C70高強混凝土在新橋礦副井凍結井壁的應用

摘要:針對永煤集團新橋礦副井表土層厚、井筒直徑大、井壁受力復雜的特點,在永城礦區(qū)凍結段井壁結構設計中,首次采用了C70高強混凝土。通過對混凝土配合比的多次試驗和研究,確定出合理的配制參數(shù)。經過試驗段的進一步驗證,使得C70高強混凝土在新橋礦副井井筒凍結井壁工程中得到了成功應用。

關鍵詞:深厚表土層;凍結段井壁;高強混凝土

中圖分類號: TD265134　　　文獻標識碼: B　　　文章編號: 1003 - 0506 (2007) 02 - 0013 - 02

1　問題提出

　　目前,強度等級在C80～C100的現(xiàn)澆混凝土在高層建筑與橋梁工程中已得到了成功應用。在中國大劇院建設中成功泵送澆筑了C110 混凝土,強度等級C120的商品混凝土在美、日等國已開始使用。由于高強混凝土力學性能好,能大幅度減少井壁的支護厚度,可減輕施工人員的勞動強度,降低能源消耗,且還具有流動性大和良好的工作性能、便于操作等優(yōu)點。因此,近年來C60 ～C80 高強混凝土已在深厚表土層凍結段井壁結構中得了推廣使用。永煤集團新橋礦副井井筒穿過392 m厚的沖積層,采用凍結雙圈管法鑿井,凍結深度為553 m。由于新橋礦副井井筒穿過的表土層厚,井筒直徑大,井壁受力復雜,為抵抗高應力作用和降低工程造價,在新橋礦副井井壁結構設計中,采用了C70高強混凝土。由于在永城礦區(qū)凍結井筒首次設計如此高強的混凝土,故對新橋礦副井井筒凍結段井壁C70高強混凝土進行了試驗研究,并在試驗研究的基礎上,將試驗成果應用于工程實體。

2　配制要求

　　針對新橋礦副井井筒凍結段井壁的特殊施工環(huán)境,高強混凝土的配制應滿足以下條件: ①早強防凍,混凝土的1, 3, 7 d強度應分別達到設計強度的35%、75%和90%; ②原材料來源本地化,成本較低; ③配置工藝簡單; ④混凝土和易性好,塌落度在15～18 cm,經30 min塌落度不低于12 cm; ⑤水化熱低,防裂、抗?jié)B、耐久性好。

3　配方研究

3．1　C70混凝土配制強度( fcu, O )

fcu,O ≥1．12fcu, k = 1．12 ×70 = 78．4MPa

3．2　標準養(yǎng)護條件下的配方試驗

　　在標準條件下,用4種高效減水劑和2種礦物摻合料的20 余種配方進行了試塊試驗,經對比篩選,初步確定了2個可行的C70混凝土配合比,得到了2種可行配合比混凝土試塊標準養(yǎng)護1, 3, 7 d的強度數(shù)據(jù)。

　　(1)配合比Ⅰ:設計強度C70,水膠比[水與膠凝材料(水泥+BR)之比] 0．3,砂率0．35,每立方米混凝土中含PⅡ52．5水泥480 kg、膠凝材料538 kg、水161 kg、砂613 kg、5～25 mm碎石1 138 kg、BR復合劑57．6 kg。1 d 強度29．3 MPa, 3 d 強度59．9MPa, 7 d強度64．1MPa,塌落度180 mm。

　　(2)配合比Ⅱ:設計強度C70,水膠比[水與膠凝材料(水泥+粉煤灰+硅粉)之比] 0．29,每立方米混凝土中含PⅡ52．5水泥480 kg、硅粉30 kg、粉煤灰90 kg、水174 kg、砂584 kg、PCA 7．2 kg、5～25mm碎石1 085 kg。1 d 強度18．1 MPa, 3 d 強度51．4MPa, 7 d強度64．7MPa,塌落度為170 mm。

3．3　C70混凝土配合比所用的原材料

　　(1)水泥:選用PⅡ52．5硅酸鹽水泥。

　　(2)黃砂:選用河砂,細度模數(shù)為2．7,含泥量不大于1．5%。

　　(3)碎石:選用碎石粒徑為5～25 mm,含泥量不大于1%。

　　(4)礦物摻合料:一級粉煤灰,硅粉, BR高性能混凝土復合劑(含有高效減水劑) 。

　　(5)高效減水劑:選用JM2PCA ( I)混凝土塑化劑。

3．4　模擬凍結井筒溫度養(yǎng)護條件下配合比驗證

　　按照以上2種可行混凝土配合比,在試驗室內澆筑8組150 mm ×150 mm ×150 mm標準試塊,經6 h拆模后,立即放入溫度模擬養(yǎng)護箱。按照溫升曲線所規(guī)定的溫度增幅和增速,通過由溫控儀、接觸繼電器、加熱元件和測溫探頭組成的控溫系統(tǒng)對箱內溫度進行調節(jié),使試塊在接近凍結井筒實際溫度場的條件下進行養(yǎng)護。在養(yǎng)護至1, 3, 7 d時各取出一組試塊進行加載試驗,測得配比Ⅰ的1, 3, 7 d齡期的混凝土強度值分別為51．0, 68．7, 73．0 MPa;測得配比Ⅱ的1, 3, 7 d齡期的混凝土強度值分別為47．1, 64．2, 64．7MPa。由以上數(shù)據(jù)可知驗證結果較好。

3．5　外層井壁試驗段對配合比的驗證

　　根據(jù)模擬試驗結果,決定采用配合比Ⅰ進行外層井壁現(xiàn)場試驗。2005年4月10日,參加現(xiàn)場試驗的有關技術人員采用炒干法,對砂的含水率進行了測定,砂子的含水率為5%。根據(jù)砂子的含水率對配合比Ⅰ進行了調整,得出了現(xiàn)場的施工配合比,然后對新橋礦副井井筒凍結段外壁119段高進行了澆筑。在澆筑過程中,分別在井壁內、吊盤上和地面標養(yǎng)室各預留了4組150 mm ×150 mm ×150 mm混凝土試塊,在外層井壁內留置的混凝土試塊1, 3, 7,28 d 的強度分別達到了24．5, 52．5, 63．0, 70．0MPa,驗證結果滿足設計和質量標準的要求。

4　工程應用情況

　　(1)在副井井口建立了較為先進的混凝土集中攪拌站,采用2臺JS21000型強制式攪拌機,各配一套PL21600型混凝土配料機和ZN21型稱重配料儀,底卸式料桶下灰。

　　(2)所用的原材料均具有出廠合格證和檢驗單,并對進入施工現(xiàn)場的材料按批量進行了抽樣復檢,合格后方能使用。嚴格控制砂、碎石的含泥量和粒徑級配。

　　(3)保證原材料投放的準確性。對于C70高強混凝土而言,各種原材料的用量必須準確稱量,混凝土的原材料均按質量比計量。計量的允許偏差為:水泥和摻合料±1% ,粗、細骨料±2% ,水和外加劑±1%。

　　(4)混凝土的拌制須注意原材料、外加劑投料順序,嚴格控制配料量,正確執(zhí)行攪拌制度,特別是混凝土的攪拌時間應控制在90～120 s。

　　(5)準確控制用水量,砂、碎石中的含水率應及時測定,并按測定值調整用水量和砂石用量。

　　(6)對副井井筒垂深356．8～443．8 m段的87m內外層井壁共取混凝土試塊8組,其28 d齡期的立方體抗壓強度最大值為89．2MPa,最小值為72．2MPa,平均達81．7MPa,達設計強度的116．9%。

5　結語

　　(1)采用配合比Ⅰ的C70混凝土的1, 3, 7 d抗壓強度值分別超過設計強度的35%、75%和90%的強度增長要求,達到了早強、防凍的效果。

　　(2)經多次開盤鑒定,實測塌落度均能控制在170～190 mm,經30 min后塌落度為120～150 mm,滿足了和易性好的要求。

　　(3)在井壁厚度不超過1．1 m的條件下,用配合比Ⅰ澆筑的混凝土井壁,不會因溫差產生環(huán)向溫度裂縫。