009，補償收縮混凝土應用技術規(guī)程［S］.

［7］SL 352-2006，水工混凝土試驗規(guī)程［S］.

TU528.1 < class="emphasis_bold"> ［文獻標識碼］B

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2016-10-27