一般來說，普通混凝土的初凝時(shí)間宜控制在6~8小時(shí)，水下灌注樁混凝土宜控制在8~10小時(shí)，如遇到溫度陡降有可能會(huì)延長3~7小時(shí)，所以在正常情況下如沒有特殊要求，混凝土的初凝時(shí)間一般控制小于10小時(shí)。本次研究的混凝土初凝時(shí)間大于72小時(shí)，比普通混凝土的初凝時(shí)間長6倍多，故稱為超緩凝混凝土。超緩凝混凝土主要用于咬合樁施工。咬合樁的施工要求后施工的樁在成孔時(shí)要切割兩側(cè)相鄰的先澆筑樁的部分樁身混凝土，以達(dá)到相鄰樁相互咬合，從而達(dá)到止水的目的。該施工工藝的關(guān)鍵技術(shù)在于先施工的樁的樁身混凝土凝結(jié)時(shí)間要長，早期強(qiáng)度要低，符合切割要求。因此，被切割樁的混凝土能否滿足設(shè)計(jì)與施工要求是該工藝能否成功的關(guān)鍵。
2工程概況
南山醫(yī)院改擴(kuò)建(二期)基坑支護(hù)與土石方工程是用鉆孔咬合樁來做基坑支護(hù)的。由于每根超緩凝樁需要進(jìn)行兩次切割以及該工程夜間不能施工，再考慮一些如成孔、機(jī)械等不確定因素，故需再延長初凝時(shí)間(一般咬合樁要求超緩凝混凝土的初凝時(shí)間是60小時(shí))。施工現(xiàn)場對超緩凝混凝土提出如下技術(shù)參數(shù)和要求:
⑴達(dá)到C20水下灌注混凝土的性能和強(qiáng)度要求;
⑵混凝土初凝時(shí)間不小于72小時(shí);
⑶混凝土84小時(shí)抗壓強(qiáng)度不大于3MPa。
3配合比設(shè)計(jì)思路
先設(shè)計(jì)C20水下灌注混凝土基準(zhǔn)配合比，再在該配合比基礎(chǔ)上通過增加緩凝劑來實(shí)現(xiàn)超長的凝結(jié)時(shí)間。
4試驗(yàn)用原材料
⑴水泥:封開華潤生產(chǎn)的P.O42.5型普通硅酸鹽水泥，28天抗壓強(qiáng)度48MPa以上。
⑵摻合料:深圳媽灣電廠的Ⅱ級粉煤灰;柳州鋼鐵廠的S95級礦粉。
⑶砂:深圳地區(qū)的建筑用河砂主要來源為珠江入海口，顆粒級配比較穩(wěn)定，經(jīng)水洗后比較潔凈，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量0.4%，CL-含量0.002%。
⑷石子:選用惠州的5~25mm的碎石，針片狀含量4%，含泥量0.2%，泥塊含量0.1%。
⑸減水劑:選用佛山華軒的高性能聚羧酸減水劑。
5配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)
本次要設(shè)計(jì)的超緩凝C20水下混凝土包含三部分指標(biāo):
⑴混凝土要滿足水下樁灌注的要求，即混凝土和易性良好，出機(jī)坍落度200~220mm，擴(kuò)展度大于450mm。
⑵混凝土28天強(qiáng)度以C25評定必須合格(因水下混凝土需提高一個(gè)等級)。
⑶混凝土的初凝時(shí)間不小于72小時(shí)，84小時(shí)抗壓強(qiáng)度不大于3MPa。
通常延長混凝土的緩凝時(shí)間可通過三種途徑來實(shí)現(xiàn)，一是選用初終凝時(shí)間相對長的水泥，二是在設(shè)計(jì)配合比時(shí)增加摻合料的用量特別是粉煤灰的用量，三是加大緩凝劑的摻量。前兩種途徑對延緩混凝土凝結(jié)時(shí)間效果不明顯，第三種措施更加有利于成倍延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間。
根據(jù)以往配制C25水下混凝土的經(jīng)驗(yàn)，以及初步試驗(yàn)，確定了普通C20水下混凝土的配合比(見表1)。該配合比的出機(jī)混凝土和易性良好，坍落度為210mm，擴(kuò)展度為510mm。28天抗壓強(qiáng)度為35.6MPa，以上指標(biāo)均可以滿足C20水下樁混凝土的設(shè)計(jì)、施工要求。
6超緩凝減水劑中緩凝劑用量的確定
由于本工程的超緩凝混凝土樁在地下1~35米的位置，并且混凝土周圍都是泥土。根據(jù)深圳地勘相關(guān)資料，超緩凝混凝土樁所處的環(huán)境與混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室的環(huán)境較為接近。故在試驗(yàn)過程中我們把剛成型的試件帶模留在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，并觀察試件表面硬化情況。超緩凝混凝土的技術(shù)關(guān)鍵在于混凝土凝結(jié)時(shí)間(早期強(qiáng)度)的控制和后期強(qiáng)度的恢復(fù)增長。延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間主要是通過增加緩凝劑的摻量來延緩水泥的水化反應(yīng)，從而延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間。在混凝土生產(chǎn)過程中緩凝劑是包含在減水劑中的，所以在試配超緩凝混凝土?xí)r把緩凝劑與減水劑按各自的摻量分開摻入混凝土中。試配成功后在生產(chǎn)超緩凝減水劑時(shí)按比例加入緩凝劑。由于緩凝劑主要是可以延緩水泥的水化反應(yīng)，故在試配及混凝土生產(chǎn)過程中緩凝劑以水泥為基準(zhǔn)確定摻量。可以作為緩凝劑的材料很多，我們選用緩凝效果好的糖類作為緩凝劑。
我們曾配制并于實(shí)際工程中成功應(yīng)用初凝時(shí)間不小于60小時(shí)，3天強(qiáng)度不大于3MPa的超緩凝C25水下混凝土，對緩凝劑的摻量已積累了一些數(shù)據(jù)。根據(jù)以往數(shù)據(jù)，初步確定一個(gè)范圍比較大的緩凝劑摻量試驗(yàn)，緩凝劑摻量為0.24%、0.25%、0.26%、0.27%、0.28%、0.29%、0.30%。混凝土不同緩凝劑摻量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
從表2的試驗(yàn)結(jié)果看試驗(yàn)編號為A4、A5、A6、A7的緩凝劑摻量的試配結(jié)果都能滿足要求，但A6、A7初凝時(shí)間過長，我們優(yōu)選A4、A5進(jìn)一步試驗(yàn)。雖然A6、A7的初凝時(shí)間很長，但28天抗壓強(qiáng)度并沒有降低，這可以作為在生產(chǎn)過程中控制超緩凝混凝土長終凝時(shí)間(因初凝時(shí)間不宜觀察，在生產(chǎn)過程中觀察終凝時(shí)間)而不會(huì)影響28天強(qiáng)度的依據(jù)。從A3可以看出初凝時(shí)間達(dá)到要求但84小時(shí)抗壓強(qiáng)度已大于3MPa，以前的一些工程數(shù)據(jù)也有類似的情況(初凝時(shí)間已大于60小時(shí)，但3天抗壓強(qiáng)度確超過了3MPa)。由于在實(shí)際的施工過程中，只有混凝土的強(qiáng)度低于3MPa才能對其進(jìn)行切割，所以對于本工程，經(jīng)與監(jiān)理方、施工方溝通確定控制混凝土技術(shù)指標(biāo)為:84小時(shí)強(qiáng)度不大于3MPa。在持續(xù)二個(gè)月的時(shí)間里我們選擇A4、A5每隔5天采用生產(chǎn)線正在使用的不同批次的水泥、粉煤灰、礦渣粉、高效減水劑、砂、石，同一批緩凝劑進(jìn)行10組試驗(yàn)，用以檢驗(yàn)超緩凝混凝土早期強(qiáng)度和28天強(qiáng)度能否達(dá)到要求。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。
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從表3可以看出緩凝劑摻量為0.27%時(shí)84小時(shí)抗壓強(qiáng)度有3組數(shù)據(jù)大于3MPa，超過設(shè)計(jì)要求。緩凝劑摻量為0.28%時(shí)，有2組試塊84小時(shí)還未硬，但7天和28天抗壓強(qiáng)度都與其它另外的8組數(shù)據(jù)差不多，都能符合設(shè)計(jì)要求。故我們終確定超緩凝混凝土配合比的緩凝劑摻量為0.28%。由于確定了混凝土配合比和緩凝劑的摻量，從而可以計(jì)算出超緩凝劑中緩凝劑的比例。減水劑廠按超緩凝減水劑的配方生產(chǎn)超緩凝減水劑，并在使用前再進(jìn)行試拌驗(yàn)證，只有用現(xiàn)用的各種原材料試拌的混凝土的84小時(shí)抗壓強(qiáng)度符合要求了才能投入生產(chǎn)。
7原材料質(zhì)量控制
由于原材料的變化對超緩凝混凝土的凝結(jié)時(shí)間影響比較大，所以我們在生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量，特別是水泥和超緩凝減水劑。
7.1水泥
水泥的廠家、品種、規(guī)格一經(jīng)選定后不隨意更換，在進(jìn)貨過程中要嚴(yán)格檢測每一批水泥的初終凝時(shí)間。使用不同批次水泥前要進(jìn)行試拌驗(yàn)證，混凝土84小時(shí)抗壓強(qiáng)度正常方可用于生產(chǎn)，否則需重新調(diào)整超緩凝減水劑中緩凝劑的摻量以達(dá)到要求。如有條件可用專用水泥罐。
7.2減水劑母液
必須選用試配同一家、同一型號的減水劑母液。
7.3緩凝劑
一定要選用同一廠家、同一型號的緩凝劑，好是生產(chǎn)超緩凝減水劑所需的緩凝劑一次性采購，可以保證緩凝劑效果的一致，便于生產(chǎn)控制，因?yàn)椴煌蔚木從齽┚從Ч顒e比較大。緩凝劑進(jìn)貨后需進(jìn)行試拌驗(yàn)證。
8混凝土的質(zhì)量控制
由于超緩凝混凝土必須使用超緩凝減水劑，所以整個(gè)生產(chǎn)過程必須嚴(yán)格控制，絕對不能用錯(cuò)減水劑，也不能把超緩凝減水劑用于其他混凝土。在生產(chǎn)前需有兩個(gè)人核準(zhǔn)輸入的配合比，并確認(rèn)使用的是超緩凝減水劑。每根超緩凝混凝土樁都留有三組試件，其中一組用來觀察混凝土終凝時(shí)間及試壓84小時(shí)抗壓強(qiáng)度，另兩組分別是7天、28天抗壓強(qiáng)度試件。安排專人每隔三小時(shí)觀察試件表面硬化情況，如72小時(shí)前已硬化或84小時(shí)抗壓強(qiáng)度大于3MPa，應(yīng)及時(shí)減少總膠凝材料中水泥的比例(在保證強(qiáng)度的范圍內(nèi))和增加超緩凝減水劑的摻量(保證混凝土工作性能情況下)以延長混凝土的初凝時(shí)間，如還不夠則需重新加工超緩凝減水劑，在其中增加緩凝劑的用量。如有必要還需通知施工單位積極配合，提早切割，以減少不必要的損失。
在運(yùn)送和施工過程中嚴(yán)格把關(guān)，不可以打錯(cuò)單、送錯(cuò)工地，每車必須掛對標(biāo)示牌。在工地卸料前必須確認(rèn)樁號是否與送貨單一致，因?yàn)楣さ赜袝r(shí)會(huì)有2~3根樁同時(shí)進(jìn)行澆筑，其中既有普通樁也有超緩凝樁。
9工程應(yīng)用情況
南山醫(yī)院改擴(kuò)建(二期)基坑支護(hù)與土石方工程共有270根樁采用超緩凝C20水下混凝土進(jìn)行灌注，共供應(yīng)了9000多立方超緩凝混凝土，混凝土各齡期強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)、施工的要求，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表4。
由于生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工各個(gè)環(huán)節(jié)的嚴(yán)格控制，順利完成整個(gè)工程施工。
