超缓凝咬合桩混凝土的设计与应用

周 佩

摘要：本文针对上海船厂（浦东）区域2E3-2地块项目的咬合桩工程实例，探讨了超缓凝混凝土的设计思路，确定试验用原材料，并且对所需混凝土的各项参数进行研究。利用适当的超缓凝剂掺量，成功配制出初凝时间超60h的超缓凝混凝土。通过在实际工程中的应用情况验证，以期该混凝土的各技术指标能够满足设计、施工的要求，为以后的同类施工需求提供参考。

关键词：超缓凝混凝土；咬合桩；掺合料；施工应用

0 前言

近年来，超缓凝混凝土技术在咬合桩工程中已普遍具有市场。按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2016，混凝土凝结时间用贯入阻力仪试验确定。贯入阻力值达3.5MPa时达到初凝，贯入阻力值达28MPa时达到终凝。混凝土初终凝正常来说，普通混凝土的缓凝时间一般只能维持在（6-12）小时，若经过技术处理，提高一定掺量的外加剂，虽然能起到延长一定时间的效果，但是对其混凝土本身质量均会产生不同程度的损失。本次研究的混凝土对桩身的凝结时间提出了较高的特殊要求。

1 工程概况

在上海船厂（浦东）区域2E3-2地块项目工程中，对钻孔咬合桩的施工主要应用于该工程部分基坑的围护。该工程地理位置处于浦东陆家嘴金融区域，周边商务楼、住宅小区较多，交通管控力度较大，社会关注度极高，对于文明作业的要求很高，因此在夜间时是无法进行正常有效的灌桩施工作业的，再考虑到施工中一些成孔、施工机械、场地条件的情况，工人的熟练程度以及周边居民纠纷等因素的参与，对于整个咬合桩桩基工程的施工进度必然会受到一定的影响。并且，在咬合桩的施工过程中，其特点就是在后施工桩成孔前必须先将前一根成孔桩的两侧部分混凝土切割下来，从而使桩与桩之间做到紧密咬合，达到咬合的效果，形成一个整体连续防水的桩墙，起到挡土止水的作用。下面的排桩施工工艺流程图，能让我们更直观的了解咬合桩的施工流程，以及施工过程中需要注意的事项。所以，该施工工艺成功与否的关键点还在于混凝土的初凝时间要长，便于进行桩体的切割；桩身的早期强度发展要慢，但后期强度也要得到保障。

为 了促进整个施工能够顺利进行，该工程对混凝土提出了以下要求：

（1）超缓凝混凝土初凝时间设计要求48h以上，但在考虑到本工程概况的实际情况后，科学延长至60h以上；

（2）混凝土的设计强度为C30水下，抗压强度R3需达到3.0MPa左右，能够满足桩身切割的要求，后期强度需要迅速增长，至R28需达到30.0MPa以上，R45达到设计要求35.0MPa以上；

（3）混凝土坍落度为180mm-220mm，和易性良好，要求浇筑前后不得有明显的离析、泌水的现象。

2 混凝土配合比设计思路及配制条件

2.1配合比设计

需达到缓凝时间60h以上的条件，明显对于普通混凝土已经无法满足要求了。我们曾经在上海国际金融中心项目上成功配制并应用过缓凝时间达36h以上的C30水下咬合桩混凝土。本次混凝土配合比的设计思路主要还是以现有的超缓凝配合比为基础，通过试验数据分析，选择合理的超缓凝剂掺量使混凝土实现缓凝60h以上的目的。

2.2原材料选择

选取专用的超缓凝外加剂。缓凝剂是一种能延长混凝土凝结时间的外加剂，主要用于延缓水泥的水化硬化速度，以使新拌混凝土在较长时间内保持塑性。缓凝剂对新拌混凝土的影响主要有：延缓混凝土初凝时间、降低水化热、降低坍落度损失。经过选择，最终采用由上海麦斯特建工生产的改性萘系磺酸盐复合型缓凝剂8559，其缓凝效果显著，兼有减水、保塑、保水等效果，产品分散性强，可以大幅度延长混凝土初凝时间。

水泥采用海螺明珠P.O42.5水泥，其质量符合《通用硅酸盐水泥》（GB175）标准要求，具体质量指标如表一。

表一 水泥物理性能指标

品种 标号	细 度 (%)	标准稠度 (%)	初凝 时间 (min)	终凝 时间 (min)	安 定 性	抗折强度 (MPa)		抗压强度 (MPa)
						3d	28d	3d	28d
P.O 42.5	1.2	26.8	172	224	合格	5.8	9.0	28.3	52.7

细骨料先选用细度模数为2.3-2.8的中砂，含泥量不大于3.0%，泥块含量不大于1.0%。粗骨料采用5-25mm碎石，连续级配，针片状含量不大于15%，含泥量不大于1.0%，泥块含量不大于0.5%。粉煤灰采用二级高钙灰，矿粉采用S95矿渣微粉。

2.3基准配合比

根据JGJ55混凝土配合比设计要求，确定了基准配合比如下表2所示。粉煤灰与矿粉作为外掺料，降低混凝土早期强度，不影响后期强度，对缓凝有一定作用。合理的应用粉煤灰与矿粉的双掺技术，将粉料的总胶控制在400kg/m³,水胶比0.41，这点也满足了钻孔灌注桩对胶凝材料用量不应小于360kg/m³的要求；砂率控制在43%。再者，要配制超缓凝混凝土的关键，主要取决于缓凝剂的选择和掺量上。

强度等级	坍落度	水胶比	总胶（kg）	水	水泥	砂	碎石	粉煤灰	矿粉	外加剂
				自来水	P.O42.5	中	5-25	C-II	S95	8559
C30水下	200±20	0.41	400	160	230	776	1020	80	90	4.40

表2 超缓凝混凝土基准配合比

3 试验结果及分析

3.1试验结果

配合比设计的原则是既满足强度、耐久性要求，又要经济合理、具有良好的施工性。超缓凝混凝土的水泥用量和外加剂掺量必须同时考虑强度与初凝时间，水泥用量少强度达不到要求，过大则早期强度高，影响超缓凝效果。外加剂掺量少，达不到初凝36小时要求，过大则初凝时间过长，影响后期强度发展。以缓凝混凝土基准配合比为例，在其他原材料不变的前提下，试验室分别以缓凝剂掺量为1.10%、1.20%、1.30%、1.40%、1.50%五个配合比进行了混凝土试验性能分析，试验结果见表3。

表3缓凝剂掺量试验

序号	缓凝剂掺量（%）	坍落度/扩展度mm		初凝（h）	终凝（h）	混凝土试块抗压强度/MPa
		初始	1小时			72h自养	7d	14d	28d	45d
A	1.10	210/510	175/450	49.5	54	5.2	19.6	25.3	36.5	45.9
B	1.20	205/525	170/470	51.0	58.5	4.6	18.4	25.5	34.5	43.8
C	1.30	210/540	205/520	52.5	58.5	3.5	17.5	24.8	35.3	43.6
D	1.40	220/595	210/550	56.0	61.5	2.6	15.7	22.4	31.5	40.1
E	1.50	230/630	230/625	61.0	67.5	未硬	13.8	19.9	28.1	37.2

3.2试验分析

3.2.1在基准配合比基础上，通过改变外加剂掺量，测试新拌混凝土性能，包括初始坍落度、扩展度、初凝时间，1小时后混凝土坍落度、扩展度以及终凝时间，得到最优配合比。C30水下超缓凝混凝土达到工地后需要具有良好的和易性，包括适宜的流动性和粘聚性。根据以上试验结果，配合比A和B初始坍落度/扩展度分别为210/510mm和205/525mm，1小时后扩展度为175/450mm和170/470mm ，混凝土流动性差，不能满足施工要求。配合比E坍落度和扩展度1小时后分别为230mm和625mmm，混凝土粘聚性差，同样不能满足施工要求。配合比C和D,1小时坍落度经时损失满足和易性要求。

3.2.2综合以上试验结果我们可以发现，使用了8559缓凝剂的混凝土，对凝结时间的延缓作用是明显的，在不同的掺量下对混凝土抗压强度的体现差异较大，由A、B、C三个试验的结果可以看出，其28天与45天的抗压强度数值均高于设计要求，但拌合物的凝结时间未达到该工程设计所要求的60小时以上且72h自然养护的抗压强度数值超过了3.0MPa，并不能满足桩身切割的要求，因此不予考虑；从D号的试验结果中我们可以看出，缓凝剂掺量在1.40%的时候，该混凝土的凝结时间满足设计要求，72天自然养护强度为2.6 MPa，有利于咬合桩施工，各龄期的强度值均满足设计要求，其中45天的抗压强度达到40.1 MPa，具有一定的富裕量，经考虑选用D号试验作为施工用配合比；而E号试验中，由于缓凝剂掺量的加大，对早期强度产生了一定的影响，未能测得有效数据，28天标准养护时间下，其强度为28.1 MPa，略低于设计要求，45天强度的数值偏低，主要原因是由于过度的缓凝造成了混凝土试件内部不能长时间凝结硬化，从而影响了其强度发展所致，因此该试验配合比仅可作为备选配合比，在极端环境或特殊条件下再予以考虑。

3.3强度验证

理论与实际毕竟存在差异，试验室小试数据并不一定在放大生产中得以体现，在实际工程施工中，只有早期强度低于3.0MPa时才能有效切割，介于这个要求，我们组织了生产设备上的强度验证，选用D号配合比，在各项原材料产地、规格不变的前提下分五个批次模拟生产过程，按照不同的龄期分别成型了6批试块，用于检验缓凝混凝土能否达到该工程咬合桩施工要求，验证结果可见（表4）。

表4 中试混凝土抗压强度数据

	72h自养（MPa）	7天（MPa）	14天（MPa）	28天（MPa）	45天（MPa）
1	2.1	14.2	21.2	29.8	37.4
2	2.3	13.9	21.6	30.5	37.9
3	2.6	14.8	22.0	31.9	40.8
4	2.6	16.0	23.1	33.0	40.0
5	2.4	16.1	21.9	31.2	39.2
6	2.0	15.5	21.3	32.8	38.6

由表3中可以看出，通过拌机试拌的混凝土在各龄期强度数据上的表现，符合设计要求。

4 质量控制注意事项

4.1原材料质量控制

（1）、混凝土原材料进厂（场）后，对原材料的品种、规格、数量以及质量证明书等进行验收核查，并按有关标准的规定取样和复验，对主控指标进行快速检测，检测合格后方可入库。对粉煤灰做到车车检测。对于检验不合格的原材料，按有关规定清除出厂（场）。经检验合格的原材料方可使用，实行先检后用。

（2）、混凝土原材料进厂检验合格后进入专用库位堆放，并及时建立独立的“原材料管理台帐”和“原材料检测台账”，台帐内容包括进货日期、材料名称、品种、规格、数量、生产单位、供货单位、“质量证明书”编号、“复试检验报告”编号及检验结果等。台帐须填写正确、真实、项目齐全。

（3）、防止不同规格或不同品种的掺合料混淆。粉料储存仓位采取上锁措施，防止入错库。由材料部门专职人员负责导向粉料仓位位置，核对进货单，并通知检测部门抽样检测，进行快速检测项目，合格后开锁，粉料入库后上锁。

（4）、混凝土用骨料按要求采购、分类运输、分类堆放。在运输与存储时严禁混入有害杂质，并防止砂、石混堆。堆场设有专料库位明显标志。

（5）、不同混凝土原材料有固定的堆放地点和明确的标识，标明材料名称、品种、生产厂家、生产日期和进厂（场）日期。

（6）、加强生产过程当中粗细骨料堆场的巡视，防止使用不符合规定、不同产地的粗细骨料，做到专料专机生产，专料专用。

4.2混凝土质量控制

（1）、做好生产供应前的设备检查、保养维修工作，使整个生产控制系统处于完好状态。混凝土原材料均按重量计量，每车累计计量的允许偏差为：水泥和掺合料±1%，粗、细骨料±1%，水和外加剂±1%，所有计量设备仪器须定期检验。

（2）、混凝土运输车在装料前应将拌筒清洗干净并将筒内积水排尽。

（3）、混凝土运输时，均速转动拌筒保持混凝土拌合物的均匀性，不产生分层离析现象。

（4）、按批检测混凝土坍落度，坍落度控制在设计范围内，混凝土不得有离析、泌水、分层现象。

5 工程实例的应用

上海船厂（浦东）区域2E3-2地块项目共177根采用C30水下超缓凝混凝土，总计混凝土方量3275 m³，整个施工过程中，试验室严格做好了原材料的内控指标，加强了混凝土坍落度的控制，考虑到运程与路况因素后，我根据气温的高低对外加剂的掺量做出一定的调整，使其到达现场后坍落度保持在（190-220）mm之间，并且派遣专人多次往返施工现场，配合项目顺利完成浇筑工作，取得了不错的效果。

6 结束语

水下超缓凝混凝土应综合考虑混凝土凝结时间、早期强度以及施工环境等因素，在正式施工前及早通过各项试验全面把握混凝土状态，使其在性能上达到工程应用标准，随着各种新工艺、新材料的不断发展，有关缓凝混凝土的设计与理论会进一步得到完善。

参考文献

1. 吴章怀.浅析超缓凝混凝土配合比设计与影响因素 [J]. 广东建材，2016，(35).

2. 孙世美. 超缓凝自密实混凝土配合比设计与应用[J]. 铁道建筑技术，2018，(Z2).

3. 刘美兰. 超缓凝混凝土的配制与应用[J]. 广东建材，2018，10：23-25.

4. 桂根生.李政统.吴鑫. 超缓凝混凝土的配制及工程应用[J]. 新型建筑材料，2019，02：23-31.