水下桩基混凝土配合比设计的探讨

水下桩基混凝土配合比设计的探讨

罗启涛

桂林鲁山混凝土有限责任公司 广西 桂林 541100

摘要:由于项目研究地区天然中砂资源匮乏，在配制细粒料时，往往使用水下桩基和特细砂，为了体现地方特色，更符合地方标准的编制原则，尽可能地选择重庆的典型原料（特别是水下桩基），利用双掺技术，配制出水下桩基。本文主要阐述了水泥原料的试验与优选，水泥混合料的配方设计与性能研究，并对其拌制工艺的关键进行了阐述。

关键词：混凝土；水下桩基；高性能混凝土；配制技术

0引言

以往项目研究地区的混凝土强度等级一般都在C60以下，而项目研究地区又缺少高质量的天然中砂，因此大部分采用了低强度等级的水下桩基。水下桩基与普通自然砂配制高强度混凝土存在明显差异，其原因是机械砂级配差、棱角多、粒形不圆滑、含石粉较多。机械砂与自然砂混合使用，各有利弊，机械砂具有良好的集料界面粘附性，有利于提高混凝土的强度；但机械砂比自然砂需要更多的水分，从而降低了混凝土的强度和体积稳定性；而机械砂的粗糙表面和颗粒之间的咬合，会增大颗粒的流动阻力，对工作性能造成不利的影响；机械砂的级配差，一般为粗粒（2.36 mm）和细粒（0.15 mm)，而中间粒（特别是1.18~0.30 mm）含量偏低，造成所制混凝土易发生离析，对混凝土强度有不利影响。为了克服上述缺点，必须对混凝土的成分进行深入的研究，使其具有优良的性能^[1]。

1技术途径

水泥的水胶比、空气含量和微观孔隙结构是影响混凝土强度的主要因素。水胶含量越低，其强度越高，因此如何减小水胶比是制备超高强混凝土的关键；通过对高性能减水剂减水率的分析，可以看出，使用高性能减水剂降低用量是降低用量的必要措施，如果减水剂的减水率达到35%，则可以得到具有优良工作性能的超高强度高性能混凝土。超细矿物掺和料的单掺或复掺是提高混凝土强度的另一重要途径，而强化效果最佳的是硅灰，因为它的平均粒度只有0.1~0.2微米，比普通水泥低两个量级，因此它的活性是普通水泥的1~3倍。超细掺和料如磨细矿粉、磨细沸石粉等代替水泥不仅能达到很好的强化效果，而且对减水也有明显的辅助作用。同济大学张雄等人的研究表明，在减水率大于18%的情况下，矿渣微粉的辅助减水率在10%~17%之间，二者叠加，可以显著减少单位用量。粉煤灰后期加固效果良好，因其粒径为球状，可明显提高混凝土搅拌材料的工作强度（球效应），并在一定程度上起到了辅助减水作用。由于矿粉、火山灰、粉煤灰等已经加入了普通的硅酸盐水泥，但由于其活性低，不适合制备超高强度混凝土，因此建议采用纯硅酸盐水泥。总之，超强度高、高性能水下桩基的制备工艺主要有：①纯硅酸盐水泥+单一或混合超细矿物掺和料（硅灰+磨细矿渣+优质粉煤灰）+高性能减水剂。②常规的硅酸盐水泥+单一或混合的超微量矿物掺和料（硅灰+磨细矿渣+优质粉煤灰）+高性能减水剂。③高性能混凝土+单一或混合的超细矿掺和料（硅灰+细碎矿渣+优质粉煤灰）+高性能减水剂^[2]。

尽管粉煤灰与水泥、其它矿物掺和料混合后，对降低水化热、预防高强度混凝土裂缝具有明显的作用。但是，在前期的原料筛选中，项目研究地区的粉煤灰质量普遍偏低，几乎没有一级灰，二类灰的产量低，难以采购。结合工程实践，在试验中没有加入粉煤灰，以体现重庆的地域特点。根据具体情况，选择了以上2条技术路线。

2原材料试验及优选

2.1水泥

采用52.5级普通硅酸盐水泥配制水下桩基混凝土，水泥的主要性能指标有：初凝时间130min，终凝时间195min；

2.2磨细矿粉

矿粉的加入可使混凝土的水化热下降，使混凝土的后期强度和抗渗性得到明显的提高。其主要性能指标包括：S95、密度2.92克/厘米、比表面积448平方米/千克、28天的活性指数98%、烧失率1.37%。

2.3硅灰

以二氧化硅为主体的硅粉体，可以在与水化物形成凝胶的条件下，充填水泥粒子之间的空洞。在水泥基础上加入适当比例的硅粉，可以明显提高其抗压、抗折、抗渗、抗腐蚀、抗冲击、抗磨损等特性。具有保水、防离析、泌水、降低混凝土的抽水能力。尤其是在高含氯、硫酸盐侵蚀、高湿度等条件下，其耐用性可以增加1-或几个以上，是高强度、高强度、高强度、高强度、高强度的混凝土。C150砼在重庆长江江大桥和重庆马桑溪长江大桥中得到了广泛的使用，具有92%的Si0、93%的Si0、3.3%的烧结、1.5%的水分和18600平方米的比表面积^[3]。

2.4粗骨料

选用5~10 mm、10~20 mm颗粒级数的砂砾，按照4:6的重量比例构成的级配符合级配曲线的需要。试验结果表明，该砂母岩的抗压能力达到88.2 MPa，因此，用该方法制备出高强度的水泥砂浆具有较大的困难。其基本性能参数为：2710公斤/平方米，破碎率9.5%，针片状物4.8%，泥质0.3%。

结果表明，这种母岩的抗压能力只有88.2 MPa，并不能达到100 MPa的常规要求。本例中，混凝土中的混凝土结构具有较高的强度，而集料具有某种框架和填料的功能。

2.5细骨料

选用项目研究地区的水下桩基、特细砂，其细度系数为4.3，细度系数为1.5，表观密度为2680,2650千克/米，淤渣质量为1.1%，机械砂为2.3%，机械砂为12%，石粉为6.4%。

单一使用的水下桩基因其细度模量过大而不能达到所需的水泥及易行性能，故选用重庆当地出产的优质砂石。

在试验的过程中，细集料的细度比例为7%，细度模数为4.3，细度模数为1.5，细度为5:5。加入后，其细度系数为2.95，污泥含量为1.7%。符合 II级含沙量的规定^[4]。

2.6外加剂

该项目选用HP400型高性能的聚羧酸型减水剂。HP400是目前新型的新型高性能混凝土添加剂，具有低碱性、极少使用的优点，减水量不小于30%，固化剂>25%，可以节省25%的水份，特别适合在高浓度的矿物质混合材料中使用。

HP400混凝土中掺入水泥，其坍落度损失小，渗透性小，早期和后期抗压强度高，可得到高强度（C80以上）、高弹性模量、高抗渗性、低缩型、高耐用性、不会腐蚀的高性能混凝土。现已在苏通长江大桥、重庆朝天门长江大桥、杭州湾大桥等国际上应用。

3 水下桩基高性能混凝土配合比设计及性能研究

3.1配合比设计

高强度砼的选用是获得高强度砼的先决条件和依据，而高强度砼的配比的合理选取也是确保其满足设计指标的关键。高强度砼的配制与常规砼的配比设计是有区别的，并无法严格遵循JGJ55—2000 《普通混凝土配合比设计规范》JGJ55—2000标准，更多地参考HSCC-99 《高强混凝土结构设计与施工指南》进行设计和试配。

4水下桩基高性能混凝土的拌制要点

机械砂拌制高性能水泥时，应选用水平轴力型混合机，对其进行精确的测量，并严格遵守所需的喂入和混合过程。混合比例为30%~90%，不低于0.03米，混合时间为180秒，小型混合机卸料后还要进行3次人工翻拌，以确保混合均匀，从生产各个方面入手，解决了高强砼工作性不稳定、强度离散较大等问题。

5结语

通过加入超细型活性矿粉（粉煤灰、磨细矿粉、硅灰等），研制出具有C80~Cl00的优质水下桩基。其工作性能、强度及弹性模数等性能指标符合国家标准，并可获得良好的使用寿命。如果集料基材的抗压强度高（比方说超过1.2的混凝土强度），那么就能更好地制备出高强度的水泥，而且可以降低硅水泥的用量，而且不需增加水泥的用量。另外，高强度的机械砂型混凝土，须选用水平轴向强度型的砼搅拌设备，原料的配比要精确，配合料宜选用后掺合工艺，而水剂的配比则要减去，长期的保温和保水保养非常关键。这一技术的研发，从节省资源、节省成本、因地制宜、就地取材的原则出发，充分发挥重庆本地特有的优势，以机械砂-特细沙为原料，研制出了具有较高强度的高性能砼。

参考文献：

[1]张雄，韩继红，李旭峰.矿渣微粉对减水剂效果影响及其作用机理].混凝土，1999（6）：3436，50.

[2]廉慧珍，阮庆革，李玉琳.FK系列高性能水泥的性能及其检测———高性能胶凝材料的实验研究之二[].混凝土，1999（1）：20-24.

[3]中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会.CECS104：99高强混凝土结构技术规程].1999.

[4]中国土木工程学会.高强混凝土结构设计与施工指南（2版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

作者简介:罗启涛（1978-），男，壮族，籍贯：广西融安人，本科，工程师，主要从事混凝土配比及上产质量控制工作。