南京火车站站前广场

南京火车站站前广场超缓凝混凝土及外加剂研究与应用报告工程概况南京火车站站前广场位于南京火车站南其工程规划建设的区域北至铁路主战房,南到玄武湖边,西至黄家圩路口,东到新世纪东路的路口的合围区域(规划面积约11万平方米),站前广场的交通设施沿龙蟠路向东西两个方向延伸.该项目是一个集人、车流集散、过境交通及景观三重功能的城市主要换乘枢纽,是地面广场与地上高架、地下空间相互交融,景观环境协调的综合性枢纽广场,也是集道路桥梁、隧道、地下建筑、地面景观为一体的大型、复杂全面的综合性工程项目站前广场工程主要包括一下七个子项工程全套管咬合桩施工隧道工程是配套工程之一,由两部分组成,一是龙蟠路老隧道的改造,二是龙蟠路新建隧道,即在老隧道南侧,距老隧道2. 0m,新建一条与之相平行的隧道,新建隧道支护净宽13·0m,支护总长440余米,基坑挖深4·0m~11·5m。

基坑支护结构采用咬合桩挡土及止水。

1场地工程地质条件场地总体为古秦淮河漫滩地貌单元,现为人工填土和碎石所覆盖。

区内各岩土层厚度变化较大，分布欠稳定，下伏基岩岩面起伏变化大，坡度较陡，岩性欠均质，强度差异较大。

其场地复杂程度为一级场地。

2支护设计方案由于新建龙蟠路隧道距玄武湖较近,距湖边仅数米,且过往车辆不断,为保证该工程止水万无一失设计支护方案为采用咬合桩挡土并止水桩径分别为￠1 000与￠800两种,除隧道上跨地铁Ι号线盾构隧道与泵房段采用￠1 000咬合桩外余均采用￠800咬合桩,钻孔咬合桩桩型分A、B两类,A型桩为素砼桩,B型桩为钢筋砼桩,B型桩与A型桩间隔布置,咬合厚度为200,桩中心距分别为800(￠1 000)与600(￠800)咬合桩桩长根据基坑开挖深度分为6种类型:￠1 000桩,桩长22·0m。

￠800桩分别为16·5m、13·5m、12·5m、11·5m、11·0m。

3钻孔咬合桩施工原理所谓咬合桩是桩与桩之间以切割形式搭接以桩列式排列组合的一种围护结构。

桩的排列方式设计为一个素砼桩和一个钢筋砼桩间隔布置。

施工时先施工素砼桩,后施工钢筋砼桩。

素砼桩采用超缓凝型砼,要求必须在素砼桩初凝前完成钢筋砼桩的施工,钢筋砼桩为骨架桩,施工时利用套管的切割能力切割掉相邻素砼桩相交部分尚未完全凝固的砼,达到设计深度后按放钢筋笼、灌注砼与素砼桩一起凝固而形成一个密封的整体以达到既挡土又止水的目的。

对A桩的施工只要严格按照单桩施工工艺流程作业，确保垂直精度就能满足要求。

对B.桩的施工，除了确保垂直精度、使桩体能充分咬合外，还涉及施工过程中切割的挤压、摩擦等产生对已成桩（-桩）的损害。

为克服这一难题，采用在混凝土中加入缓凝剂使A桩混凝土处于未初凝状态时就施工B.桩，从而达到消除对A桩危害的目的。

超缓凝混凝土的研究与实现钻孔咬合桩施工工艺所需要的特殊材料是超缓凝砼(因为其缓凝时间特别长,所以称为超缓凝砼),这种砼主要用于A桩,其作用是延长A桩的初凝时间,以达到其相邻B桩的成孔能够在A桩砼初凝之前完成,这样便给套管钻机切割A桩创造了条件,由此可以看出超缓砼是钻孔咬合桩施工工艺成败的关键。

为了满足钻孔咬合桩的施工工艺的需要,超缓凝砼必须达到以下技术参数的要求。

①A桩砼缓凝时间≥48h,其确定的方法如下。

a.测定时间:单桩成桩所需时间t应根据工程具体情况和所选钻机类型在现场作成桩试验来测定。

试验结果t为10h~12h,取上限值t=12h。

b.确定A桩砼缓凝时间T:根据下式计算A桩砼的缓凝时间,T=3t+KT为A桩砼的缓凝时间(初凝时间)=3×12+12=48h;K为储备时间,一般取1·0;t t为单桩成桩所需时间。

②砼坍落度。

A桩16cm±2cm,B桩20cm±2cm。

确定原则:a.水下砼灌注的需要;b.满足防止“管涌”措施的需要;c.为防止“管涌”,砼坍落度S L随时间t的损失曲线应尽量陡一些,即S L损失的快一些。

检查措施:每盘料都必须做砼坍落度检测,坍落度太大或太小都必须退回重搅。

③砼的3天强度值R3d不大于3MPa。

其作用是:在施工过程中遇到意外情况(如设备故障等)拖延了时间,以致于在A桩砼终凝后才施工B桩,这时,由于砼早期强度不高,使A桩咬合部分砼处理起来方便。

④最终强度。

满足设计要求(本工程设计为C30)。

⑤超缓凝砼技术参数(表2)。

“管涌”控制措施在B桩成孔过程中,由于A桩砼未凝固,还处于流动状态,因此,A桩砼有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内,称之为“管涌”,克服“管涌”有以下几个方法。

①A桩的坍落度应尽量小一些,为16cm±2cm,以便降低砼的流动性;②套管底口应始终保持超前于开挖面至少不应小于2·5m,以便人为造成一段高差阻止砼的流动;③(如遇地下障碍物套管底无法超前时)可向套管内浇注入一定量的水,使其保持一定的反压来平衡A桩砼的压力,阻止“管涌”的发生;③B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩砼顶面,如发现A桩下陷应立即停止B桩开挖,并一边将套管尽量下压,一边向B桩内填土或注水,直到完成制止住“管涌”为止。

待A桩缓凝砼坍落度损失一段时间后再继续施工B桩。

.超缓凝复合外加剂配方设计及工程应用1复合外加剂对水泥混凝土的作用机理水泥水化过程中，从过饱和离子溶液中结晶生成过程的动力学和结晶产物的性质不仅取决于水泥的矿物组成、分散度和形状，而且很大程度上取决于外加剂的含量。

根据外加剂的化学组成和浓度、介质温度和其它外因能对水泥的化学活性产生不同的影响。

外加剂能改变水泥的物理化学性质和水化结晶产物的物理化学性质。

根据分子动力学研究结晶过程，由于基本粒子团的碰撞而产生结晶。

在此条件下结晶中心产生取决于如下方程式:如果用△Fmax表示生成晶胚消耗的功，那么晶胚生成的速度能够用如下关系式确定:根据上面关系式，生成晶胚的速度随着温度的增加和相间界面能的减小而增加。

在极大过饱和情况下，由于溶液的粘度增加，妨碍新生相晶胚生成，使晶胚生长速度下降。

为了考虑这种现象还应引入一指数项Ea，它取决于溶液的粘度。

这样生成晶胚的速度方程式表示为:由此看出，掺少量表面活性剂能降低晶胚一原相界面相间的表面能(AK)，降低溶液的粘度(Ea)以及增加温度能加速晶胚生成速度。

另外掺外加剂增加液相过饱和程度或增加结晶中心也能加速结晶过程。

因此复合外加剂对改性混凝土性能能起决定作用。

复合外加剂通常由表面活性剂或高效减水剂与有机或无机盐组成。

其中每一种外加剂的存在在水泥石结构形成的不同阶段起作用。

通过各种外加剂适当复合(成分和比例)能以最有效的方式影响固相和液相的反应性能以及水泥石结晶结构的物理力学性质。

因此作为高效能超缓凝复合外加剂应当具备如下作用:(1)排除吸附在水泥粒子上的空气，使水泥水化完全;(2)短时间内屏蔽水泥粒子间的引力和斥力使水泥塑化;(3)强化离子变换过程，使水泥水化的诱导期延长(初凝时间)。

2超缓凝复合外加剂研制技术线路目前，国内复合外加剂配方设计多选用二两种或多种原料进行多元复合，然后根据试验结果确定配方是否可行。

可分别采用水泥净浆性能、混凝土能试验进行比选。

考虑各组分的作用以及交互作用，试验中为减少试验工量也可采取正交试验设计，然后对试验数据进行处理找出最佳的组分以及组合比例，再进行水泥净浆性能或混凝土性能试验，确定配方中的原料品种及复合比例。

本此试验采用高效减水剂与缓凝剂复合的方法对碾压混凝土用复合外加剂进行试验研究，高效减水剂主要起减水的作用，缓凝剂作为凝组分主要起延缓凝结时间的作用，同时对减水率及其它性能有所改善。

主要从以下几个方面对复合外加剂进行测试:(1)减水率;(2)坍落度(S L值)经时损失;(3)初、终凝时间;(4)拌合物性能。

本次试验研究中，采用的设计路线及步骤如下:1.确定产品价位、性能，拟定掺量范围;2.母料选择;3.缓凝组分选择;.4混凝土性能试验;5.中试结果分析总结，确定配方。

根据市场情况我们选择水泥适应性好的氨基磺酸盐高效减水剂作为主要母料(自己合成),便于配方设计.3超缓凝复合外加剂缓凝组分选择3.1国内常用缓凝剂性能比较缓凝剂可分为有机和无机两大类。

有机缓凝剂包括:木质素磺酸盐、羟基羧酸及其盐、多元醇及其衍生物，糖类及碳水化合物。

有机缓凝剂主要是使C3A水化减慢，木质素磺酸盐更能使C4AF水化延缓，但其成分不同时，有时会发生假凝现象。

各种羟基羧酸极其盐，如酒石酸、柠檬酸、苹果酸、水杨酸、葡萄糖酸及它们的盐是常用的缓凝剂，其中以葡萄糖酸盐的效果最佳。

木质素磺酸盐价格低廉性能好，应用比较广泛，羟基羧酸及其盐价格较高，但调凝效果好、适应性能好，使用量也持续增长。

缓凝剂对不同水泥矿物体系的水化过程的影响:3.2超缓凝复合外加剂缓凝组分比选试验在选择缓凝组分时，首先用常用的缓凝剂进行水泥净浆凝结时间试验，然后综合考虑市场供应情况、价格、性能等因素，选择三种左右的类缓凝剂复合母料后进行试验。

各缓凝剂对双猴水泥试验数据表明，掺焦磷酸钠、三聚磷酸钠、葡萄糖酸钠、蔗糖的水泥净浆凝结时间较长，蔗糖价格低，但是其净浆泌水严重，而且掺量高时急凝，混凝土强度降低;葡萄糖酸钠有少量泌水，凝结时间尚可，本次试验中首先采用葡萄糖进行配方设计试验，柠檬酸、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、作为调凝补充调整组分。

.3.3外加剂缓凝组分确定x根据施工要求C30混凝土采用双猴水泥,南热二电厂一级粉煤灰,参照成功配合比确定以下配合比,通过正交试验筛选,确定最终的缓凝组分为:葡萄糖酸钠0.08%,柠檬酸0.08%,三聚磷酸钠0.05%4 超缓凝混凝土中试为了慎重起见, ,我们决定配合施工单位进行中试, 根据试验结果确定的配方在试验过程中发现凝结时间不够,通过研究发现由于水泥供应紧张,没有陈化,水泥车中水泥就有70~80度,影响混凝土凝结时间,必须增加缓凝剂用量,延长混凝土凝结时间.最终的缓凝组分:葡萄糖酸钠0.10%,柠檬酸0.10%,三聚磷酸钠0.05%5工程应用经过近两个月的施工,共完成咬合桩 1 244根,灌注砼约12 700m3。

混凝土凝结时间完全满足设计施工要求,现主体已建成投入使用。

主要结论超缓凝复合外加剂的试验研究在大量测试成果的基础上，提出了既能满足设计配合比要求，又能满足工程施工工艺的要求，满足咬合桩混凝土施工要求的专用复合外加剂。

为此大致进行了以下工作:1、通过理论探讨，阐明了混凝土外加剂的缓凝机理，为超缓凝复合外加剂的配方设计找出了理论根据。

2、通过对国内复合外加剂的设计原理进行研究分析，确定了超缓凝复合外加剂的研制线路。

3、经过对复合外加剂原料的性能进行试验对比，确定了本次超缓复合外加剂原料选择范围。