南水北調(diào)東線工程高性能泵站混凝土試驗(yàn)研究

陳建國，周立新，胡智農(nóng)

（1.廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，南寧 530023；2.南京水利科學(xué)研究院，南京 210000）

南水北調(diào)東線工程高性能泵站混凝土試驗(yàn)研究

陳建國1，周立新1，胡智農(nóng)2

（1.廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，南寧 530023；2.南京水利科學(xué)研究院，南京 210000）

針對(duì)南水北調(diào)東線工程泵站混凝土高性能化的要求，通過摻入超細(xì)摻合料及高效外加劑，配置出了不同強(qiáng)度等級(jí)的高性能混凝土。并且研究了不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土力學(xué)性能、耐久性能及體積穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明：摻入超細(xì)摻合料及高效外加劑，改善了混凝土力學(xué)性能、耐久性能及體積穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了泵站混凝土高性能化的要求。

南水北調(diào)東線工程；泵站混凝土；力學(xué)性能；耐久性能；體積穩(wěn)定性

南水北調(diào)東線工程利用江蘇省江水北調(diào)工程，擴(kuò)大規(guī)模，向北延伸。規(guī)劃從江蘇省揚(yáng)州附近的長江干流引水，利用京杭大運(yùn)河及與其平行的河道輸水，連通洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖，并作為調(diào)蓄水庫，經(jīng)泵站逐級(jí)提水進(jìn)入東平湖后，分水兩路，一路向北穿黃河后自流到天津；另一路向東經(jīng)新辟的膠東地區(qū)輸水干線接引黃濟(jì)青渠道，向膠東地區(qū)供水。因此，南水北調(diào)東線工程需要新建大量泵站，泵站混凝土質(zhì)量直接關(guān)系到南水北調(diào)東線泵站工程的質(zhì)量。

國內(nèi)外大量學(xué)者對(duì)混凝土耐久性進(jìn)行了比較深入的研究，許多論著［1-3］取得了一定成果?，F(xiàn)今，摻合料的研究是使混凝土高性能的常見手段，比較常用的是單摻粉煤灰［4-7］可以改善新拌混凝土的工作性能，減少坍落度損失，而且對(duì)改善水泥漿體密實(shí)性，提高抗?jié)B性乃至耐久性均有良好作用。但是系統(tǒng)研究泵站混凝土力學(xué)性能、耐久性及體積穩(wěn)定性相關(guān)研究并未見報(bào)道。本文通過大量的室內(nèi)研究，配置出了南水北調(diào)工程C20，C25，C30高性能泵站混凝土。

1 試驗(yàn)原材料及配合比

1.1 原材料

泵站工程采用淮安沂州水泥有限公司生產(chǎn)的沂州牌P·O42.5#水泥，粉煤灰采用了邳州市力源徐電有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，纖維采用了江蘇丹陽合成纖維廠生產(chǎn)的聚丙烯丹強(qiáng)絲，細(xì)骨料為駱馬湖砂，骨料為盱眙產(chǎn)的玄武巖碎石。

1.2 配合比

試驗(yàn)配合比見表1、表2及表3。

表1 C20高性能泵站混凝土試驗(yàn)配合比單位：%

表2 C25高性能泵站混凝土試驗(yàn)配合比單位：%

表3 C30高性能泵站混凝土試驗(yàn)配合比單位：%

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)參照SL352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的規(guī)定進(jìn)行。分別進(jìn)行了C20，C25，C30不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 C20，C25，C30立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，對(duì)于C20級(jí)混凝土，7d抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加先下降后增加，原因是粉煤灰在早期只起填充作用，而粉煤灰摻量從10%增加到30%，混凝土強(qiáng)度又在增加，這主要是因?yàn)樵黾臃勖夯覔搅康耐瑫r(shí)進(jìn)一步降低了水膠比，因此，水膠比是決定混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因數(shù)。對(duì)于C25，C30級(jí)混凝土早期7d和28d強(qiáng)度都比較接近，這說明降低水膠比是解決混凝土抗壓強(qiáng)度和粉煤灰摻量之間矛盾的關(guān)鍵。而后期，90d混凝土抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加都有所提高，這是因?yàn)殡S著粉煤灰中活性SiO2和Al2O3與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2作用，生成具有膠凝性能的二次產(chǎn)物水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，使水泥石中的水化膠凝物質(zhì)的數(shù)量增加，改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，使水泥漿體的孔隙率明顯下降，強(qiáng)化了骨料界面的粘結(jié)力，提高了混凝土的強(qiáng)度。

2.2 軸心抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓彈性模量

試驗(yàn)參照SL352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的規(guī)定，分別進(jìn)行了C20，C25，C30不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與抗壓彈模試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與抗壓彈性模量

由表5可知，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量隨著混凝土抗壓強(qiáng)度的提高而提高，粉煤灰摻量增加的同時(shí)降低水膠比，可以提高混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量，說明水膠比仍是影響混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量的關(guān)鍵因數(shù)。

2.3 抗?jié)B性

試驗(yàn)參照SL352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的規(guī)定。分別進(jìn)行了C20，C25，C30不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

由表6可以看出：①C30混凝土抗?jié)B性好于C25和C20，其主要原因是C30的水膠比＜C25＜C20；②C20，C25，C30混凝土都隨粉煤灰摻量的增加，混凝土的抗?jié)B性變好，這是因?yàn)榉勖夯倚?yīng)的兩次水化作用、減水作用和微骨料作用使混凝土的密實(shí)度大大提高，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低了混凝土的孔隙率，有效地提高了混凝土的抗?jié)B性能。再者，復(fù)合外加劑的加入所形成的微小氣泡切斷毛細(xì)孔連續(xù)性，隔斷了水泥石中水的毛細(xì)滲透通道，從而降低了混凝土的滲透性。

2.4 抗凍性

試驗(yàn)參照SL352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的規(guī)定。分別進(jìn)行了C20，C25，C30不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土抗凍性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 混凝土抗凍性能試驗(yàn)

由表7可知，經(jīng)過300次凍融循環(huán)之后，C20混凝土動(dòng)彈性模量損失不超過20%，C25，C30混凝土動(dòng)彈性模量損失不超過15%，具有較好的抗凍性，能很好地滿足泵站混凝土的抗凍要求。各組配比總的規(guī)律都是隨著凍融次數(shù)的增加混凝土動(dòng)彈性模量降低，300次凍融循環(huán)后，同一強(qiáng)度等級(jí)，不同粉煤灰摻量的混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量接近。

2.5 干縮性能

試驗(yàn)參照SL352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的規(guī)定。分別進(jìn)行了C25，C30不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土干縮性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。

由圖1和圖2可知：①C30混凝土干縮率＞C25混凝土的干縮率。雖然混凝土中膠凝相較為密實(shí)，但平均孔隙直徑相差明顯，C30要小于C25各組。根據(jù)毛細(xì)管應(yīng)力理論，毛細(xì)孔越小則失水時(shí)引起的毛細(xì)管張力越大，造成干縮率增大，故C30各組干縮明顯大于C25各組。②增加粉煤灰摻量的同時(shí)降低水膠比，混凝土干縮率增加，說明水膠比仍然是影響混凝土干縮率的關(guān)鍵因素。

圖1 C25混凝土干縮率隨齡期的變化

圖2 C30混凝土干縮率隨齡期的變化

3 結(jié)語

（1）C20，C25，C30配比混凝土試件各齡期的立方體抗壓強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，且顯現(xiàn)出比較相似的規(guī)律，除C20混凝土7d強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加先下降后提高，其余各組配比強(qiáng)度均隨著粉煤灰摻量的增加而略有提高?；炷凛S心抗拉強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、抗拉彈模和抗壓彈性模量與混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出類似的規(guī)律，所有配比的拉壓比都在0.1左右，拉壓比較高，有利于提高泵站混凝土抗裂水平。

（2）C20，C25，C30各組配比混凝土的抗?jié)B性隨著粉煤灰摻量的增加而提高，說明粉煤灰可以優(yōu)化混凝土孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗?jié)B性，抗?jié)B等級(jí)都能達(dá)到W8；通過加入不超過30%的一級(jí)粉煤灰，同時(shí)加入0.75%左右的萘系減水劑和0.012%左右的松香熱聚物類引氣劑，控制混凝土含氣量在4%左右，泵站混凝土抗凍等級(jí)能夠達(dá)到F300。

（3）C25和C30各配比干縮率均比較，表現(xiàn)出相似規(guī)律，即早期干縮較大，而后期干縮趨于平穩(wěn)，對(duì)泵站混凝土應(yīng)加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。與此同時(shí)隨著膠凝材料用量的增加，混凝土試件的干縮率有明顯增加。

［1］趙國藩，金偉良，貢金鑫.結(jié)構(gòu)可靠度理論［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］張譽(yù).結(jié)構(gòu)耐久性研究的展望——現(xiàn)代土木工程的新進(jìn)展［M］.南京:東南大學(xué)出版社，1998.

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［5］顏承越，顏小斌.粉煤灰混凝土碳化速度驗(yàn)評(píng)的幾個(gè)問題［J］.粉煤灰，1995（3）：20-25.

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［7］楊靜，覃維祖.粉煤灰對(duì)高性能混凝土的影響［J］.混凝土與水泥制品，1998（5）:10-14.

Research on Concrete of Pump Station in the East Route of South-North Water Diversion Project

CHEN Jian-guo1，ZHOU Li-xin1，HU Zhi-nong2
（1.Guangxi Hydraulic Research Institute，Nanning 530023，China；
2.Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210000，China）

To achieve high performance concrete of pump station of the East Route in South-North Water Diversion Project，double-admixing with super fine powder and high efficient additives was used to make different strength concrete. Mechanical properties，durabilityand stability were studied.The results show that mechanical properties，durability and stability were improved by double-admixing with super fine powder and high efficient additives，Realized high performance concrete of pump station.

East Route in South-North Water Diversion Project；concrete of pump station；mechanical properties；durability；stability

TV431

A

1672-9900（2013）01-0047-04

2012-10-29

陳建國（1984-），男（漢族），江蘇常州人，工程師，主要從事水工混凝土材料研究，（Tel）13878164958。