预制盾构高性能混凝土的研究和应用

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关键词 盾构管片 高性能混凝土 配合比 蒸养工艺

南水北调工程中线穿越黄河为两条平行大直径地下圆型输水管道，采用预制盾构管片作为衬砌，盾构管片混凝土设计要求为C50W12F200。

盾构管片混凝土基本要求如下：抗压强度设计等级为C50，要求早强，即在蒸汽养护条件下满足12h一次模具周转，且蒸养时间不得超过8h，吊运强度要达到20MPa左右，不得低于15MPa。水胶比不大于0.35，混凝土坍落度小于70mm，易于浇筑和振捣。由于采用振捣工艺，混凝土必须有良好的触变性，分层、离析和泌水小。体积稳定性好，裂缝少。耐久性要求高，混凝土抗渗性等级为W12，抗冻F200。低碱集料反应性，混凝土总碱含量不大于2.5kg/m3。本文就该配合比选择的整个过程进行总结。

在国内已完成的同类工程中，预制盾构高强蒸养混凝土以至少一天为一个生产周期，蒸养时间相对较长，蒸养时间≥10h。胶材总量≥400Kg/m3，碱含量≥3.0 kg/m3。本试验混凝土配合比突出的重点是胶凝材料总用量369kg/m3，该混凝土蒸养时间仅8h，蒸养强度大于20MPa，总碱含量只有2.18 kg/m3。

1 原材料的初选

1.1 水泥

混凝土裂缝是影响结构耐久性的重要因素。配制高性能蒸养混凝土必须对水泥进行选择，应考察以下几方面：水泥早期强度好,并适合蒸气养护,要求在低温蒸养条件下(60℃以下)盾构管片8h，脱模强度≥20MPa。因此要求水泥强度不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥。为了避免发生碱集料反应，水泥的碱含量控制在0.6%以下。

本试验选择了两个厂家P.O42.5水泥进行了对比试验，采用同水胶比，同粉煤灰掺量，相同的起始混凝土拌和物温度和蒸养工艺进行试验，其检测结果见表1。

通过表1的试验结果表明：A和B 的碱含量均满足要求，且A＜B；脱模强度可表明B 不满足要求，因此选择A进行配合比试验。

表1 混凝土脱模强度试验结果表

1.2 粉煤灰

一般认为掺用粉煤灰不利于提高蒸养混凝土的强度，但掺优质I级粉煤灰后蒸养混凝土具有更优良的力学性能、更好的耐久性、更好的经济性。同时，掺用优质粉煤灰将提高混凝土的体积安定性，有利于防裂，还能抑制碱集料反应，改善混凝土拌和物的施工性能。本试验采用优质的I级粉煤灰进入配合比试验。

1.3 集料

细骨料为人工砂，细度模数在2.6以上，石粉含量控制在6～18%，颗粒级配符合中砂的标准要求。

粗骨料为石料厂生产的5～20mm(D20)和20～40mm(D40)人工破碎石，其各项指标满足规范要求。

1.4 外加剂

使用优质高效减水剂。聚羧酸高效减水剂是第三代高效减水剂，不仅减水率较高，含碱量低，而且适于蒸养。选择三个厂家的聚羧酸高效减水剂与水泥的适应性进行检测，全部符合标准要求，且减水率均在20%以上，考虑三种外加剂作为正交试验的一个因素进行配合比。

引气剂将降低混凝土的强度，但管片混凝土有W12F200的抗渗和抗冻要求，因此须掺引气剂使拌和物的含气量不宜低于4.0%。

2 蒸养工艺

选择合适的蒸养工艺。控制蒸养温度，在不影响混凝土质量的情况下尽可能缩短升降温时间，延长恒温时间，从而可以提高混凝土早期强度。本文选择不同的蒸养时间来进行对比试验，确定出配合比设计中蒸养的过程。采用同水胶比，同粉煤灰掺量，相同的起始混凝土拌和物温度，不同的蒸养时间进行试验，检测结果见表2。

起始混凝土拌和物温度18.5～20℃，拆模温度30±1℃。

考虑调整配合比参数对混凝土强度的影响，确定使用4号方案的养护方式。

表2 蒸养时间对拆模强度的影响

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