林錦榕

（福州潮洋工程試驗檢測有限公司，福建 福州 350001）

水下混凝土配合比設(shè)計是鉆孔灌注樁施工的重要環(huán)節(jié)，直接影響到灌注樁的質(zhì)量。鉆孔灌注樁施工之初，對水下混凝土配合比的準確掌握，對于后續(xù)的施工和后期的質(zhì)量保證都有重要作用[1]。因此，在水運工程建設(shè)中，鉆孔灌注樁水下混凝土配合比設(shè)計及優(yōu)化研究具有重要意義。

1 工程概況

某水運工程位于福建地區(qū)，已建成3萬t級碼頭和5萬t級碼頭，設(shè)計通過能力合計220萬t，擬沿已建成的兩個泊位前沿線，向西順延新建2個泊位及配套的陸域設(shè)施。碼頭平臺采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，平臺總長402 m，寬35 m。排架間距9.85 m，共44榀，每榀排架設(shè)置6根Φ1 250 mm 灌注樁。平臺上部結(jié)構(gòu)由疊合面板、前邊梁、預(yù)應(yīng)力軌道梁、縱梁、后邊梁、橫梁和樁帽組成。

2 水下混凝土配合比的控制要點

2.1 原材料要求

2.1.1 水泥

水泥是水下混凝土的主要成分，是控制水下混凝土強度和耐久性的關(guān)鍵要素之一。水下混凝土所用水泥可采用礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，理論強度值應(yīng)在42.5 MPa以上。在碼頭水下混凝土配比設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)具體使用環(huán)境選擇合適的水泥類型。本次選擇普通硅酸鹽水泥。

2.1.2 粗細骨料

骨料是碼頭水下混凝土中另一個重要的組成部分。水泥與骨料的黏結(jié)情況，將影響水下混凝土的強度和耐久性。在碼頭水下混凝土的配合比設(shè)計中，應(yīng)選擇經(jīng)過篩分良好、顆粒均勻、無影響混凝土強度和耐久性的雜質(zhì)的高質(zhì)量骨料[2]。粗、細集料應(yīng)選用連續(xù)級配標準的集料，細骨料應(yīng)選擇使用中粗砂，粗骨料的最大粒徑不大于導(dǎo)管內(nèi)徑的1/6,混凝土的輸送管的1/3和鋼筋凈距的1/4。

2.1.3 粉煤灰

加入適量的粉煤灰可以改善混凝土的流動性、減少水泥使用量，提高水下混凝土的抗壓性能和耐久性。該配合比粉煤灰選用滿足F類Ⅱ級指標要求的粉煤灰。如何調(diào)整粉煤灰摻量，也是本研究的重點內(nèi)容。

2.1.4 減水劑

水下混凝土添加適量的減水劑可在混凝土制備過程中減少水泥的使用量，并且提高混凝土的流動性，降低混凝土成本，提高混凝土強度和耐久性。本研究配合比選用某品牌聚羧酸高性能減水劑，推薦摻量為1.5%。

2.2 配比設(shè)計

根據(jù)JTS 202—2011《水運工程混凝土施工規(guī)范》要求，水下混凝土的施工配置強度要比設(shè)計強度標準值提高40%～50%，當摻減水緩凝劑或粉煤灰時，最小凝膠用量應(yīng)為300 kg/m3，坍落度控制為160 ～220 mm。本工程水下混凝土設(shè)計強度等級為C35。本研究取試配強度較設(shè)計強度標準值提高40%，即49 MPa。根據(jù)配合比計算程序，初始配合比水泥用量為320 kg/m2，粉煤灰用量為80 kg/m3，膠凝材料用量為400 kg/m3,粗集料用量為1 071 kg/m3，細集料用量為763 kg/m3時，減水劑用量為5.12 kg/m3，水用量為160 kg/m3，砂率控制在42%左右，水泥及粉煤灰占比待配合比優(yōu)化試驗后確定。最終確?；炷临|(zhì)量等級可以滿足水下作業(yè)要求。

3 水下混凝土鉆孔灌注樁配合比的優(yōu)化試驗

隨著粉煤灰等水化熱材料的普及，人們對灌注樁工程提出了更高的要求。若想更好滿足工程建設(shè)需要，可通過加入摻合料的方式實現(xiàn)混凝土鉆孔灌注樁配合比的優(yōu)化設(shè)計[3]。為此，本研究提出在膠凝材料內(nèi)加入不同比例粉煤灰的性能測試試驗，驗證配合比優(yōu)化設(shè)計的可行性。

3.1 試驗方法

以上文提出的鉆孔灌注配合比設(shè)計為基準，添加不同比例的粉煤灰替代水泥，控制好用水量與集料用量，保證外加劑用量恒定，進一步探究鉆孔灌注樁混凝土的工作性能、力學(xué)性能、耐久性的變化情況。

3.2 工作性能試驗

在進行鉆孔灌注樁混凝土的工作性能試驗過程中，應(yīng)以坍落度試驗為主，上述闡述的鉆孔灌注樁混凝土的最大集料粒徑不超過40 mm，并屬于大坍落度砼，在試驗過程中可將配合比的插搗難度、保水性、含砂狀況作為測試指標。同時，為了進一步探究混凝土性能，還要測量1 h坍落度的實際損失量[4]。不同粉煤灰摻量的混凝土性能試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同粉煤灰摻量下的混凝土性能試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，在基準配合比中加入粉煤灰，會進一步提高坍落度，且隨著加入比例的提升，新拌鉆孔灌注樁混凝土的坍落度也隨之增加，直至30%后趨近平穩(wěn)。從凝聚性與保水性層面分析，與基準混凝土相比，在摻入比例達到20%時效果最佳。至于從1 h坍落度的損失量角度來看，加入粉煤灰后的坍落度損失量仍存在一定的降低變化，直至摻量在30%時達到最小值，證明粉煤灰能夠起到提升塑性的作用[5]。

3.3 力學(xué)性能試驗

鉆孔灌注樁混凝土的力學(xué)性能試驗通常以砼的抗壓強度作為測試指標，在試驗過程中同樣要以上述不同粉煤灰的配合比作為研究對象，并分別作為抗壓試件，依照規(guī)范要求完成配制、成型，測試在3、7、28、90 d的強度數(shù)值，之后依照水泥混凝土試驗規(guī)程中的各項要求完成數(shù)值計算，進一步分析其變化規(guī)律。具體數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 混凝土力學(xué)性能試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)：在低齡期，隨著粉煤灰摻量的提升，強度的降低趨勢也更加明顯；隨著齡期不斷提升，添加粉煤灰的砼強度提升速率也會隨之加快，直至28 d齡期后，添加粉煤灰的混凝土強度能夠符合適配砼強度要求，基本與未添加粉煤灰的混凝土強度一致[6]；至于在90 d齡期后，大多數(shù)添加粉煤灰的混凝土強度基本高于基準砼，究其原因在于粉煤灰存在一定的火山灰效應(yīng)，其活性成分會與水泥產(chǎn)生水化反應(yīng)，進而生產(chǎn)成Ca（OH）2。該物質(zhì)會與粉煤灰活性成分進一步反應(yīng)生成水化硅酸鈣，能夠用于填充混凝土孔隙；但摻量較高的混凝土與基準砼相比，強度較低。綜上所述，混凝土內(nèi)添加粉煤灰存在一個上限值，一旦超過該數(shù)值，便會造成后期強度的削減，因此，可確定最佳的粉煤灰摻量應(yīng)為20%。

3.4 抗?jié)B試驗

抗?jié)B試驗方法以水壓力法為止，需要在試件養(yǎng)護28 d后進行，水壓最初為0.1 MPa，之后每隔8小時提升0.1 MPa，直至組件出現(xiàn)滲水為止。根據(jù)試驗發(fā)現(xiàn)，基準配合比試件在水壓達到0.7 MPa后發(fā)生滲水，至于其他兩個試件，則在水壓分別達到0.8 MPa和0.9 MPa發(fā)生滲水。由此看出，加入粉煤灰能夠在一定程度上提高混凝土的抗?jié)B效果。同時當摻入量達到30%左右時，混凝土的抗?jié)B能力最佳。究其原因在于，粉煤灰顆粒相對較小，能夠填充至混凝土孔隙中。并且粉煤灰與水泥發(fā)生水化反應(yīng)后的Ca（OH）2可以填充至混凝土水泥漿水分蒸發(fā)后留下的孔隙，進而增加混凝土密實度。

4 結(jié)語

綜上所述，當粉煤灰摻量為30%時，混凝土工作性能及抗?jié)B性能最優(yōu)，但水下混凝土對適配強度的要求較高，該項目水下混凝土試配強度為49 MPa，粉煤灰摻量為20%時滿足試配強度要求。（最終確定的配合比為水泥320 kg/m3,粉煤灰80 kg/m3，粗集料用量為1 071 kg/m3，細集料用量為763 kg/m3時，減水劑用量為5.12 kg/m3，水用量為160 kg/m3。）

碼頭水下混凝土的施工需要根據(jù)具體情況進行配合比設(shè)計和優(yōu)化。在配合比設(shè)計中應(yīng)考慮混凝土的強度要求、水泥種類、砂石等級和水灰比等因素，確?；炷翉姸群湍途眯詽M足要求。通過試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方法，可以優(yōu)化配合比，選擇最佳粉煤灰摻和比例，確?；炷恋淖罴褟姸群湍途眯裕Ｕ洗a頭的使用壽命和安全性。