超缓凝混凝土在路桥工程中的应用

黄略

（福建第一公路工程集团有限公司，福建 泉州 362000）

1 原材料的选择及分析

1.1 胶凝材料

因为混凝土凝结是由水化热引起的，所以胶凝材料的选择显得尤为重要。在我国现行的施工标准中，混凝土凝结最低标准为P.O42.5 级。按照此施工标准制定了建筑工程的标准等级，在水和减水剂掺量上都需符合设计施工的要求。

1.1.1 在超缓凝混凝土中水泥发挥的作用

混凝土在水化作用下的硬度会加强，其机械性能、抗腐蚀能力也会随之增强。同时，水泥硬化的过程将影响水泥浆的整体结构和抗压能力。

影响抗压强度的主要因素是水泥的种类和标号等级，同时骨料与水泥石之间的结合程度尤为重要。因此，制配混凝土时需要选择合适的水泥。水泥在整个过程中主要将分散的骨料黏合为一个整体，增强混凝土的强度，使其变得更加耐用。骨料在这个过程中发挥作用的大与小，与水泥的强度大小、黏力强弱有关，在混凝土的材料制配中，水泥发挥着胶凝材料作用。

由此分析得出，在超缓凝混凝土的设计中，水泥的选择必须进行严格的质量品质控制。首先，考虑水泥的标号等级和种类，其次，确保在日常的保养维护工作下达到水泥初期以及中后期的硬化规律。

1.1.2 掺和料的使用情况

矿粉、粉煤灰、石灰石粉、硅粉等通常作为混凝土的掺和料使用。采用具有高活性的掺和料添加至混凝土中，在掺和料加入后其具有的滚珠效应、火山灰效应都能使混凝土的性能得到一定程度的提升和改善，让水热化作用更加明显。可以降低温度上升的幅度，提高混凝土的耐久程度。

超缓凝混凝土中添加矿物外掺料，不但可提高其致密程度和机械性能，还可显著地减少屈服剪应力在分子间的作用，有效提高其流变特性在塑性阶段的作用，使早期的水化现象有所降低。已有研究表明，缓凝减水剂能有效地将水溶液中的水化产物吸附到表面，并且在同样的缓凝剂减水剂中的加入量与混凝土中的含水泥量成反比关系。当添加剂的掺和料活性降低时，它的水化反应也会变得很弱，初期的水化热比较小，会对缓凝减水剂的吸收产生一定的影响，在搅拌液中会存在大量的超缓凝剂，引起后续的反应，产生大量的水化产物，从而影响到黏稠度，以此提高混凝土的可塑性。

1.2 骨料对超缓凝混凝土的影响

1.2.1 粗集料的选用

超缓凝混凝土应使用连续级配的粗集料，可以降低堵塞风险、减少砂和水泥的含量、改善后期强度。试验证明，采用连续级配的粗集料，每立方米的用水量可以减少15kg 左右。减少水泥的使用量，降低水化热的作用，从而延长凝固作用持续时间。

此次试验使用惠安张坂碎石，其技术参数如表1所示。

表1 惠安张坂碎石技术参数

结果41 0.3 2.0 5.5项目表层密度/（kg/m3）成型密度/（kg/m3）含泥量（%）泥块含量（%）结果2604 1478 0.12 0项目间隙率（%）容水率（%）针片状颗粒含量（%）碎压指标（%）

1.2.2 使用和选择细集料

超缓凝混凝土使用的细集料应选用中粒级配较好、细度系数约为2.6、含泥量不超过1%的中砂。砂粒是混凝土的二级骨架，其质量对拌和后期质量有很大影响。如果含泥量太高，将对混凝土的抗压能力、耐久性、抵抗渗透力、收缩和抗张强度及其他性能指标都将产生不利影响。试验证明超缓凝混凝土中的砂粒含量不宜超过1.1%。

细集料构筑了混凝土的整体框架，伴随着细集料的级配的紧密，所制的混凝土结构就越稳定。所用的水泥如果越少，混凝土的抗性就越强，混凝土的抗裂性也就得到提升。

此次试验使用惠安张坂中砂，其技术参数见表2。

表2 惠安张坂中砂技术参数

项目表面密度/（kg/m3）成型密度/（kg/m3）泥块含量（%）含泥量（%）结果2549 1607 0 0.3项目间隙率（%）石粉含量（%）云母含量（%）细度模数（II区砂）结果38 4.1 0 2.4

2 超缓凝混凝土使用配比设计和优化

2.1 超缓凝混凝土的配合比设计

2.1.1 混凝土配合比的基本要求

为满足施工要求，在使用功能的混凝土原材料中要控制质量。混凝土的配合比设计中，所得结果显示为混凝土里的各种原材料的质量数表示。

混凝土配合比设计的基本原理是：在经济条件下，所配制的混凝土既能达到拌和物的塑性和易性，又能达到硬化后的强度和耐用性。它的经济技术表现为：一是节约材料，二是减少混凝土的综合成本。达到了以上的各项标准之后，超缓凝混凝土还需要满足超缓凝的特点。

混凝土配合比的设计程序是：首先选择原材料，检验质量；其次根据施工要求，根据施工要求进行初步的设计；最终确定混合比例。经过试验室测试，经过适当调整，确定了基础的配比，经过机械性能的检验，选择了试验室的配比，并根据试验室的真实情况（如地板材料的含水率、细度模数等）对基准配合比进行修改，得出了施工配合比。

2.1.2 配合比设计的规范标准及设计要求

除达到《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）中的相关标准外，还应满足以下设计要求：

第一，缓凝时间≥55h；每台班前后循环混凝土缓凝时间≥71h。

第二，坍落度指标：195mm±25mm；扩展度大于450mm。

第三，3d 强度需要低于3MPa。

2.1.3 混凝土设计方法和步骤

其一，计算配制过程中的强度。

按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）的设计要求，在强度保证率大于95%的情况下，必须按地方标准差或按企业的管理水平选取标准偏差，在C60 以下时，其配制强度要按公式计算（f）：

标准差的计算结果如表3 所示：

表3 标准差σ 值

混凝土强度标准值/MPa∑≤C20 4.0 C25～C45 5.0 C50～C55 6.0

2.2 水胶比计算

在C60 以下的凝土强度，混凝土的水胶比例如下：

回归系数（α、α）按表4 规定确定：

表4 回归系数（α、α）取值表

卵石0.49 0.13品种系数αa αb碎石0.53 0.2

胶凝材料28d 胶砂抗压强度值（f）取实测值。掺和料的影响系数γ、γ如表5 所示。

表5 掺和料的影响系数γ、γ

种类粉煤灰影响系数γf 0 10 20 30 40 50 1.00 0.90～0.95 0.80～0.85 0.70～0.75 0.60～0.65—粒化高炉矿渣粉影响系数γs 1.00 1.00 0.95～1.00 0.90～1.00 0.80～0.90 0.70～0.85

2.3 试验小结

该试验论述了混凝土配合比的基本理论，水胶比主要体现在混凝土的可塑性和易性、硬化后的强度和耐久性。通过试配、调整，确定了超缓凝混凝土配合比。

3 超缓凝混凝土工艺质量把关

在工作性能上，超缓凝混凝土工作性能稳定良好；在国际水平上，该超缓凝混凝土的各项指标都位居前列。因此，在超缓混凝土的生产中，采用了保持粉体和缓凝剂等相应的措施，以保证超缓混凝土的工作性能良好，并视具体情况调整砂率和超缓凝添加剂的用量。

由于咬合桩本身的特性，对围护的结构有很高的要求，因此施工和养护工程中使用的超缓凝混凝土质量必须达到标准。但是在执行过程中，不可避免地会遇到一些困难。

3.1 原材料环节的质量控制

在处理原材料的过程时先通过控制库存模式来进行，然后在确定生产后及时供应原料。原材料验收时应区分开来：机械砂的品质差异比较大，按每辆车检验含水量、细度模数、泥量；而胶粉比较稳定，可以采用进场验收的关键指标进行入库；由于施工进度的关系，超缓凝外加剂不能作为凝固时间的指标，可以在进场后进行搅拌试验，观察其配合性能。从原材料上进行严格把关，从库存到供料都严格按照生产标准进行控制。

3.2 生产与运输

生产上的工作重点是设备的维修和检验，要有严格的标准流程。另外，在生产过程中，搅拌时间不得少于120s，以确保其均匀度。混凝土浇筑之前，必须确定桩号、桩型、混凝土类型、工期、发料顺序，并安排技术人员和施工单位进行协调。调度中心的车辆配备良好，确保在桩基施工期间不会发生中断的情况。

3.3 混凝土灌注、切割

在混凝土运至工地后，需要及时地加以应用，以防止其工作性能的恶化，并且在浇筑期间不得任意中断。同时，需要掌握好切割时间，防止出现“管涌”等不良现象。

3.4 混凝土工艺控制

混凝土作为一种建筑工程中常见且重要的材料，在建筑工地上，温度和湿度都会影响到混凝土的凝固速度，而混凝土的凝固速度则会影响混凝土本身的工作效率。泉州地区夏季温差大，尤其是东部夏季季风的存在，对超缓混凝土的生产产生了很大的负面影响。

4 混凝土灌注质量控制措施

超缓凝混凝土施工技术与工程应用是工程实践中的一个重要问题，它是确保工程质量和工程结构的性能是否符合设计要求，是保证工程安全、高质量完成工程的先决条件。

水下桩混凝土采用导管法灌注，管道在使用前，应检查管道的连接是否平整，是否有渗漏，管道与泵管的直接直径为300mm。在水下桩的灌浆过程中，将导管插入桩孔，直至管底与桩底相距300～500mm，在首次灌注混凝土至少8m后，将套管和管道提升。为了防止出现断桩和其他质量问题，必须时刻测量桩孔的深度，并确保导管的深度大于2m。一定要在所有的混凝土都被运到工地后，才能进行灌浆，在保证深度的前提下，逐渐拆除管道，并将混凝土浇筑到高度0.5m 以上。在桩顶部超过标高时，必须进行钻孔，直到有足够的混凝土结构出现为止，并保证桩体无松动、无破坏。

确定素混凝土桩混凝土缓凝时间，通常单根桩孔的施工时间是影响其施工进度的主要因素，而影响工程进度的主要因素有：地质情况、桩深、桩径、机械台班作业能力。用来测定单桩成桩所需的时间t 和素混凝土桩缓凝时间，可由公式（3）求出：

式（3）中：T——素桩混凝土完成初凝所需要的时间，单位h；

K——混凝土贮存期按工程实际需要而定，一般为10～15h；

t——单根水泥桩成桩所需的时间。

在此工程中，混凝土的缓凝时间应综合考虑各种因素，如设备周转等，以决定最短工期。

5 关于超缓凝混凝土的性能研究结论

第一，在生产超缓凝混凝土前，对原料进行质量控制，保证其性能稳定，生产出合格的超缓凝混凝土。

第二，单纯的高效减水剂混凝土比超缓凝混凝土具有更好的抗氯离子渗透能力，加入缓凝成分可以减缓混凝土的凝固时间，混凝土中的孔隙度也随之增加，导致抗氯性能下降。

第三，超缓凝混凝土在初始阶段有很大的收缩，在60～80h 初期其收缩率较常规混凝土提高30%。

第四，超缓凝混凝土对温度的敏感性较高，而养护条件对其影响较大。

第五，在28d 内，超缓凝混凝土的强度与凝结时间有关；在抽样资料中，材料的抗压强度为34.6～41.8MPa，且样品整体呈现正太分布。

第六，超缓凝混凝土咬合桩施工无须泥浆护壁及循环体系，可减少工程造价；同时，施工时噪声较低，对环境无影响，安全性高。

6 结语

根据施工需要，对C30 超缓凝混凝土工艺技术路线进行了研究，并对不同原材料对超缓凝混凝土的影响，不同原材料的易性、凝结时间进行了分析，找出了最佳的配比，并在施工中对水泥原料进行了严格的控制，特别是对机制砂的含泥量、生产质量、运输速度、钻孔灌注时间、钻孔的时间、留样凝结时间等进行了观察。通过对超缓凝混凝土在施工中的凝固时间和压缩强度、与材料凝固时间的关系进行研究，得出其在施工过程中抗压强度和凝结时间的关系和趋势，据此分析出超缓凝混凝土在道桥混凝土工程中的实际应用。