CN107337398B - 一种钢壳沉管用低收缩自密实混凝土、其制备方法及应用 - Google Patents

一种钢壳沉管用低收缩自密实混凝土、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢壳沉管用低收缩自密实混凝土，其含有如下原料：水泥，铝质稳定密实剂、矿粉、石灰石粉、河砂、碎石、水、减水剂，其拌合物性能控制指标包括：坍落扩展度600～700mm，V型漏斗流出时间5～15s，L型仪测试H2/H1值≥0.9，U型仪测试Δh值≤30mm，容重2300～2400kg/m3，含气量≤4％。本发明配制出的钢壳自密实混凝土具有良好的流动性、填充性和抗离析性，相对传统自密实混凝土，具有较低的胶凝材料用量和较低的收缩，对于钢壳沉管结构具有良好的适用性，强度等级达C50，适合用作钢壳沉管隧道的具有良好工作性能、力学性能和体积稳定性的自密实混凝土。

Description

一种钢壳沉管用低收缩自密实混凝土、其制备方法及应用
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种自密实混凝土技术领域。
背景技术
从结构形式上来看，沉管隧道主要包括钢筋混凝土沉管和钢壳混凝土沉管两种形式。钢壳混凝土沉管管节采用两层钢壳中间填充混凝土的结构形式，管节是由多个格仓组成。图1所示为钢壳混凝土沉管管节示意图，图2所示为管节格仓混凝土浇筑示意图。与钢筋混凝土沉管相比，钢壳混凝土沉管具有以下优势：成本更低、施工更便利、工期更短、结构规模相对较小、承载能力更强、抗沉降和抗震适应性更好、不存在大体积混凝土管节控裂问题等。正因如此，我国在一些大型跨海、跨江通道工程中也开始探索采用钢壳混凝土沉管隧道的结构形式。钢壳混凝土沉管的管节是一种封闭结构，混凝土的浇筑过程无法进行振捣，需要依靠自身的流动性实现在管节内的密实、均匀填充，并达到设计强度要求，且混凝土还需要具备良好的体积稳定性，以与钢壳之间保持良好的协调受力功能，需采用自密实混凝土。传统的自密实混凝土的胶凝材料用量大，砂率高，混凝土的收缩较大，体积稳定性较差。开发一种适用于钢壳沉管的低收缩自密实混凝土，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对钢壳沉管这种特殊的结构形式，开发一种强度高，低收缩、与钢壳之间具有良好协调性的自密实混凝土。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种钢壳沉管用低收缩自密实混凝土，所述钢壳沉管用低收缩自密实混凝土含有如下原料，且各原料占混凝土总配料的配比为：水泥200-400kg/m3，铝质稳定密实剂100-250kg/m3，矿粉40-150kg/m3，石灰石粉20-100kg/m3，河砂750-1000kg/m3，碎石750-1000kg/m3，水140-200kg/m3，减水剂4.5-7kg/m3，其拌合物性能控制指标包括：坍落扩展度600～700mm，V型漏斗流出时间5～15s，L型仪测试H2/H1值≥0.9，U型仪测试Δh值≤30mm，容重2300～2400kg/m3，含气量≤4％。
各原料占混凝土总配料的配比优选为：水泥240-280kg/m3，铝质稳定密实剂140-200kg/m3，矿粉40-85kg/m3，石灰石粉20-60kg/m3，河砂800-950kg/m3，碎石750-900kg/m3，水150-180kg/m3，减水剂5-6.5kg/m3。
所述河砂与碎石的质量比为细砂:碎石＝0.9～1.3。
一种钢壳沉管用低收缩自密实混凝土的配制方法，其它包括以下步骤：
1)配料；
2)混凝土搅拌：
采用非立轴强制式搅拌机，搅拌时间120-180s。
3)在混凝土搅拌完成5-10min后进行混凝土出机拌合物性能检测，检测所得的混凝土各项指标如下：
混凝土拌合物坍落扩展度640mm；
混凝土拌合物V型漏斗流出时间13.5s；
混凝土拌合物L型仪测试H2/H1值为1.0；
混凝土拌合物U型仪测试Δh值为0；
混凝土拌合物含气量3.5％；
混凝土拌合物容重2345kg/m3；
混凝土拌合物经80m泵管泵送后坍落扩展损失为40mm；
混凝土28d抗压强度55.7MPa；
混凝土56d抗压强度60.2MPa；
混凝土90d收缩率178×10-6；
所浇筑的管节仓隔顶板脱空率为2.5％。
其中，所述的水泥为P·II 42.5硅酸盐水泥。
所述铝质稳定密实剂由粉煤灰和偏高岭土按质量比9:1组成。
所述的粉煤灰为I级原状粉煤灰，粉煤灰中Al2O3含量不低于25％。
所述的偏高岭土由高岭土在650-800℃温度煅烧2-4小时后经粉磨制成，比表面积≥10000m2/kg，偏高岭土中Al2O3含量不低于40％。
所述的矿粉为S95级磨细高炉矿渣粉。
所述的石灰石粉为市售，比表面积在300-600m2/kg。
所述的河砂为细度模数在2.6-2.9之间的中砂。
所述的碎石为粒径在5-20mm连续级配反击破碎石。
所述的减水剂为具有保坍、增稠、引气、缓凝等功能的聚羧酸系高效减水剂。
一种如上所述的钢壳沉管用低收缩自密实混凝土的应用方法，其包括以下步骤：
(1)预制沉管管节壳体，所述沉管管节壳体具有双层钢壳结构，内钢壳与外钢壳之间由隔板分隔成若干个管节格仓；
(2)在管节枪仓内浇筑如权利要求1～4所述的钢壳沉管用低收缩自密实混凝土，并进行养护，制得沉管管节。
本发明的有益效果是：
本发明钢壳沉管用低收缩自密实混凝土的配制采用了铝质稳定密实剂，利用玻璃态Al2O3在水化反应过程中生成膨胀性产物来降低混凝土的收缩，提高混凝土与钢壳之间的协同受力效果。
本发明钢壳沉管用低收缩自密实混凝土的配制采用了铝质稳定密实剂，利用大量球形颗粒起到润滑作用来提高混凝土拌合物的流动性，提高混凝土在管节格仓中的填充性和密实性。
本发明钢壳沉管用低收缩自密实混凝土的配制采用了铝质稳定密实剂，利用小量片层状小尺寸高活性颗粒改善混凝土拌合物的粘性和抗离析性，促进混凝土在密闭管节格仓中的强度发展。
本发明采用小掺量的矿粉作为矿物掺合料，可以提高混凝土拌合物的粘性，改善混凝土抗离析性和匀质性。
本发明采用石灰石粉作为掺合料，可以提高混凝土拌合物的工作性能，降低混凝土的温度收缩。
本发明采用水泥、铝质稳定密实剂、矿粉、石灰石粉等不同粒径范围的粉体作为胶凝材料，有利于固体颗粒之间形成密实堆积效应，提高混凝土拌合物的工作性能。
本发明采用了较小的胶凝材料用量，可降低混凝土的温度收缩，并降低混凝土的经济成本。
本发明采用反击破方式破碎生产的连续级配碎石，碎石颗粒的球形度较高，可以提高碎石的堆积密实度，改善混凝土拌合物的工作性能，降低胶凝材料用量。
本发明配制出的钢壳自密实混凝土具有良好的流动性、填充性和抗离析性，拌合物的坍落扩展度在600-700mm，V型漏斗流出时间在5-15s，L型仪测试H2/H1值为1，U型仪测试Δh为0，含气量≤4％，容重在2300-2400kg/m3，经80m长泵管泵送后坍落扩展度损失不超过50mm，可依赖自身工作性能在钢壳沉管管节仓隔内形成密实填充，混凝土28d抗压强度等级达C50，90d收缩≤200×10-6，所浇筑的管节仓隔顶板脱空率低于5％。
本发明提出的钢壳沉管用自密实混凝土配制方法，相对传统自密实混凝土，具有较低的胶凝材料用量和较低的收缩，对于钢壳沉管结构具有良好的适用性，强度等级达C50，适合用作钢壳沉管隧道的具有良好工作性能、力学性能和体积稳定性的自密实混凝土。
附图说明
图1是钢壳混凝土沉管断面示意图；
图2是钢壳混凝土沉管管节格仓混凝土浇筑示意图；
其中，车道1，外钢壳2，内钢壳3，混凝土4，管节格仓5
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚，以下结合实施例对本发明进行详细说明。此处描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种钢壳沉管用低收缩自密实混凝土的配制方法，它包括以下步骤：
1)按以下比例配料：P·II 42.5硅酸盐水泥水泥250kg/m3，铝质稳定密实剂180kg/m3，矿粉60kg/m3，石灰石粉30kg/m3，河砂800kg/m3，碎石867kg/m3，水176.8kg/m3，减水剂5kg/m3。其中，铝质稳定密实剂由粉煤灰和偏高岭土按质量比9:1组成。粉煤灰为I级原状粉煤灰，粉煤灰中Al2O3含量不低于25％。偏高岭土由高岭土在650-800℃温度煅烧2-4小时后经粉磨制成，比表面积≥10000m2/kg，偏高岭土中Al2O3含量不低于40％。
2)搅拌，采用非立轴强制式搅拌机，搅拌时间150s。
3)在搅拌完成10min后进行混凝土出机性能检测，检测所得的混凝土各项指标如下：
混凝土拌合物坍落扩展度680mm；
混凝土拌合物V型漏斗流出时间9.5s；
混凝土拌合物L型仪测试H2/H1值为1.0；
混凝土拌合物U型仪测试Δh值为0；
混凝土拌合物含气量3.0％；
混凝土拌合物容重2348kg/m3；
混凝土拌合物经80m泵管泵送后坍落扩展度损失为20mm；
混凝土28d抗压强度59.8MPa；
混凝土56d抗压强度67.2MPa；
混凝土90d收缩率189×10-6；
所浇筑的管节仓隔顶板脱空率为3.1％。
实施例2
一种钢壳沉管用低收缩自密实混凝土的配制方法，它包括以下步骤：
1)按以下比例配料：P·II 42.5硅酸盐水泥260kg/m3，铝质稳定密实剂160kg/m3，矿粉70kg/m3，石灰石粉25kg/m3，河砂833kg/m3，碎石833kg/m3，水168.3kg/m3，减水剂6.2kg/m3。其中，由粉煤灰和偏高岭土按质量比9:1组成。粉煤灰为I级原状粉煤灰。
2)搅拌，采用非立轴强制式搅拌机，搅拌时间180s。
3)在搅拌完成5min后进行混凝土出机性能检测，检测后的指标如下：
混凝土拌合物坍落扩展度620mm；
混凝土拌合物V型漏斗流出时间11.5s；
混凝土拌合物L型仪测试H2/H1值为1.0；
混凝土拌合物U型仪测试Δh值为0；
混凝土拌合物含气量2.5％；
混凝土拌合物容重2355kg/m3；
混凝土拌合物经80m泵管泵送后坍落扩展度损失为30mm；
混凝土28d抗压强度56.1MPa；
混凝土56d抗压强度63.2MPa；
混凝土90d收缩率191×10-6；
所浇筑的管节仓隔顶板脱空率为4.5％。
实施例3
一种钢壳沉管用低收缩自密实混凝土的配制方法，它包括以下步骤：
1)按以下比例配料：P·II 42.5硅酸盐水泥水泥245kg/m3，铝质稳定密实剂147kg/m3，矿粉49kg/m3，石灰石粉49kg/m3，河砂933kg/m3，碎石764kg/m3，水156.8kg/m3，减水剂6.5kg/m3。其中，铝质稳定密实剂由粉煤灰和偏高岭土按质量比9:1组成。所述的粉煤灰为I级原状粉煤灰。
2)搅拌，采用非立轴强制式搅拌机，搅拌时间120s。
3)在搅拌完成10min后进行混凝土出机性能检测，检测所得的混凝土各项指标如下：
混凝土拌合物坍落扩展度640mm；
混凝土拌合物V型漏斗流出时间13.5s；
混凝土拌合物L型仪测试H2/H1值为1.0；
混凝土拌合物U型仪测试Δh值为0；
混凝土拌合物含气量3.5％；
混凝土拌合物容重2345kg/m3；
混凝土拌合物经80m泵管泵送后坍落扩展度损失为40mm；
混凝土28d抗压强度55.7MPa；
混凝土56d抗压强度60.2MPa；
混凝土90d收缩率178×10-6；
所浇筑的管节仓隔顶板脱空率为2.5％。
实施例4
一种钢壳混凝土沉管的制作方法，包括以下步骤：
(1)预制沉管管节壳体，如图1所示，沉管管节壳体具有内钢壳3和外钢壳2，内钢壳3与外钢壳2之间由隔板分隔成若干个如图2所示的管节格仓5；
(2)在管节枪仓5内浇筑实施例1所制得的钢壳沉管用低收缩自密实混凝土，并进行养护，制得沉管管节。
内钢壳3内腔为车道1，沉管管节沿车道轴向延伸从而制得钢壳混壳土沉管。

Claims (5)

1.一种钢壳沉管用低收缩自密实混凝土，其特征在于：钢壳沉管用低收缩自密实混凝土含有如下原料，且各原料占混凝土总配料的配比为：水泥200-400kg/m3，铝质稳定密实剂100-250kg/m3，矿粉40-150kg/m3，石灰石粉20-100kg/m3，河砂750-1000kg/m3，碎石750-1000kg/m3，水140-200kg/m3，减水剂4.5-7kg/m3，所述的铝质稳定密实剂由I级粉煤灰和偏高岭土按质量比9:1组成，其中粉煤灰中Al2O3含量不低于25％，所述的偏高岭土由高岭土在650-800℃温度煅烧2-4小时后经粉磨制成，比表面积≥10000m2/kg，偏高岭土中Al2O3含量不低于40％，其拌合物性能控制指标包括：坍落扩展度600～700mm，V型漏斗流出时间5～15s，L型仪测试H2/H1值≥0.9，U型仪测试Δh值≤30mm，容重2300～2400kg/m3，含气量≤4％。
2.根据权利要求1所述的钢壳沉管用低收缩自密实混凝土，其特征在于：各原料占混凝土总配料的配比优选为：水泥240-280kg/m3，铝质稳定密实剂140-200kg/m3，矿粉40-85kg/m3，石灰石粉20-60kg/m3，河砂800-950kg/m3，碎石750-900kg/m3，水150-180kg/m3，减水剂5-6.5kg/m3。
3.根据权利要求1所述的钢壳沉管用低收缩自密实混凝土，其特征在于：所述河砂与碎石的质量比为河砂:碎石＝0.9～1.3。
4.一种如权利要求1～3任一所述的钢壳沉管用低收缩自密实混凝土的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
1)配料；
2)混凝土搅拌：
采用非立轴强制式搅拌机，搅拌时间120-180s；
3)在混凝土搅拌完成5-10min后进行混凝土出机拌合物性能检测，检测所得的混凝土各项指标如下：
混凝土拌合物坍落扩展度640mm；
混凝土拌合物V型漏斗流出时间13.5s；
混凝土拌合物L型仪测试H2/H1值为1.0；
混凝土拌合物U型仪测试Δh值为0；
混凝土拌合物含气量3.5％；
混凝土拌合物容重2345kg/m3；
混凝土拌合物经80m泵管泵送后坍落扩展损失为40mm；
混凝土28d抗压强度55.7MPa；
混凝土56d抗压强度60.2MPa；
混凝土90d收缩率178×10-6；
所浇筑的管节仓隔顶板脱空率为2.5％。
5.一种如权利要求1～3任一所述的钢壳沉管用低收缩自密实混凝土的应用方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)预制沉管管节壳体，所述沉管管节壳体具有双层钢壳结构，内钢壳与外钢壳之间由隔板分隔成若干个管节格仓；
(2)在管节枪仓内浇筑如权利要求1～3所述的钢壳沉管用低收缩自密实混凝土，并进行养护，制得沉管管节。
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