管桩填芯微膨胀混凝土配合比试验研究

周雪玲，刘守伟，孙乙庭

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130012）

管桩填芯微膨胀混凝土配合比试验研究

周雪玲，刘守伟，孙乙庭

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130012）

文中以空港新城拦河闸工程为例，针对微膨胀混凝土补偿收缩的特点，介绍了预应力管桩填芯混凝土的配合比试验。通过调整膨胀剂掺量、混凝土和易性、抗压强度以及限制膨胀率，优化微膨胀混凝土配合比，为设计和施工提供重要依据。

管桩填芯；微膨胀混凝土；补偿收缩；限制膨胀率；试验研究

1 概述

预应力混凝土管桩具有桩身质量优良，单向承载力突出，抗裂能力强，适用范围广，施工进度快等优点，已在工程中得到广泛应用。为提高预应力管桩的承压性和抗拔性，需采用微膨胀混凝土进行管桩填芯。通过管桩填芯混凝土，桩顶与基础平台有效相连，改善了桩顶的受力状态，并使拉拔力均匀传至桩身。微膨胀混凝土在限制条件下会发生体积微膨胀，产生稳定均匀的压应力和压应变，能够缓慢地补偿收缩，抵消拉应力，既保证了管桩填芯密实，又不会过度膨胀破坏管桩。

根据膨胀量的大小，膨胀混凝土分为微膨胀、小膨胀、较大膨胀与大膨胀4个等级，其中微膨胀混凝土要求水中14 d限制膨胀率小于0.015%；小膨胀混凝土要求水中14 d限制膨胀率大于等于0.015%；较大膨胀混凝土要求水中14 d限制膨胀率大于等于0.025%；大膨胀混凝土要求水中14 d限制膨胀率大于等于0.040%。

长春九台空港新城拦河闸工程的预应力混凝土管桩，采用微膨胀混凝土进行管桩填芯，设计强度C25，要求具有良好和易性，坍落度控制在180～ 200 mm，水中14 d限制膨胀率小于0.015%。，原材料就近选择，水泥采用长春亚泰水泥厂生产的鼎鹿牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，细骨料采用九台饮马河产河砂，粗骨料采用九台团山子产5～10 mm， 10～20 mm碎石，外加剂采用北京科硕建材厂提供的KS-01型聚羧酸盐高效减水剂和KS-16型复合膨胀剂。

2 原料选择

2.1 水 泥

长春亚泰水泥厂生产的鼎鹿牌普通硅酸盐水泥，强度等级为P.O 42.5。经检测，所检各项指标符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求，见表1。

表1 水泥物理性能

2.2 细骨料

采用九台饮马河产河砂。经检测，属Ⅱ区，为中砂，级配合理，所检各项指标符合SL 632-2012《混凝土工程水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准》和GB/T 14684-2011《建设用砂》的要求，见表2和表3。

表2 细骨料品质检测

表3 细骨料颗粒分析试验

2.3 粗骨料

采用九台团山子产碎石。粒径分为5～10 mm， 10～20 mm二级配。经检测，所检各项指标符合SL 632-2012《混凝土工程水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准》和GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》的要求，见表4。

表4 粗骨料物理性能检测

3 配合比设计与分析

3.1 配合比试验方法

配合比试验主要依据SL352-2006《水工混凝土试验规程》、JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》和JGJ/T178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》进行。

混凝土拌合采用强制式搅拌机，搅拌时间4 min。由于坍落度要求较大，试件成型时采用捣棒人工捣实，抗压试块带模放入标准养护室中养护7 d后拆模，至龄期7 d，28 d进行抗压强度试验。

限制膨胀率试验，要求先把纵向限制器放入试模中，然后进行成型，并将试件置于标准养护室养护，成型后24 h拆模，并测量试件初始长度。将测定初始长度的试件浸入20±2℃的水中养护，分别测定3 d，7 d，14 d龄期的试件长度。测完14 d试件长度后，将试件移入温度20±2℃与相对湿度60±5%的恒温恒湿养护箱或恒温恒湿室内养护，测定28 d龄期时试件长度。按公式计算混凝土限制膨胀率。

式中：εt——龄期t时的限制膨胀率；L——试件基准长，300 mm；L0——试件初始长，mm；Lt——t龄期时试件长，mm。

3.2 配合比参数选择

胶凝材料包括了水泥和膨胀剂，膨胀剂按内掺法计算，按占胶凝材料的0%，3%，6%，9%进行试验。

粗骨料为二级配，按不同比例的粗骨料组合进行紧密堆积密度试验，经试验得出，碎石的最佳质量组合比为（5～10）mm∶（10～20）mm=4∶6。

砂率主要受石子级配、砂子细度模数、水灰比的影响。通过试验确定混凝土的最优砂率，为40%～41%。拌合用水选用饮用自来水。

3.3 配合比设计方案

试验根据微膨胀混凝土的特性，在满足混凝土坍落度、和易性的情况下，按不同膨胀剂掺量、不同胶凝材料用量、不同水胶比进行配合比设计。详见表5。

3.4 配合比数据分析

根据现场实际拌合效果，优选试验方案，对混凝土试件进行性能比较，结果详见表6、表7。

根据设计要求，微膨胀混凝土在水中14 d限制膨胀率要小于0.015%。由表6得，当膨胀剂掺量为6%时，限制膨胀率为0.010%，K7满足设计要求。而且，随着膨胀剂的不同掺量的掺入，混凝土坍落度无明显变化。由图1可知，膨胀混凝土在养护龄期1～7 d内，膨胀显著；之后8～14 d混凝土收缩量逐渐大于膨胀量，导致膨胀率降低，甚至出现负值，如K6；15～28 d混凝土膨胀率继续缓慢降低，较1～14 d变化不明显，趋于稳定。

表5 凝土配合比设计方案

表6 混凝土限制膨胀率与膨胀剂掺量

表7 混凝土抗压强度与胶凝材料用量

图1 混凝土限制膨胀率与膨胀剂掺量关系曲线

根据设计要求，设计强度为C25，强度保证率95%，则混凝土28 d配制强度为 fcu，0=fcu，k+tδ= 25+1.645×4.0=31.6 MPa。由表7得，K7，K11满足设计要求。由图2可知，微膨胀混凝土7 d，28 d强度与水胶比呈线性关系。水胶比越大，强度越低。不掺膨胀剂的混凝土7 d强度明显高于掺膨胀剂的混凝土7 d强度，而28 d强度两者又趋于相近。

图2 混凝土强度与水胶比关系曲线

3.5 配合比确定

经试验数据分析，在满足设计要求的前提下，本着降低施工成本，减少胶凝材料用量，减小水胶比的原则，最终选取设计方案K7配合比作为推荐配合比，见表8。

表8 微膨胀混凝土配合比确定

4 结语

1）微膨胀混凝土作为管桩填芯的重要技术，已越来越受到重视，其限制膨胀率和强度是主要的控制指标。

2）微膨胀混凝土在养护1～7 d内，膨胀显著，之后14～28 d内混凝土收缩量逐渐大于膨胀量，导致膨胀率缓慢降低，直至稳定，以14 d水中限制膨胀率作为判定依据。

3）随着膨胀剂掺量提高，膨胀量增大，抗压强度降低。膨胀剂作为胶凝材料一部分，依然符合抗压强度与水胶比的关系。水胶比越大，强度越低。不掺膨胀剂的混凝土7 d强度明显高于掺膨胀剂的混凝土7 d强度，而28 d强度两者又趋于相近。

4）膨胀混凝土在无约束情况下养护，会产生自由膨胀，使结构不够致密，导致7 d抗压强度降低，而28 d抗压强度可以达到设计强度，所以带模养护不应少于7 d，并以28 d抗压强度作为判定依据。

［1］张忠.预应力混凝土管桩填芯混凝土抗拔试验研究及理论分析硕士学位论文［D］.合肥：合肥工业大学，2006.

［2］李璐.微膨胀混凝土试验研究硕士学位论文［D］.兰州：兰州交通大学，2008.

［3］丁凯，曹征齐.混凝土工程类［M］.郑州：黄河水利出版社，2008.

［4］李春红.减水剂、膨胀剂在大体积抗渗混凝土施工中复合应用［J］.吉林水利，1998（04）.

［5］吴二军，贾力民.微膨胀混凝土的配合比设计［J］.西部探矿工程，2005（05）.

［6］JGJ/T 178-2009，补偿收缩混凝土应用技术规程［S］.

［7］SL 352-2006，水工混凝土试验规程［S］.

TU528.1 < class="emphasis_bold"> ［文献标识码］B

B

1002—0624（2017）09—0046—03

2016-10-27