早強型聚羧酸減水劑對水下灌注樁性能的影響研究

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，其工程造價相對較高。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度，同時不會影響混凝土的后期強度[1-2]。對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，對混凝土原材料比例進行優(yōu)化，探索最佳礦物摻合料取代率，確定不同因素對于和易性能及力學(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

某河流治理工程項目由10條支流治理工程所構(gòu)成，現(xiàn)場水下灌注樁混凝土施工性能差，流動性能一般，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，影響水下灌注樁成型質(zhì)量，易出現(xiàn)斷樁的風(fēng)險。成型后通過抽芯取樣，混凝土多點強度一般，甚至局部出現(xiàn)強度不達(dá)標(biāo)的問題，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用功能[4]。

2 試驗原材料

試驗水泥為P·O42.5級水泥，測試標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量27.9%，膠砂3d抗壓強度28.6MPa，28d抗壓強度52.4MPa；試驗粉煤灰，測試細(xì)度8.9%，燒失量1.4%，需水量比97%；試驗中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量1.8%，碎石5-25mm連續(xù)級配，壓碎指標(biāo)8%，含泥量0.3%；外加劑為早強型聚羧酸高效減水劑，采用早強組分、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

水下灌注樁混凝土在配合比設(shè)計過程中應(yīng)重點考慮混凝土流動性能、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)具有流動度好、黏聚性適中、保水性優(yōu)異，且低水化熱，高抗壓強度。通過重新設(shè)計混凝土配合比，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度的目的。混凝土配合比，見表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 實驗結(jié)果分析

4.1 水下灌注樁混凝土和易性影響因素研究

針對項目出現(xiàn)的流動性差、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，測試混凝土流動度、倒筒時間等影響性能的關(guān)鍵指標(biāo)，水下灌注樁混凝土性能測試，見表2。

表2 水下灌注樁混凝土性能測試

由測試結(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。粉煤灰對于流動性及黏度改善具有正向作用，隨著粉煤灰摻量的不斷提升，混凝土擴展度呈現(xiàn)先增加后基本保持不變的趨勢，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，不同水泥用量下的混凝土整體黏度均達(dá)到最佳，倒筒時間達(dá)到最低值，倒筒時間為4.0-4.2s，混凝土松軟，施工性能良好，2h和易性能良好，擴展度無損失。不同因素對水下灌注樁混凝土流動度的影響，見圖1。

圖1 不同因素對水下灌注樁混凝土流動度的影響

4.2 水下灌注樁混凝土強度影響因素研究

針對工程出現(xiàn)樁早期強度不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的斷樁問題，開展配合比設(shè)計，進一步提升水泥用量，選用具有早強組分的復(fù)合型聚羧酸減水劑，固定水泥用量為210kg/m3，早強型聚羧酸減水劑摻量確定為3.0%、4.0%，其他配合比不變，對混凝土3d強度進行檢測，水泥用量為210kg/m3混凝土抽芯強度測試結(jié)果，見圖2；水泥用量為210kg/m3混凝土抽芯強度測試結(jié)果(早強型減水劑摻量3.0%)，見圖3；水泥用量為210kg/m3混凝土抽芯強度測試結(jié)果(早強型減水劑摻量4.0%)，見圖4。

圖2 水泥用量為210kg/m3混凝土抽芯強度測試結(jié)果

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

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

由圖可知，固定水泥用量不變，隨著早強型減水劑摻量的增加，混凝土早期強度呈現(xiàn)明顯的遞增趨勢，由于早強組分加快體系中的水化進程，水化反應(yīng)加速，更快形成致密水化產(chǎn)物，密實結(jié)構(gòu)，達(dá)到增加強度的目的。由于粉煤灰早期不參與水化反應(yīng)，摻量增加對早期強度不利，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。通過比對確定早強型減水劑摻量為4.0%，混凝土強度滿足施工要求，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于流動性能及黏聚性能改善效果明顯。隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土流動度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢，黏度呈現(xiàn)先下降后基本不變的趨勢。當(dāng)粉煤灰摻量20%時，混凝土最佳流動性、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型聚羧酸減水劑摻量對于混凝土強度的影響。隨著摻量的增加，強度呈現(xiàn)增加的趨勢，綜合考慮經(jīng)濟性及強度的要求，當(dāng)早強型聚羧酸減水劑摻量達(dá)到4.0%、水泥用量為210kg/m3時，混凝土整體強度達(dá)到理想值。