免蒸养矿物添加剂在预制管片混凝土中的应用研究.docx

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1、引言目前全国在建的地下铁路隧道、越江公路隧道等工程大部分都采用盾构施工法施工，作为盾 构施工的主要构件，预制混凝土管片的用量越来越大。管片应用在地铁、隧道等工程中时, 不仅要承载隧道夕M则的土压、水压，直接支撑地层，防止渗漏，同时还要在盾构施工过程中 承受施工荷载，这对管片的质量提出了很高的要求。预制混凝土管片生产过程中要用到昂贵 的成套模具，还要占用大量的场地，为了加速模具周转，提升生产效率，大部分管片生产企 业均采用蒸汽养护来提高混凝土早期强度。蒸汽养护不仅耗能巨大，而且可能会给管片混凝 土的体积稳定性和耐久性能带来不良影响卬，对于工厂减少能耗和减少碳排放不利。采用低 碳免蒸养矿物添加剂取

2、代部分胶凝材料来生产预制管片，取消蒸养环节，是预制混凝土管片 最新的技术发展方向，也是预制混凝土行业实现碳达峰碳中和目标的重要技术途径。 本研究就不同养护条件下，对免蒸养矿物添加剂在预制管片中的应用开展了系列试验工作, 取得了在管片生产应用中的性能数据，为企业提高了生产效率和经济效益，对于预制管片行 业取消蒸养环节，实现双碳目标下的高质量发展具有重要意义。1、试验部分1.1原材料水泥：海螺P-O 52.5水泥，其质量符合GB 175-2007通用硅酸盐水泥的 要求，具体性能指标见表Ie粗骨料：产地清远，性能指标见表2 ,其他性能指标符合JGJ 52 2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准

3、的规定。细骨料：产地北江，性能指 标见表3其他性能指标符合JGJ 522006规定。混合材U级F类粉煤灰符合GB/T1596 2005用于水涵口混凝土中的粉煤灰的规定,其密度为2260kgm3外加剂：广州西 卡的VC20HE-18 (W)聚竣酸高性能减水剂，其固含量20.8% ,砂浆减水率19.2% ,密度1040kgm3 ,其他性能符合GB 80762008混凝土夕卜力口剂和GB 501192003混凝土外加剂应用技术规范的要求。免蒸养矿物添加剂：主要矿物组成为C4A3S ,化学成分见表40表1水泥物理性能指标密度/(kgrrf)抗折强度/MPa3d28d抗压强度/MPa3d28d30605

4、.67.433.054.8表2碎石性能指标WmmltRM8i% tt(kgm3)W(kgm3)Si%5-256268014800.1表3河砂性能指标标施OSIt(kgm3Wkgm3)含源用Il2.33263014401.9%表4免蒸养矿物添加剂化学成分LossSiO2AI2O3 Fe2O3 CaOMgO SO3TiO22.088,64 20.02 1,51 43.44 2,26 20.28 1.141.2试验方法标准稠度用水量、凝结时间:参照GB/T 13462011水泥标准稠度用水量、 凝结时间、安定性检验方法，选取免蒸养矿物添加剂，以一定比例掺加到硅酸盐水泥中, 试验设计添加剂与硅酸盐水泥

5、的配比范围为0%10.0% ,测定其凝结时间。胶砂强度：参 照GB/T 176711999水泥胶砂强度检验方法（ISO法），设计免蒸养矿物添加剂与 硅酸盐水泥的配比范围为0%10.0% ,成型后分别在（202 ） C和（402 ） 养护，测 定其8h抗折抗压强度，随后放入养护池中养护，测定其1、3、28d的抗折抗压强度。混 凝土性能：混凝土拌合物的流动性用坍落度表示，按照GB/T 50080-2002普通混凝土 拌合物性能试验方法进行试验；混凝土抗压强度按照GB/T 50081-2002普通混凝土 力学性能试验方法标准进行试验。1.3试验方案研究在标准养护和模拟夏季养护条件下，免蒸养矿物添加剂

6、对水泥、混凝土性 能的影响，尤其是对早期强度的影响，从而确定取消蒸养环节的可行性。2、试验结果分析2.1免蒸养矿物添加剂对水泥凝结时间的影响图1为免蒸养矿物添加剂对凝结时间的影响， 由图1可知，随着免蒸养矿物添加剂掺量的增加，水泥的初凝、终凝时间都明显降低。当 免蒸养矿物添加剂掺量为7%时，水泥的初凝时间和终凝时间分别由不掺加免蒸养矿物添加 剂时的178min和218min缩短为40min和95min ,初凝、终凝时间分别缩短了 77.5%.56.4%0凝结时间缩短对于预制管片生产中减少收面时间有重要作用。250初凝时间终凝时间200150100500234567810特种矿物添加剂掺量/%图

7、1免蒸养矿物添加剂对凝结时间的影响2.2免蒸养矿物添加剂对胶砂强度的影响试验中水胶比为0.4 ,为了使砂浆拌合物具有适合 成型的胶砂流动度（1705 ） mm ,配比中加入了 0.9g减水剂。砂浆浇筑入模后，采用塑 料封口袋密封，放在40。C的养护箱中模拟夏季高温条件进行8h恒温恒湿养护，然后脱模 测试8h强度。更长龄期试验的试块则在脱模后放入20。C的养护池中养护至规定龄期进行 强度测试。试验原材料配比见表5。表5试验原材料配比编号水泥免蒸养矿物添加剂砂减水剂水1450013500.91802441913500.91803436.513.513500.918044321813500.9180

8、5427.522.513500.918064232713500.91807418.531.513500.918084143613500.918094054513500.9180图2、图3为免蒸养矿物添加剂对水泥胶砂抗折、抗压强度的影响，由图可知，随着免蒸养 矿物添加剂掺量的增加，水泥胶砂抗折、抗压强度均有所增长。当免蒸养矿物添加剂掺量为 5% 8%时，对水泥胶砂强度，尤其是早期强度具有显著增强效果。当掺量达到7%时,8h 抗压强度达到23.4MPa ,比基准组提高了 43.6%。由此可见,矿物添加剂的加入对于水泥胶砂早期强度提升具有非常显著的作用。706050403020100特种矿物添加剂掺

9、量/%图2免蒸养矿物添加剂对水泥胶砂抗折强度的影响特种矿物添加剂掺量/%图3免蒸养矿物添加剂对水泥胶砂抗压强度的影响2.3 免蒸养矿物添加剂对混凝土强度的影响混凝土试验配比见表6o免蒸养矿物添加剂为原 材料，按水泥用量的7%分别取代水泥和粉煤灰，进行强度对比。混凝土浇筑入模后分别在(202 ) 和(402 ) OC条件下养护。表6混凝土试脸配比kg编号水泥免蒸养矿物添加剂粉煤灰砂石水减水剂AO100.181.8013.630.3320.02A110.070.111.8013.630.3320.02A20.930.070.181.8013.630.3320.02图4为20。C养护条件下，免蒸养矿

10、物添加剂对混凝土抗压强度的影响。由图4看出，掺免 蒸养矿物添加剂的混凝土在20。C养护条件下，各龄期强度均有显著增加，8h强度增长尤其 明显。Al组比AO组8h强度提高了 114.6% , 28d强度提高了 14.1% ; A2组比AO组8h 强度提高了 140.4% ,28d强度提高了 18.6% ;免蒸养矿物添加剂等量取代粉煤灰(A2组) 混凝土强度在各龄期均比免蒸养矿物添加剂等量取代水泥(AI组)强度高。龄期图4免蒸养矿物添加剂对混凝土抗压强度的影响图5为40。C养护条件下，免蒸养矿物添加剂对混凝土抗压强度的影响。由图5看出，掺免 蒸养矿物添加剂的混凝土在40。C养护条件下，各龄期强度均

11、有显著增加，8h强度增长尤其 明显。Al组比AO组8h强度提高了 34% , 28d强度提高了 12.0% ; A2组比AO组8h强度提高了 43.4% , 28d强度提高了 18.3% ; A2组强度在各龄期均略高于Al组。70605040302010O 40七养护Ao 40七养护Al 40也养护A228d8h1d3d龄期图5免蒸养矿物添加剂对混凝土抗压强度的影响图6为不同养护条件下混凝土强度对比。由图6看出，20。C养护条件下Al、A2组8h脱模强度均比40。C养护条件Ao组脱模强度高，并且后期强度稳定增长。 40七养护AO 20oC养护Al 20七养护A2龄期Oooooooo7 6 5

12、4 3 2 1BdIAI/超照图悠图6不同养护条件下混凝土强度对比综上所述，掺免蒸养矿物添加剂可提高混凝土早期强度，后期强度也稳步提升，在混凝土中 掺入免蒸养矿物添加剂无论是等量取代水泥还是粉煤灰,不采用蒸汽养护均能达到脱模强度； 免蒸养矿物添加剂等量取代粉煤灰的混凝土综合性能优于等量取代水泥。2.4 应用现场试验经过前期试验，确定了免蒸养矿物添加剂掺量为7% ,等量取代粉煤灰。 按照现场搅拌站配合比（见表7）,进行预制管片生产，同时成型混凝土试块。现场养护工 艺为覆盖并通蒸汽2h后利用余热继续养护至8h脱模。现场试验中，分别对管片采用蒸养 和自然养护进行对比。表7混凝土生产配合比及管片脱模回

13、弹强度水泥kg砂kg石kg物煤灰kg矿物添加剂kg充水剂kg养护条件强度（回弹法）/MPa1#11.863.100.18O0.01稹盖并通蒸汽2h然后利用余热继续养护至约8h脱模30.02#11.823.110.110.070.01覆膜8h32.5图7、图8分别为在自然养护条件下和蒸汽养护条件下，免蒸养矿物添加剂取代粉煤灰对混 凝土强度的影响。由图可知，（1）无论是蒸汽养护还是自然养护，掺加免蒸养矿物添加剂 的混凝土抗压强度都比基础配比混凝土强度明显提高。（2 ）图7中，自然养护条件下1# 混凝土早期强度增长缓慢，2#混凝土 8h脱模强度比1#提高10.8MPa ,提升了 110.2%o 图8

14、中，蒸养条件下1#混凝土 8h脱模强度为15.3MPa ,但强度比同养护条件下掺免蒸养 矿物添加剂的混凝土 2#低8.2MPa（ 3启然养护2#比蒸养1#的脱模强度还高5.3 MPa ; 自然养护2#混凝土由于免蒸养矿物添加剂的作用,早期强度明显提高,后期强度稳步增长， 并没有出现倒缩现象。由此可见，掺加免蒸养矿物添加剂可提高混凝土早期强度，使其不采 用蒸养环节也可达到脱模强度。70自然养护1#自然养护2#60 -8h1d3d28d龄期图7免蒸养矿物添加剂取代粉煤灰对混凝土强度的影响8h1d3d28d龄期图8免蒸养矿物添加剂取代粉煤灰对混凝土强度的影响从表7中可看出，不掺免蒸养矿物添加剂管片蒸养后8h脱模回弹强度为30MPa ,覆膜自 然养护的2#管片8h脱模后测得回弹强度略高于1# ,由此验证了掺加矿物添加剂可以取消 管片生产中的蒸养环节。免蒸养矿物添加剂的应用使混凝土在不采用蒸汽养护的条件下，依 旧能够制备出具有一