超缓凝水下混凝土在盖挖逆作法地铁车站钢管柱施工中的应用论文_魏超

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摘要：中间桩基钢管柱的安装，在基础桩混凝土浇筑完成后能一次性将钢管柱垂直插入到混凝土中，因此对混凝土的性能有着很高的要求，具备较好坍落度和缓凝时间控制的超缓凝水下混凝土，是工艺实现和质量保证的关键。采用普通商品混凝土缓凝剂，很难达到超缓凝水下混凝土性能要求。本文就盖挖逆作法地铁车站钢管柱施工中超缓凝水下混凝土在协调保坍时间、凝结时间方面进行了试验和探讨。

关键词：中间桩基安装钢管柱 塌落度 超缓凝

为了解决呼和浩特地铁1号线新华广场站盖挖逆作法施工过程中中间桩基安装钢管柱的问题，采用较为先进的HPE液压垂直插入钢管柱的施工工艺（如图1所示），该施工工艺在基础桩混凝土浇筑完成后能一次性将钢管柱垂直插入到混凝土中，因此对混凝土的性能有着很高的要求。基础桩混凝土的缓凝时间需要考虑插入钢管柱的时间限制，但受工期时间的约束，一般终凝时间不大于60小时，基础桩混凝土从出厂、运输过程到插入钢管柱的时间段内混凝土的坍落度不少于12cm，考虑到施工过程所持续的时间，为了保证钢管柱的顺利插入，对混凝土的坍落度提出了更高的要求：18小时后坍落度不少于12cm。

1 超缓凝混凝土的性能要求

缓凝混凝土一般用于大体积、大方量混凝土施工，一般对保坍这方面要求不是很高，只是对混凝土的凝固时间有着明确的要求。对混凝土坍落度损失的影响因素很多，各种原材料质量的波动以及天气的变化都会引起混凝土坍落度损失，要想在很长的一段时间内对混凝土坍落度进行量化比较难度。混凝土凝固时间的影响主要取决于水泥的凝固时间、化学外加剂中缓凝组分的掺量、矿物掺合料的掺量和反应活性，而且化学外加剂对混凝土凝结时间的影响与温度联系比较紧密，要想利用试验结果指导实际生产，确保混凝土坍落度和凝结时间的稳定存在一定的难度。本试验的具体的技术难点如下：

①混凝土18小时后坍落度要不小于120mm。

②混凝土终凝时间不超过60小时。

由于这两种性能之间存在紧密的联系，保坍时间较长，凝结时间也会有所增加，如何协调两个条件是本试验中的难点。

2 试验的思路与要点设置

配置超缓凝混凝土的成功关键在于原材料的选择和混凝土配合比，试验主要从以下几个方面做出研究：

（1）超缓凝化学外加剂的选择及使用量

（2）胶凝材料的选择，并测量胶凝材料的凝结时间

（3）超缓凝混凝土配合比设计，确定满足要求的最佳配合比。

（4）混凝土凝固后的力学性能试验，通过与普通基准混凝土的进行对比分析，研究缓凝剂对混凝土强度的影响。

为实现这一目标，我们采用两种途径来共同完成：一种是选择合理配合比，延长混凝土的凝固时间；另外是选择一种性能较好的超缓凝剂。

3 缓凝剂的考虑与选择

缓凝剂对新拌混凝土性能的影响主要有：降低水化热速度；延长混凝土初终凝时间；减少塌落度损失。掺入少量合理的缓凝剂对混凝土强度影响较小，但如果掺量过大，会凿除水分的蒸发和散失，对后期混凝土强度造成较大影响，是工程质量的较大隐患。

4 超缓凝混凝土的试验研究

4.1原材料及其性能

（1）水泥：千峰P·O42.5水泥属于中低热水泥，水泥熟料中硅酸三钙含量比较少，水化速度相对较慢，28天强度发展正常。具体的各项物理性能指标如表1所示。

内蒙古千峰水泥各项物理性能指标 表1

（4）外加剂：缓凝剂的主要作用是调整新拌混凝土的初、终凝时间，减轻或者抑制高效减水剂所引起混凝土的坍落度损失，延长水泥水化热速度，为确保混凝土的凝结时间和保塑效果，外加剂选用超缓凝剂与聚羧酸高效减水剂。在胶凝材料水化过程中，缓凝剂产生的不溶性质膜层可以阻止水泥颗粒与水的进一步接触，延缓水泥的水化反应。试验中选用了砼宝。性能指标具体见表5

产品的性能指标 表5

根据施工的需要，本工程选择了第三种，并且冬季施工时在混凝土里添加复合型的防冻剂，掺加量比原设计增加0.5%，保证其性能不变。

4.3 凝结时间的测定

标准方法，用混凝土灌入阻力仪测试，非标准方法是模拟现场，将用一根直径16mm螺纹钢，缓慢的插入混凝土内部待混凝土达到一定时间后，提升捣棒，测定混凝土在静态下经时一段时间后，捣棒是否能顺利的拔出。反复下压和提升五次，如果混凝土自下而上的翻转，说明混凝土良好，如果翻转困难说明混凝土内部水分始发接近初凝，或者已经初凝。终凝时间的测定是用一个锥型筒放在混凝土表面看看筒是否下沉超多5mm来判断混凝土是否达到终凝，为了保证强度，改善混凝土内部组织后还要保证28天强度满足设计及规范要求。由于钢管柱插入后要扰动混凝土，本工程一般选择非测试法。

5 应用与实践

呼和浩特市城市轨道交通1号线一期工程新华广场站为1、2号线同期实施的换乘站，二者采用“T型”节点换乘。车站采用盖挖逆作法施工，1号线为地下两层结构，车站总长523.1m；2号线为地下三层结构，车站总长313.5m。车站总建筑面积为?75030.9㎡，车站采用地下连续墙+钢管柱。钢管柱共计229根，基础桩桩径为1.8m，钢管柱插入桩基内3m。

本工程桩基砼设计标号为C30，通过上述实验最终选用配比如下：每立方米材料用量kg：水泥335：砂810：石1070：水150：掺和料70：外加剂14.2。

钢管柱施工采用HPE液压垂直插入的施工工艺，底部桩基砼采用超缓凝水下混凝土，约19000m3，考虑钢管柱插入基础桩时间要求，基础柱缓凝时间不大于60小时，同时要求混凝土出机到浇筑过程的坍落度损失不少于12cm，混凝土运输时间1小时，混凝土浇筑时间3-4小时，HPE垂直插入机就位3小时，插入钢管柱时间5-6小时，完成本工序施工时间合计约14小时，考虑其他原因混凝土18小时后坍落度不少于12cm，成功的完成了呼市地铁新华广场站一期工程的所有钢管柱施工任务。

论文作者:魏超

论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期

论文发表时间:2019/7/11

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