CN103951351B - 一种偏高岭土免蒸养耐久混凝土及管片施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能的偏高岭土免蒸养耐久混凝土及管片施工方法，偏高岭土免蒸养耐久混凝土其特征在于：包括以下重量份的各组分：硅酸盐水泥100份、粉煤灰10～50份、偏高岭土5～20份、天然砂180～280份、碎石300～370份、聚羧酸减水剂0.6～1.0份、拌和水37～45份。利用本发明的施工方法可以制得设计尺寸形状的混凝土管片，具有工作性能良好、无需蒸养实现模具快速周转、能耗低、早期和中后期力学性能高、耐久性优良、体积稳定性好的特点。

Description

一种偏高岭土免蒸养耐久混凝土及管片施工方法

技术领域

本发明涉及盾构隧道管片混凝土技术领域，具体地指一种偏高岭土免蒸养耐久混凝土及管片施工方法。

背景技术

随着城市建设规模的不断发展，各大城市已相继开展轨道交通工程、地下隧道工程等重大城市基础设施工程的建设，混凝土预制盾构管片被广泛地应用于轨道交通工程和其他地下隧道工程中。

目前，轨道交通工程及其他地下隧道工程盾构管片普遍使用钢模具，使用真空吸盘或吊装脱模的方式分别要求脱模强度达到15MPa及20MPa以上，而普通管片混凝土抗压强度达到15MPa以上至少需24h，这限制了钢模的周转。钢模具价格较高，而管片生产任务普遍较紧张，配备多条生产线等待钢模周转往往给管片生产企业带来沉重负担，因此，目前大多数管片生产企业选择蒸养的方式加快管片混凝土的水化，以使得管片混凝土成型10h后脱模强度即达到15MPa以上，从而加快钢模周转，节省投资，提高生产效益。但研究表明，蒸养不仅能耗大，对混凝土后期强度、耐久性及裂缝的控制均不利，如蒸养条件下水泥及水泥与粉煤灰的胶凝材料加速水化使得管片混凝土水化热温升大，较容易开裂，混凝土抗氯离子渗透能力不足；且部分管片蒸养后强度仍无法满足要求从而对工程结构安全留下较大隐患，影响了盾构管片结构的安全性。

同时，盾构混凝土管片埋设于地下，使用中不可更换，承受较大的荷载作用，往往服役环境中包含氯盐、化学腐蚀及碳化等因素，这对管片混凝土的力学性能、耐久性能提出了比普通混凝土更高的技术要求。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种免蒸养、高耐久性的新型混凝土。

本发明的技术方案为：一种偏高岭土免蒸养耐久混凝土，其特征在于包括以下重量份的各组分：硅酸盐水泥100份、粉煤灰10～50份、偏高岭土5～20份、天然砂180～280份、碎石300～370份、聚羧酸减水剂0.6～1.0份、拌和水37～45份。

优选的，包括以下重量份的各组分：硅酸盐水泥100份、粉煤灰10-25份、偏高岭土8～20份、天然砂200～260份、碎石320～360份、聚羧酸减水剂0.8～1.0份、拌和水40～42份。

优选的，硅酸盐水泥100份、粉煤灰18份、偏高岭土9份、天然砂210份、碎石340份、聚羧酸减水剂0.8份、拌和水41份。

进一步的，所述偏高岭土比表面积≥2200m²/kg。

进一步的，所述硅酸盐水泥为P.O.42.5型、比表面积为300m²/kg～400m²/kg。

进一步的，所述粉煤灰细度≤12％，烧失量≤5％。

进一步的，所述天然砂为河砂或湖砂，所述天然砂细度模数为2.4～2.9。

进一步的，所述碎石为5mm～25mm连续级配碎石，碎石的针片状含量≤10％，含泥量≤1％。

进一步的，所述聚羧酸减水剂减水率≥25％。

本发明还提供一种偏高岭土免蒸养耐久混凝土的管片施工方法，其特征在于它包含以下步骤：

1)称取以下重量份的各组分：硅酸盐水泥100份、粉煤灰10～50份、偏高岭土5～20份、天然砂180～280份、碎石300～370份、聚羧酸减水剂0.6～1.0份、拌和水37～45份；

2)在15℃～35℃条件下，将天然砂和碎石混合为A组分，将硅酸盐水泥、粉煤灰和偏高岭土混合为B组分，将聚羧酸减水剂和拌和水混合为C组分；

3)将A组分置于混凝土搅拌机中，再将B组分加入搅拌机中，开启混凝土搅拌机搅拌混合10秒后，再将C组分加入搅拌机中，A、B和C组分再一起搅拌90～150秒停止；

4)将依据设计尺寸精确制作的钢筋笼放入模具中，将3)中制得的混凝土分两层进行布料：先布设第一层，第一层厚度比设计厚度小，布料同时进行振捣，振捣密实后布设第二层至设计厚度，第二层布料时继续振捣密实；

5)布料完成后进行外弧面抹面，平整后静停放置；

6)静停10h后使用真空吸盘脱模，水养7天～14天，制得偏高岭土免蒸养耐久混凝土管片。

本发明的免蒸养耐久混凝土采用了偏高岭土，偏高岭土是一种高活性矿物掺合料，是超细高岭土经过低温煅烧而形成的无定型硅酸铝，具有很高的火山灰活性，它对混凝土性能，尤其是强度和耐久性具有较强的优化效应。本发明的偏高岭土免蒸养耐久混凝土使用偏高岭土做为胶凝材料组分之一配制管片混凝土，一方面可提高混凝土的力学性能、耐久性能及抗裂性能，另一方面可通过较高的早期强度实现免蒸养条件下的管片混凝土配制，提高管片模具周转效率，节省场地和投资，无需蒸养，降低能耗，提高轨道交通工程、隧道工程的混凝土质量和安全性。

本发明的偏高岭土免蒸养耐久混凝土无需蒸养，并具有实现模具快速周转，早期和中后期力学性能高、耐久性优良、体积稳定性好的优点。在混凝土性能和技术指标方面，与普通管片所用的混凝土接近甚至更高，克服了混凝土管片需蒸养、能耗高等弊端，保证了轨道交通及其他地下隧道工程的顺利施工推进和盾构管片混凝土结构的安全性和质量。

利用本发明的施工方法可以制得设计尺寸形状的混凝土管片，具有工作性能良好、无需蒸养实现模具快速周转、能耗低、早期和中后期力学性能高、耐久性优良、体积稳定性好的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1-3

1)按原料组分的重量配比，分别称取相应重量份的硅酸盐水泥、粉煤灰、偏高岭土、天然砂、碎石、聚羧酸减水剂、拌和水备用；

2)在15℃～35℃条件下，将天然砂和碎石混合为A组分，将硅酸盐水泥、粉煤灰和偏高岭土混合为B组分，将聚羧酸减水剂和拌和水混合为C组分；

3)将A组分置于混凝土搅拌机中，再将B组分加入搅拌机中，开启混凝土搅拌机搅拌混合10秒后，再将C组分加入搅拌机中，A、B和C组分再一起搅拌90～150秒停止；

4)将依据设计尺寸精确制作的钢筋笼放入模具中，将3)中制得的混凝土分两层进行布料：先布设第一层，布料同时进行振捣，振捣密实后布设第二层至设计厚度，第二层布料时继续振捣密实；

5)布料完成后进行外弧面抹面，平整后静停放置；

6)静停10h后使用真空吸盘脱模，水养7天～14天，制得偏高岭土免蒸养耐久混凝土管片。

实施例1-3中原料组分的重量配比如表1所示，并增设低温条件下拌合的混凝土和未加入偏高岭土的混凝土作为对比例。

表1 实施例1-3和对比例1-3各组分组成

实施例1-3中各原料参数如下：

所用的硅酸盐水泥为宁波余姚舜江水泥厂生产的P.O.42.5型普通硅酸盐水泥，比表面积为360m²/kg，标准稠度用水量27.4％，初凝时间146min，终凝时间205min，3d抗压强度和抗折强度分别为23.8MPa和4.8MPa，28d抗压强度和抗折强度分别为46.9MPa和23.8MPa。

所用的粉煤灰为宁波北仑电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，细度为7.1％，烧失量为2.4％。

所用的天然砂为福建闽江生产的河砂，细度模数2.6，含泥量为0。

所用的碎石为宁波江北生产的5mm～25mm连续级配碎石，堆积密度1550kg/m³，表观密度2630kg/m³，针片状含量3.5％，压碎值3.1％。

所用的聚羧酸减水剂，减水率为28％，含气量2.3％，凝结时间差初凝105min，终凝55min，3d抗压强度比180％。

所用的拌和水为洁净自来水。

所用的偏高岭土为广西生产的偏高岭土，Al₂O₃含量为35.56％，SiO₂含量为50.57％，比表面积2200m²/kg。

表1中各实施例制得的混凝土的主要性能参数如表2所示：

表2 实施例1-3和对比例1-3制得混凝土性能指标

C50管片混凝土的技术指标要求如表3：

表3 C50管片混凝土技术指标

实施例4-6

按原料组分的重量配比，分别称取相应重量份的硅酸盐水泥、粉煤灰、偏高岭土、天然砂、碎石、聚羧酸减水剂、拌和水，在25℃下按实施例1-3中步骤制得偏高岭土免蒸养耐久混凝土管片。原料组分的重量配比如表4所示：

表4 实施例4-6各组分组成

表4中各实施例制得的混凝土的主要性能参数如表5所示：

表5 实施例4-6制得混凝土性能指标

实施例4-6中各原料参数如下：

所用的硅酸盐水泥为宁波余姚舜江水泥厂生产的P.O.42.5型硅酸盐水泥，比表面积为360m²/kg，标准稠度用水量27.4％，初凝时间146min，终凝时间205min，3d抗压强度和抗折强度分别为23.8MPa和4.8MPa，28d抗压强度和抗折强度分别为46.9MPa和23.8MPa。

所用的粉煤灰为武汉阳逻电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，细度为7.1％，烧失量为3.4％。

所用的天然砂为长江生产的河砂，细度模数2.6，含泥量为0。

所用的碎石为武汉生产的5mm～25mm连续级配碎石，堆积密度1550m²/kg，表观密度2630m²/kg，针片状含量5.5％，压碎值3.1％，含泥量为0。

所用聚羧酸减水剂，减水率为28％，含气量2.3％，凝结时间差初凝105min，终凝55min，3d抗压强度比180％。

所用的拌和水为洁净自来水。

所用的偏高岭土为广东生产的偏高岭土，Al₂O₃含量为38.5％，SiO₂含量为51.2％，比表面积2200m²/kg。

实施例7-9

按原料组分的重量配比，分别称取相应重量份的硅酸盐水泥、粉煤灰、偏高岭土、天然砂、碎石、聚羧酸减水剂、拌和水，在30℃下按实施例1-3中步骤制得偏高岭土免蒸养耐久混凝土管片。原料组分的重量配比如表6所示：

表6 实施例7-9各组分组成

表6中各实施例制得的混凝土的主要性能参数如表7所示：

表7 实施例7-9制得混凝土性能指标

本实施例7-9中所用的普通硅酸盐水泥为宁波余姚舜江水泥厂生产的P.O.42.5型硅酸盐水泥，比表面积为360m²/kg，标准稠度用水量27.4％，初凝时间146min，终凝时间205min，3d抗压强度和抗折强度分别为23.8MPa和4.8MPa，28d抗压强度和抗折强度分别为46.9MPa和23.8MPa。

所用的粉煤灰为宁波北仑电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，细度为7.1％，烧失量为2.4％。

所用的天然砂为长江生产的河砂，细度模数2.7，含泥量为0。

所用的碎石为武汉生产的5mm～25mm连续级配碎石，堆积密度1550m²/kg，表观密度2630m²/kg，针片状含量3.5％，压碎值3.1％，含泥量为0。

所用的聚羧酸减水剂，减水率为28％，含气量2.3％。

所用的拌和水为洁净自来水。

所用的偏高岭土为安徽生产的偏高岭土，Al₂O₃含量为42.1％，SiO₂含量为48.3％，比表面积2300m²/kg。

经测试得知，实施例1-9制成的机制砂海工混凝土均具备良好的性能参数，其坍落度均在50±20mm范围内，10h脱模强度均在17MPa以上，84d氯离子扩散系数试验结果均在1.2×10^-12m²/s以下，满足管片混凝土的抗氯离子渗透技术要求。

Claims (9)

1.一种偏高岭土免蒸养耐久混凝土，其特征在于包括以下重量份的各组分：硅酸盐水泥100份、粉煤灰10～50份、偏高岭土5～20份、天然砂180～280份、碎石300～370份、聚羧酸减水剂0.6～1.0份、拌和水37～45份,所述偏高岭土比表面积≥2200m²/kg。

2.如权利要求1所述的偏高岭土免蒸养耐久混凝土，其特征在于包括以下重量份的各组分：硅酸盐水泥100份、粉煤灰10-25份、偏高岭土8～20份、天然砂200～260份、碎石320～360份、聚羧酸减水剂0.8～1.0份、拌和水40～42份。

3.如权利要求1或2所述的偏高岭土免蒸养耐久混凝土，其特征在于包括以下重量份的各组分：硅酸盐水泥100份、粉煤灰18份、偏高岭土9份、天然砂210份、碎石340份、聚羧酸减水剂0.8份、拌和水41份。

4.根据权利要求1所述的偏高岭土免蒸养耐久混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为P.O.42.5型、比表面积300m²/kg～400m²/kg。

5.根据权利要求1所述的偏高岭土免蒸养耐久混凝土，其特征在于，所述粉煤灰细度≤12％，烧失量≤5％。

6.根据权利要求1所述的偏高岭土免蒸养耐久混凝土，其特征在于：所述天然砂为河砂或湖砂，所述天然砂细度模数为2.4～2.9。

7.根据权利要求1所述的偏高岭土免蒸养耐久混凝土，其特征在于：所述碎石为5mm～25mm连续级配碎石，碎石的针片状含量≤10％，含泥量≤1％。

8.根据权利要求1所述的偏高岭土免蒸养耐久混凝土，其特征在于：所述聚羧酸减水剂减水率≥25％。

9.如权利要求1所述的偏高岭土免蒸养耐久混凝土的管片施工方法，其特征在于它包含以下步骤：

1)称取以下重量份的各组分：硅酸盐水泥100份、粉煤灰10～50份、偏高岭土5～20份、天然砂180～280份、碎石300～370份、聚羧酸减水剂0.6～1.0份、拌和水37～45份；

2)在15℃～35℃条件下，将天然砂和碎石混合为A组分，将硅酸盐水泥、粉煤灰和偏高岭土混合为B组分，将聚羧酸减水剂和拌和水混合为C组分；

3)将A组分置于混凝土搅拌机中，再将B组分加入搅拌机中，开启混凝土搅拌机搅拌混合10秒后，再将C组分加入搅拌机中，A、B和C组分再一起搅拌90～150秒停止；

4)将依据设计尺寸精确制作的钢筋笼放入模具中，将3)中制得的混凝土分两层进行布料：先布设第一层，布料同时进行振捣，振捣密实后布设第二层至设计厚度，第二层布料时继续振捣密实；

5)布料完成后进行外弧面抹面，平整后静停放置；

6)静停10h后使用真空吸盘脱模，水养7天～14天，制得偏高岭土免蒸养耐久混凝土管片。