混凝土工程研究管理论文
时间：2022-06-27 05:24:00
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1前言
1.1工程简况
三峡工程泄洪深孔共有23个，布置在各坝段中部，进水门底高程90m，孔口尺寸7m×9m，设计水头85m，出口流速35m/s。根据水库调度要求，当汛期入库流量大于发电流量(约20000m3/s)，即须运用深孔泄洪，因而启用频繁，，每个坝段沿水流方向分为三块，最狭长仓位为下块，仓面面积为2m×3m×41m，K宽比达13.7，高标号抗冲磨混凝土分布在孔门周边1m范围，结构体形复杂，加之由于施工周期长而无法避免在夏季高温时期浇筑，温控防裂问题十分突出。
1.2施工要求
按照即将颁布的抗冲磨混凝土规范要求，当流速V=25～35m/s，含砂率≤2kg/m3时，混凝土标号≥C40，保证率P=95%，考虑到三峡工程的重要性，设计提出部分抗冲磨混凝土标号提高到R28450#。具体要求为：
1)深孔过流面抗冲磨混凝土采用525#中热水泥，掺优质减水剂(减水率达到30%左右)拌制，视部位运用要求可分别按10%、20%控制掺入Ⅰ级优质粉煤灰。并要求具有抗冲磨性，抗冻D250，抗渗S10，最大水胶比0.35；
2)深孔孔底及孔侧下部沿高度2m范围内，采用1m厚的R28450#混凝土；
3)深孔孔侧下部沿高度2m范围以上及有压段孔顶，采用1m厚的R28400#混凝土；
4)夏季浇筑泄洪深孔抗冲磨混凝土应满足的温控条件：
混凝土最高温升：5月、9月，37℃；6月～8月，39℃～40℃
混凝土出机口温度：拌和楼全部按7℃控制(三级配按7℃考核，二级配按9℃考核)
混凝土浇筑温度：三级配，14℃～16℃二级配，16℃～18℃
1.3X404的引出
最初确定的抗冲磨混凝土配合比水泥用量为323kg/m3，混凝土内部最高温升可达53℃～55℃，显然对温控防裂极为不利。因而，抗冲磨混凝土的目标是在适应施工方案，满足混凝土设计技术指标的前提下，优化配合比设计，采用高效减水剂，尽可能降低用水量，从而使深孔抗冲磨混凝土达到高性能大坝混凝土的要求，具有较高的抗裂性、抗冲磨性和良好的工作性。经过有关研究机构的反复论证，考虑三峡工程的重要性和目前混凝土运输采用供料线、塔带机直接入仓的方式和拌和楼配置等特点，在前期大量研究成果的基础上，确定在深孔抗冲磨混凝土试验中优先选用X404高效减水剂。
X404是一种新型的第三代高效缓凝减水剂，具有高减水率、低坍落度损失、低泌水的特点，其减水率可达到30%以上。它与传统的萘系或蜜胺系减水剂不同，是完全不含甲醛的磺酸根的丙烯酸共聚高分子外加剂。它不含氯离子，不会造成钢筋的腐蚀。X404在国内大体积混凝土中未有应用先例，其性能如何还需在工程试验中得到证实。
2室内试验
2.1试验材料
(1)水泥：葛洲坝水泥厂生产的中热525#水泥。
(2)粉煤灰：选用安徽平圩优质一级粉煤灰和江苏南通合格一级粉煤灰进行对比试验
(3)骨料：采用下岸溪人工砂，采用古树岭人工碎石
(4)外加剂：减水剂采用X404，引气剂采只DH9。
2.2混凝土性能试验
混凝土性能试验参数及成果见表1和表2。
(1)强度
混凝土设计标号为R28450#，保证率95%，CV值取0.10，计算出R28450#的配制强度为53.8MPa从表2可知，在水胶比为0.30，粉煤灰掺量不大于20%的配合比强度满足要求。
(2)抗冲磨强度
抗冲磨试验在自制的旋转式水砂冲磨机上完成，用含砂率2%的水流，流速为27m/s，每冲磨30min后换水换砂为一循环，连续冲磨12个循环(6h)后测得。
表1混凝土性能试验参数表
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试验编号水胶比用水量(kg/m3)F品种F(%)S(%)减水剂引气剂掺量(/万)坍落度(cm)含气量
品种掺量
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1-10.30123/034X4041%25.24.1
1-20.30113优质1034X4041%2.57.24.9
1-30.30107优质2034X4041%35.54.7
1-40.30125合格1034X4041%44.64.8
1-50.30118合格2034X4041%46.54.6
1-60.32123/034.5X4041%26.55.3
1-70.32112优质1034.5X4041%2.55.44.6
1-80.32110优质2034.5X4041%35.84.8
1-90.32123合格1034.5X4041%36.95.1
1-100.32118合格2034.5X4041%44.64.5
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表2混凝土性能试验成果表
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抗压强度(MPa)劈拉强度(MPa)28d抗冲磨强度
试验编号
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28d抗冻28d抗渗
7d28d7d28d(h/kg/m2)
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1-147.259.52.743.771.51>D250>S11
1-242.760.82.363.091.48>D250>S11
1-340.456.32.502.911.19>D250>S11
1-446.558.22.613.601.38>D250>S11
1-543.357.42.263.351.22>D250>S11
1-639.948.82.452.891.38>D250>S11
1-737.351.62.253.091.32>D250>S11
1-834.243.42.002.581.24>D250>S11
1-935.549.62.103.081.27>D250>S11
1-1037.250.82.372.961.16>D250>S11
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不同水胶比不同粉煤灰掺量的混凝土抗冲磨强度对比见图1。
从图1可知：混凝土抗冲磨强度与粉煤灰掺量关系较明显，粉煤灰掺量增大，混凝土抗冲磨强度降低。粉煤灰掺量由0%增加到10%，抗冲磨强度降低约2%～8%；粉煤灰掺量由0%增加到20%，抗冲磨强度降低约10%～22%。
因而，从抗冲磨性能考虑，粉煤灰掺量不宜大于10%。
图1不同水胶比的混凝土抗冲磨强度～F关系曲线
(3)抗冻、抗渗性能
从表2中，各种混凝土的28d抗冻均大于D250，28d抗渗均大于S11，因而，它具有良好的抗冻和抗渗性能。
(4)干缩变形
干缩变形试验与同水胶比的掺用ZB-1A拌制的混凝土进行对比试验。各配合比的干缩变形试验成果见图2。
从干缩试验结果可看出，掺用X404拌制的混凝土(以下简称X404混凝土)的干缩变形均小于掺用ZB-1A拌制的混凝土，这是由于X404的减水率较高，掺用其拌制的混凝土，每m3混凝土可减少胶凝材料用量30kg，使混凝土干缩减少。室内试验成果表明：
(1)针对R28450#混凝土，宜选用水胶比为0.30，粉煤灰掺量不宜大于10%。
图2水胶比为0.30的混凝土干缩变形图
(2)采用X404，在优质一级粉煤灰掺量10%的情况下，单方混凝土可减少胶凝材料40kg，抑制混凝土温升约4℃，对夏季温控较为有利，对混凝土性能也有较大提高。
(3)抗冲磨混凝土宜采用优质Ⅰ级粉煤灰。
(4)R28450#混凝土推荐配合比如下：
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配合比参数每m3材料用量(kg)
设计水泥
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标号品种C/WWS(%)F(%)水水泥粉煤灰人工砂碎石X404(%)DH9
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R28450#、D250、S10/二中热525113341011333938657131612.50
0.30
107342010728671664132713.00
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3生产性试验
考虑深孔抗冲磨混凝土的施工特点及应用要求，生产性试验配合比做了如下调整：
(1)X404掺量由1%下调至0.8%；
(2)在满足抗冲磨性的前提下，适当降低DH9的掺量，现场按1/10000控制；
(3)抗冻标号由D250下调至D150。
X404混凝土的现场生产性试验采用掺X404和掺JG3的R28400#对比，在泄洪坝段进行了机口、仓面检测及仪埋内温观测，以验证室内试验成果，调整配合比和工艺参数。
3.1拌和时间
试验开始以240s为基点进行拌和，拌和好后目测拌和物均匀性。最后确定搅拌机时间按采用150s生产。
3.2机口及仓面检测
机口及仓面检测成果见表3、表4、表5。
表3
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凝结时间(h:m)混凝土用水量(kg/m3)仓面坍落度
标号坯层减水剂取样坍落度含气量温度
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品种时间(cm)(%)(℃)初凝终凝实际加水量与预定量差值
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JG39：353.62.610.0//126.4+5.46.6cm
一
X4049：506.53.09.06：378：43109.2+2.27.2cm
二JG3////////
R28400#X40412：459.04.17.0//110.8+3.8
三JG314：402.12.78.0//128.1+7.1
X40415：025.43.08.0//109.2+2.2
四JG317：452.53.510.0//128.1+7.1
X4043.03.59.0//109.2+2.2
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注：①凝结时间在室外进行，环境温度在28℃～34℃，湿度为36%～60%
②拌和用水量栏“+”为超水
表4X404混凝土拌和物坍落度落度、含气量损失试验成果表
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损失率/测值环境条件
项目初始值
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30min60min90min120min
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坍落度(cm)6.536.9/4.149.2/3.363.1/2.476.9/1.5环境温度30℃～34℃，湿度57%～60%
含气量(%)3.06.7/2.820/2.46.7/2.813.3/2.6
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表5混凝土性能检测成果表
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抗压强度(MPa)劈拉强度(MPa)极限拉伸(×10-6)
混凝土减水剂坍落度含气量
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28d抗冻
标号品种(cm)(%)3d7d28d3d7d28d7d28d
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R28400#JG33.62.628.139.051.32.072.283.0093.4102>D150
X4046.53.035.143.256.72.312.473.9793.2110>D150
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3.4混凝土内部温度观测
现场共埋设三支电阻式温度计，其中编号为T1温度计位于掺用JG3的R28400#混凝土部位，编号为T2温度计位于掺用X404的R28400#豁凝土部位，编号为T3温度计位于掺用JG3的R901300#三级配混凝土部位。
最高温峰及温峰出现时间见表6。温度变化过程线见图3。
表6混凝土最高温峰及温峰出现时间一览表
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标号极配外加剂品种最高温峰值温峰出现时间(h)
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R28400#JG346.349
R28400#X40440.340.2
R28300#JG339.3113.5
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根据现场试验可看出X404混凝土具有以下特点：
(1)流动度好，施工和易性能得到大大改善；
(2)在温度较高的情况下，X404混凝土坍落度损失及含气量损失较小，对高温季节混凝土施工有利；
(3)X404混凝土比JG3混凝土抗压和劈拉强度略高，极拉值接近。但JG3混凝土坍落度和含气量控制偏低，若坍落度和含气量相同，X404混凝土性能优于JC3混凝土；
(4)在同等条件下，X404混凝土比JG3混凝土可降低胶凝材料47kg，可使混凝土温峰值降低5℃～6℃，对防止混凝土产生温度裂缝和保持混凝土体积的稳定性较为有利。
3.3仓面浇筑
采用塔带机平浇法浇筑，手持振捣棒振捣，骨料集中有专人分散、撒匀，仓面喷雾、保温及时，模板周边二次复振一般在振捣后20min内进行。浇筑时即开始通8℃制冷水，收仓后养护情况良好。
仓面坍落度测值见表4，说明在高温条件下，X404混凝土坍落度损失较小。
X404混凝土在某些方面的特性不同于普通混凝土：
(1)当振捣停止后，混凝土就停止流动，说明X404混凝土的触变性较好，在复振情况下，混凝土有可能过振。插入式振捣器插入的间距更紧密，比普通混凝土更深入。要特别留意各坯混凝土间的界面，需要振动以预防冷缝产生，即使很少的混凝土量也是如此。
(2)X404混凝土的通水及养护在振捣结束后必须迅速实施，否则混凝土塑性开裂的几率将大大增加，这是由于X404混凝土的低泌水性造成的。
(3)X404混凝土对水很敏感，坍落度有突变现象，因而，施工中对用水量的控制要精确。
(4)X404混凝土经振捣后骨料容易下沉，表层浮有一层气泡和油脂状物质，但收仓后冲毛的混凝土表面可见粗骨料，初步分析原因为X404混凝土内摩擦力小，自流平性能好。
图3温度变化过程线
4结语
通过对X404混凝土的试验，可以得如下基本结论：减水带来的负面影响如加冰困难、坍落度突变控制等问题尚要在今后的施工中进一
(1)X404混凝土抗冲磨性能好，干缩变形小；
(2)X404混凝土工作性好，自流平性能好，易于施工；
(3)X404可使混凝土温峰值降低5℃～6℃，对提高混凝土抗裂性和保持混凝土体积的稳定性较为有利。因此，X404高效减水剂在深孔抗冲磨混凝土中的应用，较好的解决了夏季施工的矛盾。但对于高步总结经验。
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