超缓凝混凝土在咬合桩中的应用戴嘉明，方成，杜朝辉（宁波圣华水泥制厩有限公司品质部，宁波３１５２１４）摘要：钻孔咬合桩在现代施工中应用越来越广泛，而咬合桩的咬合效果主要是由超缓凝混凝土的质量决定的。本文主要研究应用于咬合桩中的超缓凝混凝土，确定其配合比，从而保证咬合桩施工工艺要求以及混凝土的性能。关键词：咬合桩；超缓凝剂；超缓凝混凝土中图分类号：ＴＵ５２８．０４２文献标识码：Ａ文章编号：１００６—４５４０（２００９｝０２－０２１—０４ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＵｌｔｒａ－－ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎＣｏｎｃｒｅｔｅｔｏＤｒｉｌｌｉｎｇＯｃｃｌｕｓｉｖｅＰｉｌｅｓＤａｉＪｉａ—ｍｉｎｇ，ＦａｎｇＣｈｅｎｇ，ＤｕＣｈａｏ－ｈｕｉ（ＮｉｎｇＢｏＳｈｅｎｇＨｕａＣｅｍｅｎｔＰｒｏｄｕｃｔｓＣｏ．ＬｔｄＱｕａ／ｉｔｙＴｅｓｔｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔＮｉｎｇＢｏ３１５２１４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｒｉｌｌｉｎｇＯｃｃｌｕｓｉｖｅＰｉｌｅｓｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｌｌｏｖｅｒａｒｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎａｎ—ｔｈｅｗｏｒｌｄ。ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｗｈｉｃｈｍａｉｎｌｙｄｅｐｅｎｄｓｏｎｔｈｅｑｕａｌｉｔｉｅｓｏｆＵｌｔｒａ—ｒｅ—ｔａｒｄａｔｉｏｎＣｏｎｃｒｅｔｅ．ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅＵｌｔｒａ—ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎＣｏｎｃｒｅｔｅａｐｐｌｉｅｄｔｏＤｒｉｌｌｉｎｇＯｃｃｌｕｓｉｖｅＰｉｌｅｓｂｙｓｅｌｅｃｔｉｎｇｓｕｉｔａｂｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｍａｋｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｃｃｌｕｓｉｖｅｐｉｌｅｓｕｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｉｒｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｔｏｆｕｌｆｉｌｌｃｏｎｃｒｅｔｅ．ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｕｐｅｒｓｅｔｔｉｎｇｒｅｔａｒｄｅｒｕｌｔｒａ－－ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎｃｏｎｃｒｅｔｅ超缓凝混凝土是近年来研究的一个新课题，超缓凝混凝土一方面要求混凝土早期有较长的凝结时间；另一方面又必须有足够的后期强度。从场上销售的品种却不多，主要有两大类，即以含氧羟酸盐为主要成分的有机质非引气型和以无机材料氟硅酸为主要成分的不具有减水性能的超缓凝剂。就目前来看，超缓凝剂在超缓凝混凝土中的材料科学的角度上看，这种矛盾性给超缓凝混凝土的研究带来了一定的困难。配制超缓凝混凝土其中关键一点在于选用合适的超缓凝剂以及确定其掺量。超缓凝剂研究是使用率并不是很高，主要原因一方面关于超混凝的技术并未成熟，也无相关的标准可循，相关的研究还在继续；另一方面，实验以及实际工程中证明，对于低强度的混凝土，只要把握好施工环节，确定合适的混凝土配合比，即使是普通的缓凝剂近年来国内外混凝土技术研究的几个热点之一。所谓超缓凝剂是一种在调节其适当掺量下可使砼的凝结、硬化时间延迟几个小时到几天，而且对后期强度增长没有不良影响的非引气型混凝土外加剂。也能使混凝土凝结时间达到６０ｈ以上。１有关咬合桩的概述［１￣３］钻孔咬合桩支护技术是近年来欧洲国家发展起来的一项新型基坑支护技术，引进国内后，经过超缓凝剂研究较多的国家主要是日本，尽管研究开发品种较多，但在工程中有效使用和在市收稿日期：２００９—０２—０１作者简介：娥嘉明（１９５７一），男，主要研究方向混凝土研究与开发。 ２２安徽建筑工业学院学报（自然科学版）第１７卷多年的发展，施工工艺在国内已比较成熟。钻孑Ｌ咬合桩作为一种支护围挡结构，在地铁车站等深基坑围护施工中有着广泛的应用。它运用于软土地层，尤其适用于淤泥、流砂、富水等不良地层。相对于地下连续墙、ＳＭＷ工法、钻孔灌桩、旋喷等具有对地层扰动小、施工时振动及噪声小、成孑Ｌ垂直度高、抗渗能力强、造价相对比较低、施工速度快等优点，可以在宁波地区广泛应用。１．１咬合桩的施工工艺原理咬合桩是指采用机械磨孔，套管下压，套管内抓斗取土，在桩与桩之问相互咬合排列的基坑围护结构形式。桩的排列方式一般为一个Ａ桩（素混凝土桩）和一个Ｂ桩（钢筋混凝土桩）间隔布置，施工时先施工Ａ桩，后施工Ｂ桩，Ａ桩混凝土采用超缓凝混凝土，要求必须在Ａ桩混凝土初凝前完成Ｂ桩。钻孔咬合桩采用液压全套管钻机施工，在施工Ｂ桩时，利用套管钻机的切割能力Ａ２Ｂ２一Ａ３一Ｂ３。如图１所示。与桩的咬合。施工顺序为Ａｌ…Ｂ１图１咬合桩工工艺流程图相关要求根据下式计算Ａ桩混凝土的缓凝时间，可根Ｔ＝３ｔ上ｋ为预留时间，一般取２４ｈ；ｔ为单桩成桩所需时间。根据福庆路一宁穿路地下工程二期实际工程表１给出了此次咬合桩混凝土要求的相关表１混凝土相关参数 １．３实际工程介绍福庆路一宁穿路城市道路工程（二期）地下工程，建筑面积约７．９万１Ｔ１２，平均深度约１４ｍ，最深１９．９ｍ，其中包括：（１）宁穿路地下工程车站及北侧广场地下空间。北侧广场地下空间为全地下双层梁、柱框架结构，福庆路站站台层为地下三层，采用明挖法施工；（２）宁穿路下穿工程。道路全长６２８ｍ，采用明挖法施工，包含该范围内道路、桥梁工程，下穿道路二侧的Ｕ型槽及Ｕ型槽二侧路面。东、西两侧后塘河规划河道宽为２５ｍ，两处桥型均选择装配式预应力混凝土空心板桥，上部结构采用２５ｍ简支钢梁，下部结构采用钻孔灌注桩基础；（３）区域地下停车场联络通道，地下单层单车道宽６．２５ｍ，净高３．５ｍ；双车道宽７．７５ｍ，净高３．５ｍ。局部采用钻孑Ｌ咬合桩，作为试验，钻孔ｒ咬合桩桩径审１０００ｃｍ，咬合部分距离２５０ｍｍ，桩一长为１９．７ｍ，数量２２根。主要目的是通过现场试验，取得此工艺的施工精度和质量、基坑变形、桩身受力和变形等数据，为轨道交通和宁波地区积累数据。２超缓凝混凝土的配制［４，５］２．１配制超缓凝混凝土的要点在相同外界环境下，混凝土的凝结时间取决于原材料的选择以及掺量。主要涉及水泥品种及强度等级，粉煤灰的掺量，骨料的颗粒级配，外加剂的品种及掺量，以及其他掺合料的性能和掺量。①缓凝剂的掺量是配制超缓凝混凝土的关键，因为缓凝剂本身不具减水性能，因而最好采用复合型缓凝高效减水剂，使得保证混凝土有足够后期强度的前提下能大大延长凝结时间。但是，外加剂的掺量是有限度的，混凝土凝结时间随外加剂掺量增长而曲线增长，最终趋于平缓，过多的掺量反而会对混凝土强度以及工作性能产生负面影响，因而要求找到最佳掺量。②由于粉煤灰具有玻璃微珠的颗粒特征，对减少新拌混凝土的用水量、增大混凝土的流动性、提高混凝土的密实程度具有优良的物理作业效果；同时，其硅、铝玻璃体在常温常压下，可与水泥水化生成的氢氧化钙发生化学反应，生成具有胶凝作用的Ｃ—Ｓ—Ｈ水化产物，具有潜在的化学活性，这种切割掉相邻Ａ桩相交部分的混凝土，从而实现桩１．２咬合桩超缓凝混凝土缓凝时间的确定以及据下式进行计算：其中，Ｔ为Ａ桩混凝土的缓凝时间（初凝时间）；ｋ需要，设定￡一１２ｈ，因此可以得出Ａ桩缓凝的时间需要达到６０ｈ，以后连续施工中可以实际情况进行适当的调整。参数：第２期戴嘉明，等：超缓凝混凝土在咬合桩中的应用表２试验所用原材料２３潜在的活性效应只有在较长时期才会明显地变现出来，对混凝土后期强度的增长较为有利。但是，由于粉煤灰中有碳含量，对混凝土的耐久性有较大的影响，因而要控制好粉煤灰的掺量。③掺入少量的高炉矿渣粉有助于提高混凝土后期强度，提高抗渗性能，以及抗硫酸盐腐蚀能力，使混凝土的耐久性能得到较大改善。２．２原材料的选择２．３配合比的选定考虑到操作的经济性和便捷型，本次试验所用材料为本公司生产所用材料，并且按照国标对各种材料部分重要指标做了检测，结果符合标准经过几次试验，最终确定缓凝时间为６０ｈ的Ｃ１５混凝土配合比及结果如表３所列、表４和图２所示。要求。具体的品种规格如表２所示。表３Ｃ１５超缓凝混凝土配合比农４Ｃ１５超缓凝混凝土试验结果２．４试验结果分析・为了发现外加剂掺量与混凝土凝结时间以及强度的关系，表５列了部分数据以做参考。实验结果表明：配合比对混凝土凝结时间和后期强度有很大的关系。在配制混凝土时，水胶比不宜过大。随着外加剂掺量增大，混凝土的凝结时间延长，但是超过一定量的时候，凝结时间延长不明显，因此，外加剂的掺量不是越多越好。对于大掺量外加剂的混凝土，应严格控制好用水量，混凝土表现为对加水量敏感性较强，很容易出现离析现象。３超缓凝混凝土在实际工程中的应用效果表６中列出了实际工程所用混凝土相关洲试结果：初凝时间：６０ｈ０５ｍｉｎ。终凝时间；６３ｈ３５ｍｉｎ，７ｄ抗压强度：１３．４ＭＰａ，２８ｄ抗压强度：２１．２ＭＰａ情况。根据ＧＢＪｌ０７—８７规定，把１０组Ｃ１５试块组成一个验收批，按标准取Ａ１＝１．７，Ａ２—０．９已知丘，ｌ一１５ＭＰａ最小值（厶，曲）为１９．８ＭＰａ，算得平均值（ｍ触）等于２１．０ＭＰａ，得出标准差（Ｓ触）为０．８ＭＰａ。其强度符合公式：ｍ加一Ａ１Ｓ加一１９．６厶，ｒａｉｎ一１９．８根据ＧＢＪｌ０７—８７第４．３．１条得该批混凝土强度合格。圈２试验结果ＭＰａ≥如厶，＾一１３．５慨ＭＰａ≥ｏ．９丘。ｌ＝１３．５ＭＰａ地下的温度常年保持在２０℃以下，这对混凝 ２４安徽建筑工业学院学报（自然科学版）第１７卷土的凝结时间有一定的延长作用，理论七来说，养护箱中测得的可行的超缓凝混凝土接近地下咬合桩施工工艺对混凝土凝结时间的要求。从实际工程评价的结果也表明了这点。在这切割混凝土，混凝土初凝时间满足施工要求；２８ｄ后，桩身经超声波检验，桩体强度等桩身质鼍符合设计要求；咬合桩排列整齐，桩体表面平整；桩间咬合符合设计要求，桩缝均未出现开裂、夹泥、漏水等现象（见图３）。次实际施工中，最长时间间隔６０ｈ后，套管能顺利表５混凝土性能随水胶比变化情况设计强度Ｃ１５Ｃ１５Ｃ１５Ｃ１５Ｃ１５Ｃ１５Ｃ１５Ｃ１５Ｃ１５Ｃ１５－｛卜ｌ－５ｌ｛施工口期１１月３日１１月１日１０月３１日１０月２９日１０月２８日１１月１０日１１月９日１１月８Ｈ１１月７口１１月６日１ｑ—Ｉ卜Ｉ初凝悯５７ｌ施工桩号１－－１～１１～１—２１—１—３１～１—４Ｉ～１—５１—１—６１～１—７１～１—８１～１—９ｌ—ｌ一１０ｌ一１—１ｌ－１终凝时间６１：３５———６４：３５——６０：３５一一龄期／ｄ２８２８２８２８２８２８２８２８‘２８２８抗压日期茹篙盖≥赫１２月１Ｒ１１月２９甘１１月２８日１１月２６日１１月２５日１２月８日１２月７日１２月６Ｒ１２月５日１２月４目１９．８２０．２２１．７２Ｉ．４２０．７２１．６２０．７２０．８２２．３２０．７１３２１３５１４５１４３１３８１４４１３８１３９１４９１３８１５一一一６０：１５一一５３＃０５一一ｌ＿Ｉ一叠卜２卜ｌ噜ｌ噜大，过多的外加剂反而影响混凝土强度，而且影响其经济性。实际生产中，应随时关注混凝土用水量，以保证出厂塌落度符合要求。Ｉｎ留１０．抑１０．３１１１．２１１．３ＩＩ．５超缓凝混凝土有广阔的应用前景，而不仅限于咬合桩中。我们希望更多的研究能帮助在此方ｌＩｌｌＩ－Ｉ一曲ＨｔＩ州卜埔Ｈ＿。ＨＨ＿７Ｈｌ一卜ｔ１呵向开创一片新的天地，能给建筑工程带来更多的便利，实现更多的可能。参考文献图３橘庆路一宁穿路城市道路工程（二期）地下工程咬合桩示意图１李用敏．超缓凝混凝土的探索ｌ－Ｊ－］．广东水利水电，２００２（１３０４）：９～１０．４结束语目前国内对超缓凝混凝土的研究并不多，而且尚未形成相关的标准。超缓凝混凝土的配制涉及多方面的因素，同时受到环境的影响较大，为了郭志武，陈洪光，冯健，等．超缓凝混凝土在咬合桩施工中的应用［Ｊ］．隧道建设，２００４，２４（３）：３２—３５．贾兆武等．ＲＣＣ超缓凝复合外加剂的试验研究［Ｍ］．西安王亚强超缓凝混凝土在深钻孔咬合桩中的配合比设计及应用［Ｍ］．杭州益德清．深基坑支护工程实例［Ｍ－Ｉ．北京：中国建筑工业出版社，１９９６．得到最终的效果，其配制方式不是唯一的，虽然不能找到最佳配比，但我们可以通过试验得出合理可行的配制方式。通过试验数据我们得出，外加（责任编辑陈玲）剂及掺合料的掺量是关键，外加剂的掺量不宜过