王君峰

(南北水調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河北分局，石家莊 05000)

0 引 言

工程中最為基礎(chǔ)的一種施工形式為鉆孔灌注樁的施工，鉆孔灌注樁的優(yōu)勢(shì)在于承載力良好、施工過程不復(fù)雜、施工效率高等，因此，鉆孔灌注樁的應(yīng)用范圍越來越廣泛。作為樁基，其工程造價(jià)相對(duì)較高。由于處于地下，修復(fù)難度很大，完工后基本無修復(fù)的可能性。具有早強(qiáng)組分的聚羧酸減水劑作為混凝土常見的復(fù)合型外加劑之一，摻入一定量，不僅可以有效提升混凝土的早期強(qiáng)度，同時(shí)不會(huì)影響混凝土的后期強(qiáng)度[1-2]。對(duì)于水下灌注樁的施工，不僅可以提升施工速度，降低施工周期，提升施工效率，還可以避免樁混凝土強(qiáng)度不夠?qū)е碌臄鄻秵栴}，成本大幅度降低。若出現(xiàn)混凝土和易性能差以及局部強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的斷樁問題，只能作廢重新澆筑。研究鉆孔灌注樁的混凝土配合比，對(duì)混凝土原材料比例進(jìn)行優(yōu)化，探索最佳礦物摻合料取代率，確定不同因素對(duì)于和易性能及力學(xué)性能的影響規(guī)律，確保樁混凝土質(zhì)量[3]，避免質(zhì)量事故發(fā)生。

1 工程概況

某河流治理工程項(xiàng)目由10條支流治理工程所構(gòu)成，現(xiàn)場(chǎng)水下灌注樁混凝土施工性能差，流動(dòng)性能一般，施工過程中出現(xiàn)堵管問題，泵送后的混凝土基本損失，輔助振搗也不能完全密實(shí)，影響水下灌注樁成型質(zhì)量，易出現(xiàn)斷樁的風(fēng)險(xiǎn)。成型后通過抽芯取樣，混凝土多點(diǎn)強(qiáng)度一般，甚至局部出現(xiàn)強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)的問題，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用功能[4]。

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)水泥為P·O42.5級(jí)水泥，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量27.9%，膠砂3d抗壓強(qiáng)度28.6MPa，28d抗壓強(qiáng)度52.4MPa；試驗(yàn)粉煤灰，測(cè)試細(xì)度8.9%，燒失量1.4%，需水量比97%；試驗(yàn)中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量1.8%，碎石5-25mm連續(xù)級(jí)配，壓碎指標(biāo)8%，含泥量0.3%；外加劑為早強(qiáng)型聚羧酸高效減水劑，采用早強(qiáng)組分、減水組分以及其他組分復(fù)合的形式，固含量14.9%，減水率18%；水為自來水。

3 水下灌注樁混凝土配合比設(shè)計(jì)

水下灌注樁混凝土在配合比設(shè)計(jì)過程中應(yīng)重點(diǎn)考慮混凝土流動(dòng)性能、黏聚性能、保水性能、力學(xué)性能等要求，確保易施工、不斷樁，混凝土應(yīng)具有流動(dòng)度好、黏聚性適中、保水性優(yōu)異，且低水化熱，高抗壓強(qiáng)度。通過重新設(shè)計(jì)混凝土配合比，優(yōu)化原材料種類，確定礦物摻合料最佳取代率，確定早強(qiáng)型聚羧酸減水劑最佳摻量[5]。水泥初始總用量范圍為150kg/m3，180kg/m3，210kg/m3，粉煤灰取代范圍0、10%、20%、30%，通過調(diào)整早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的不同摻量，達(dá)到調(diào)整混凝土和易性以及早期強(qiáng)度的目的?；炷僚浜媳?，見表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 水下灌注樁混凝土和易性影響因素研究

針對(duì)項(xiàng)目出現(xiàn)的流動(dòng)性差、施工性能差等質(zhì)量問題，研究礦物摻合料中粉煤灰取代率等因素的綜合影響，測(cè)試混凝土流動(dòng)度、倒筒時(shí)間等影響性能的關(guān)鍵指標(biāo)，水下灌注樁混凝土性能測(cè)試，見表2。

表2 水下灌注樁混凝土性能測(cè)試

由測(cè)試結(jié)果知，粉煤灰的加入不僅改善了整體黏度，還適當(dāng)改善了混凝土黏聚性能。粉煤灰對(duì)于流動(dòng)性及黏度改善具有正向作用，隨著粉煤灰摻量的不斷提升，混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增加后基本保持不變的趨勢(shì)，由于粉煤灰本身的球形顆粒作用，降低了顆粒間的摩擦阻力，降低整體黏度，但隨著粉煤灰摻量的不斷增加，整體擴(kuò)展度及黏度均不再發(fā)生明顯的變化，表明粉煤灰的球形顆粒效應(yīng)達(dá)到極限，不再繼續(xù)具有滾珠效應(yīng)；當(dāng)粉煤灰摻量為20%時(shí)，不同水泥用量下的混凝土整體黏度均達(dá)到最佳，倒筒時(shí)間達(dá)到最低值，倒筒時(shí)間為4.0-4.2s，混凝土松軟，施工性能良好，2h和易性能良好，擴(kuò)展度無損失。不同因素對(duì)水下灌注樁混凝土流動(dòng)度的影響，見圖1。

圖1 不同因素對(duì)水下灌注樁混凝土流動(dòng)度的影響

4.2 水下灌注樁混凝土強(qiáng)度影響因素研究

針對(duì)工程出現(xiàn)樁早期強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的斷樁問題，開展配合比設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升水泥用量，選用具有早強(qiáng)組分的復(fù)合型聚羧酸減水劑，固定水泥用量為210kg/m3，早強(qiáng)型聚羧酸減水劑摻量確定為3.0%、4.0%，其他配合比不變，對(duì)混凝土3d強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，水泥用量為210kg/m3混凝土抽芯強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，見圖2；水泥用量為210kg/m3混凝土抽芯強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果(早強(qiáng)型減水劑摻量3.0%)，見圖3；水泥用量為210kg/m3混凝土抽芯強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果(早強(qiáng)型減水劑摻量4.0%)，見圖4。

圖2 水泥用量為210kg/m3混凝土抽芯強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

圖3 水泥用量為210kg/m3混凝土抽芯強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果(早強(qiáng)型減水劑摻量3.0%)

圖4 水泥用量為210kg/m3混凝土抽芯強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果(早強(qiáng)型減水劑摻量4.0%)

由圖可知，固定水泥用量不變，隨著早強(qiáng)型減水劑摻量的增加，混凝土早期強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的遞增趨勢(shì)，由于早強(qiáng)組分加快體系中的水化進(jìn)程，水化反應(yīng)加速，更快形成致密水化產(chǎn)物，密實(shí)結(jié)構(gòu)，達(dá)到增加強(qiáng)度的目的。由于粉煤灰早期不參與水化反應(yīng)，摻量增加對(duì)早期強(qiáng)度不利，因此，粉煤灰的少量摻入其目的在于改善混凝土和易性，降低黏度。通過比對(duì)確定早強(qiáng)型減水劑摻量為4.0%，混凝土強(qiáng)度滿足施工要求，施工過程中性能良好，不斷樁。

5 結(jié) 論

1)礦物摻合料中粉煤灰對(duì)于流動(dòng)性能及黏聚性能改善效果明顯。隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土流動(dòng)度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢(shì)，黏度呈現(xiàn)先下降后基本不變的趨勢(shì)。當(dāng)粉煤灰摻量20%時(shí)，混凝土最佳流動(dòng)性、黏聚性最優(yōu)，易于泵送，易于施工。

2)固定水泥用量研究早強(qiáng)型聚羧酸減水劑摻量對(duì)于混凝土強(qiáng)度的影響。隨著摻量的增加，強(qiáng)度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性及強(qiáng)度的要求，當(dāng)早強(qiáng)型聚羧酸減水劑摻量達(dá)到4.0%、水泥用量為210kg/m3時(shí)，混凝土整體強(qiáng)度達(dá)到理想值。