C40大體積自密實混凝土在盾構(gòu)井側(cè)墻中的應(yīng)用研究

北京市東六環(huán)（京哈高速–潞苑北大街）改造工程全線分為直接加寬段和入地改造段，全長16?km，起點位于京哈高速以南約2?km，起點至京津公路南側(cè)為直接加寬段，采用雙側(cè)加寬形式，標(biāo)準(zhǔn)斷面由雙向四車道加寬至雙向六車道；在京津公路南至潞苑二街北采用入地改造形式，隧道段一般布置于六環(huán)路西側(cè)綠化帶內(nèi)，入地改造線位圖如圖1所示。圖1?北京市東六環(huán)入地改造線路及盾構(gòu)井布置（計算機截圖）南側(cè)盾構(gòu)井采用明挖順作法施工，盾構(gòu)工作井基坑圍護結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻，盾構(gòu)工作井段基坑尺寸為25?m×49.3?m×26.4?m，主體為四層結(jié)構(gòu)，分9次澆筑，共設(shè)3道混凝土支撐+2道鋼支撐，第1,2,3,4道腰梁兼做環(huán)框梁。主體側(cè)墻設(shè)計為C40P10混凝土，墻高6?m，厚1.2?m。由于側(cè)墻墻體位于起支撐作用的上下環(huán)框梁之間，側(cè)墻墻體合模后因環(huán)框梁阻擋無法振搗，經(jīng)與設(shè)計方、施工方協(xié)商，在環(huán)框梁施工時預(yù)埋?200?PVC管，作為后續(xù)側(cè)墻混凝土澆筑入口和輔助振搗插入口（圖2）。圖2?環(huán)框梁之間側(cè)墻澆筑示意1、混凝土技術(shù)路線選擇1.1?大體積混凝土技術(shù)路線本工程墻體厚度超過1?m，屬大體積混凝土范疇，故按大體積混凝土進行設(shè)計，采取60?d強度驗收方式,充分利用粉煤灰和礦渣粉的后期強度，適當(dāng)減少水泥用量，以控制水化熱引起的溫升裂縫風(fēng)險。1.2?自密實混凝土技術(shù)路線考慮到側(cè)墻結(jié)構(gòu)無法充分振搗，需采用C40SCC混凝土，要求擴展度達650~700?mm，以保證流動填充性良好；考慮自密實混凝土澆筑對側(cè)模板的壓力，澆筑速度不應(yīng)過快；考慮運距和施工方便，確定自密實混凝土出機2?h保持足夠流動性。應(yīng)充分利用混凝土全級配理論配制自密實混凝土，合理搭配砂石等原材料比例組合，使用優(yōu)質(zhì)I級粉煤灰和復(fù)配自密實專用外加劑，以取得良好的流動性和抗離析性。1.3?防裂混凝土技術(shù)路線地下盾構(gòu)井基坑深23?m，主體結(jié)構(gòu)要求防水防裂,結(jié)構(gòu)防水達到P10級且不得出現(xiàn)滲水裂縫，故摻入I級粉煤灰降低用水量以及水化熱，并摒棄自密實混凝土采用5~10?mm碎石的常規(guī)做法，采用5~20?mm連續(xù)級配的山碎石，通過大摻量粉煤灰、多級配砂石使混凝土結(jié)構(gòu)密實、穩(wěn)定，減少收縮開裂風(fēng)險。2、混凝土原材料優(yōu)選（1）采用普通硅酸鹽P·O42.5水泥，其用量參照大體積混凝土規(guī)范，突破冬期混凝土施工規(guī)程和地下防水混凝土規(guī)范的水泥限量要求，以降低水泥水化熱、提高混凝土的抗裂能力，確定使用唐山泓泰水泥P·O42.5低堿低比表面積水泥，水化熱指標(biāo)Q3d=200?kJ/kg,

Q7d=243?kJ/kg。（2）采用天然中砂與機制砂按最佳比例搭配，經(jīng)試驗確定天然中砂和機制砂最佳比例為2∶8，級配曲線滿足JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅱ區(qū)中砂級配曲線要求。（3）采用導(dǎo)熱性好、線膨脹系數(shù)小、級配合理的粗骨料，減少混凝土溫度應(yīng)力。選擇合理的最大粒徑（自密實混凝土選擇5~10?mm和10~20?mm二級配）按最佳比例3∶7搭配，滿足5~20?mm連續(xù)級配要求，顆粒潔凈，嚴(yán)格控制針片狀含量小于7%。（4）采用I級F類優(yōu)質(zhì)粉煤灰，嚴(yán)格控制粉煤灰需水量比小于95%,設(shè)置專用倉儲單獨存放。（5）摻入質(zhì)量穩(wěn)定的大型立磨生產(chǎn)?；郀t礦渣粉，滿足S95標(biāo)準(zhǔn)要求。（6）采用優(yōu)化設(shè)計的復(fù)合型自密實專用高性能減水劑，減水率應(yīng)大于25%，摻量2.0%~2.5%。3?、C40大體積自密實混凝土試驗3.1?配合比設(shè)計3.1.1?優(yōu)化砂石骨料級配（1）采用天然中砂、機制砂按最佳比例2∶8，搭配出符合標(biāo)準(zhǔn)曲線區(qū)間的Ⅱ區(qū)混合中砂，石粉含量控制在5%以內(nèi)。（2）采用線膨脹系數(shù)小的山碎石，為增加混凝土彈性模量、減少收縮，摒棄常規(guī)自密實混凝土多采用5~10?mm碎石的做法，采用5~10?mm碎石與10~20?mm碎石，按最大堆積密度的方法確定二者比例為3∶7，碎石級配滿足5~20?mm連續(xù)級配，表面潔凈，粒型良好，針片狀含量控制在7%以內(nèi)。3.1.2?充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)I級粉煤灰的作用（1）在混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)I級粉煤灰取代25%水泥，利用粉煤灰顆粒呈球狀具有滾動效應(yīng)起潤滑作用的特性改善拌合物的流動性、粘聚性及保水性；粉煤灰28?d后與水泥水化生成的新生態(tài)Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng)可增加混凝土密實度，提高后期強度，實現(xiàn)28~60?d乃至長齡期強度持續(xù)發(fā)展。（2）考慮到本工程屬大體積混凝土結(jié)構(gòu)，通過摻入25%摻量的粉煤灰，以減少水泥用量，可大幅降低水化熱和水化溫升峰值；同時因I級粉煤灰需水量比低于95%，可減少混凝土單方用水量，在相同水膠比條件下減少膠凝材料用量，增加骨料用量，增強混凝土的體積穩(wěn)定性。3.1.3?配制自密實專用的復(fù)合型聚羧酸高性能減水劑按弱分散、高飽和摻量、延時緩釋、適量引氣、適宜的粘度改性劑以降低敏感性的技術(shù)思路，通過試驗優(yōu)選復(fù)合型高性能聚羧酸減水劑，根據(jù)氣溫變化復(fù)配緩凝組分，摻加適宜比例的保坍組分及其他組分，滿足自密實混凝土流動性和保水性等要求，使混凝土拌合物既能像水一樣流淌，又可在高流動性狀態(tài)下不離析、不泌水，具有良好的和易性和自密實狀態(tài)。3.1.4?設(shè)計系列混凝土配合比C40大體積自密實系列混凝土配合比及普通混凝土配合比見表1。

表1?C40大體積自密實系列混凝土配合比及普通混凝土配合比

kg/m33.2?混凝土配合比性能指標(biāo)混凝土配合比性能指標(biāo)見表2。表2?C40大體積自密實混凝土系列配合比性能指標(biāo)根據(jù)以上試驗結(jié)果，綜合JGJ/T?283—2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中表4.3.1混凝土拌合物自密實性能指標(biāo)和表4.1.4混凝土自密實性能指標(biāo)范圍，A基準(zhǔn)的擴展度2?h經(jīng)時損失、J環(huán)擴展度、間隙通過性優(yōu)于A1和A2，綜合考慮工作性能要求和經(jīng)濟成本等因素選用A基準(zhǔn)配合比較適宜。3.3?水化熱試驗使用“混凝土熱物理參數(shù)測定儀”對混凝土的絕熱溫升進行檢測。在混凝土配合比設(shè)計時，不但可按GB?50496—2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》進行熱工計算，還可對實際配合比的絕熱溫升進行檢測。使用絕熱溫升測定儀測定混凝土溫升，依據(jù)SL?352—2006《水工混凝土試驗規(guī)程》4.18混凝土絕熱溫升試驗方法中計算絕熱溫升值的公式進行計算，測定混凝土6?d絕熱溫升值，滿足大體積混凝土施工規(guī)范要求（表3）。

表3?絕熱溫升實測值

℃l注：混凝土環(huán)境溫度為10℃。水化絕熱溫升曲線顯示，A基準(zhǔn)配合比峰值在52?h出現(xiàn)，峰值為42.76?℃；作為對比的C40普通混凝土配合比峰值在40?h出現(xiàn)，峰值為46.05?℃。A基準(zhǔn)混凝土溫升峰值出現(xiàn)推遲了12?h，峰值降低了3.29?℃，降低溫升效果明顯。4、工程應(yīng)用4.1?溫度監(jiān)測與養(yǎng)護、拆模時機的選擇（1）根據(jù)混凝土攪拌前后總熱量相等原理，混凝土的出機溫度與原材料的溫度成正比，為此有必要對原材料采取溫控措施。在高溫季節(jié)控制混凝土出機溫度低于30?℃，以降低入模溫度。必要時適當(dāng)加入冰水，拌合水的溫度宜控制在10?℃以下；在冬季施工期間提高混凝土拌合物溫度，混凝土入泵溫度不低于10?℃，入模溫度不低于5?℃。（2）選擇適宜氣溫澆筑大體積混凝土，以延緩混凝土升溫速度。（3）加強測溫和溫度監(jiān)測與管理，實行信息化控制?；炷羶?nèi)外溫差控制在25?℃以內(nèi)，基礎(chǔ)表面溫度與底面溫度均控制在20?℃以內(nèi)。及時調(diào)整保溫及養(yǎng)護措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不至于過大。按施工方案控制混凝土水化熱降溫速度，減少結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差，以防因溫度應(yīng)力過大而產(chǎn)生溫度裂縫。4.2?節(jié)水保濕養(yǎng)護膜技術(shù)考慮到側(cè)墻等豎向混凝土結(jié)構(gòu)保溫保濕養(yǎng)護難度較大，故拆模后采用節(jié)水保濕養(yǎng)護膜貼合覆蓋表面，并立即沿上部縫隙處補充同等溫度的養(yǎng)護水，使養(yǎng)護膜充分吸水，并使用膠帶粘合固定接縫及邊緣，將養(yǎng)護膜與結(jié)構(gòu)間盡量貼合緊密。節(jié)水保濕養(yǎng)護膜技術(shù)是在塑料薄膜上附有高分子可吸水樹脂顆粒，將其覆蓋到混凝土表面后一次補水使樹脂顆粒充分吸水，該顆粒吸收自身重量200倍的水分變?yōu)橥该鞯木w，將液態(tài)水變?yōu)楣虘B(tài)水，再通過毛細管作用源源不斷地向養(yǎng)護面滲透，同時又不斷吸收養(yǎng)護體在混凝土水化熱過程中的蒸發(fā)水。因此在一個14?d以上養(yǎng)護期內(nèi)該養(yǎng)護膜能保證養(yǎng)護體表面保持濕潤，相對濕度不小于90％。本工程側(cè)墻對覆蓋節(jié)水保濕養(yǎng)護膜與覆蓋土工布（定期噴水）部位的回彈檢測結(jié)果見圖3所示，覆蓋養(yǎng)護膜的結(jié)構(gòu)回彈強度平均高5~7?MPa。采用節(jié)水保濕養(yǎng)護膜技術(shù)可使混凝土拆模后保持足夠的濕度，避免裸露蒸發(fā)帶來的濕度梯度劇烈變化引起開裂和碳化，對減少早期干燥收縮裂縫、提高結(jié)構(gòu)表面致密性有明顯效果。圖3?不同養(yǎng)護方式對混凝土結(jié)構(gòu)強度的影響拆模后墻體表面無裂紋、蜂窩孔洞，整體外觀整齊光滑、無氣泡。60?d齡期回彈強度為56?MPa，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護強度達64?MPa，滿足設(shè)計要求。5、結(jié)束語（1）采用大摻量I級粉煤灰、多級配砂石和自密實專用高性能聚羧酸減水劑是配制大體積自密實混凝土的技術(shù)關(guān)鍵，使用粒徑為5~20?mm的碎石可提高抗收縮防