钻孔灌注桩水下混凝土配制方法剖析

　　摘要：本文提出钻孔灌注桩水下混凝土配制的关键是要求大的流动性能，并提出判定流动性的试验方法、提高流动性的方法，及灌注后期混凝土提高流动性的原因。
　　关键词：钻孔灌注桩，水下混凝土，流动性
　　在铁路、公路桥梁基础工程中，钻孔灌注桩已广泛应用。从施工角度而言，混凝土质量的优劣直接关系到灌注施工能否顺利进行，分析钻孔灌注桩发生事故的原因，我们发现大部分事故往往是由混凝土质量不过关造成的。不容质疑现场的工程师对配制钻孔灌注桩混凝土都有一定的方法和经验，而本文主要想通过系统的、量化的分析找到问题的实质，希望对广大同行有所帮助。
　　现结合宁波南外环路某立交桥钻孔灌注桩的施工，谈一下我们实验和分析过程。该工程钻孔140根桩，桩径1.2m，桩深最大53m，采用导管法、泥浆护壁工艺，导管内径240mm，采用商品混凝土，混凝土强度等级C25。
　　我们知道桩内混凝土是水下自流平混凝土，其密实性是依靠混凝土自重和水压作用下混凝土流动扩展形成的，因此，灌注桩用的混凝土与普通混凝土本质的区别在于流动特性，水下混凝土配制关键就是流动性要好。
　　1.混凝土流动性试验方法
　　目前，国内外评定混凝土混凝土流动性的方法不少，如ORIMET法、L型流变仪法等，可是这些方法不是不为人知，就是试验操作复杂，还没被工地采用。利用扩展度（坍落度筒垂直缓缓提起，混凝土停止流动后坍开的两个互相垂直长度的平均值）就能较准确的反映混凝土流动性，而不能用常规的坍落度指标来表征混凝土的流动性。具体试验见表1
　　表1大流动度下，混凝土坍落度和扩展度关系
　　项目 1 2 3 4 5
　　坍落度mm 235 220 215 225 215
　　扩展度mm 618 654 607 561 620
　　试验研究表明：相似的坍落度，扩展度却相差很大，这是因为在试验过程中发现有些混凝土存在离析现象，往往扩展度却较小，其坍落度很大，流动性不好，而坍落度不能反映流动性的好坏，因此对灌注桩用混凝土由于其对流动性特殊要求，应用坍落度实验中锥体的扩展度来表述流动性直观简便，快速实用。
　　2.提高混凝土流动性的方法
　　常用的方法是采用连续级配、表面圆滑的粗集料，并控制粗集料的最大粒径，更有文章提议在混凝土中加入水下抗分散剂或絮凝剂。我们下面将从定性和定量的把提高混凝土流动性的方法试验过程进行表述。
　　2.1寻找最佳砂率
　　在不改变混凝土其他组分，仅改变砂率情况下，砂率和扩展度关系见图1
　　图1：砂率和扩展度关系图
　　从图上不难看出砂率控制在44%左右对取得最大的流动性最有利，并不是砂率越大越好，而且砂率过大粗集料不易间隙处堆积和流动，进而影响填充和密实效果。
　　2.2集胶比
　　集胶比是混凝土中集料和胶凝材料的比例。集胶比和扩展度关系见图2
　　图2：集胶比和扩展度关系
　　从上图可知，较小的集胶比对于提高混凝土的流动性很有利，但集胶比越小混凝土中需要加入的胶凝材料却越多，这对于控制成本不利，所以在实际施工中还需根据具体的材料来确定合理的胶凝材料。
　　2.3掺入减水剂
　　掺加减水剂是大流动度普遍采用的方法，混凝土中各材料组成不变，加入减水剂后，减水剂和扩展度关系见图3
　　图3：减水剂和扩展度关系
　　由图可见：混凝土中加入减水剂能有效地改善流动性，但是掺加减水剂量还要根据不同减水剂的性质合理选择，超掺可能导致严重的后果。
　　2.4掺入矿物掺合料（如粉煤灰）
　　在混凝土中加入前面提到的减水剂后（内掺法），掺入矿物掺合料，掺合料和扩展度关系见图4
　　图4：掺合料和扩展度关系
　　矿物掺合料一般来讲，其粒径在混凝土中是最小的，掺合料的加入可以填充混凝土的空隙，并起到润滑作用，而且解决了减水剂加入后水泥用量减少和集胶比要求较小之间的矛盾，既可以减少水泥用量，又保证了混凝土流动性好。
　　3.灌注桩在整个灌注过程中对混凝土性能的要求
　　3.1在整个灌注过程中，一方面：混凝土需要有较长的初凝时间，因为要考虑混凝土运输、到工地后等待和灌注的时间，还要为可能发生堵管预留一部分处置时间，所以一般拟保证混凝土的初凝时间在6小时或更长些；另一方面：混凝土随着时间的增加，扩展度损失要小，不宜很快失去流动性。对于这两点，可以通过在减水剂中加入缓凝成分、用掺合料代替部分水泥、选择水化热较低的水泥品种来解决。
　　3.2在灌注后期，对混凝土流动性的要求
　　图5：钻孔灌注桩灌注混凝土示意图
　　——水面上，混凝土高度
　　——水泥浆深度
　　——混凝土密度
　　——泥浆密度
　　从公式可知：、、基本不变，只有在灌注过程中逐渐变小，混凝土面逐渐上升，进而压强差逐渐变小，导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，这时混凝土顶升困难起来，需要在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，增加泥浆的流动性，减少混凝土上顶的阻力，混凝土流动度要比灌注前期更大。
　　4.结语
　　4.1在选择混凝土流动性试验方法中，特别是大流动度时，用坍落度试验中锥体的扩展度来表述流动性更科学；
　　4.2提高混凝土流动性的方法有不少，本文重点阐述了掺加减水剂和矿物掺合料，调整砂率和集胶比的方法，对施工可以有借鉴作用，；、
　　4.3灌注桩用的混凝土与普通混凝土本质的区别在于流动特性大，只要解决了流动性的问题，钻孔灌注桩混凝土配制问题就解决了大部分，其实它与自流平混凝土、其他水下混凝土的配制方法没有大的区别，可以相互参照。
　　参考文献：
　　1..刘秉京.混凝土技术[M].人民交通出版社1998

《钻孔灌注桩水下混凝土配制方法剖析》

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