南四湖湖西洼地治理工程混凝土性能影響研究

劉 松，王 晨，武蘭蕊

（徐州市銅山區(qū)水利工程建設(shè)中心,江蘇 徐州 221000）

0 引言

水工混凝土在施工過程中要求混凝土兼具良好的流動(dòng)性、適中的粘聚性以及優(yōu)異的保水性,針對(duì)密集鋼筋以及多腔異形等特殊結(jié)構(gòu),混凝土通過率良好,自密實(shí)性能優(yōu)異,有效填充密實(shí)結(jié)構(gòu)。保坍劑由于具有良好的損失時(shí)間調(diào)節(jié)功能,廣泛應(yīng)用于超高泵送、大體量筏板、長(zhǎng)距離大跨度等具有較高損失時(shí)間要求的項(xiàng)目中。在不影響混凝土抗壓強(qiáng)度的前提下,根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求,適當(dāng)延長(zhǎng)保坍時(shí)間,可適當(dāng)延緩水化放熱峰的出現(xiàn)時(shí)間,降低水化放熱速率,針對(duì)超長(zhǎng)距離、超高高度的泵送,達(dá)到3 h甚至更長(zhǎng)時(shí)間的不損失,確保項(xiàng)目具有充足的時(shí)間完成復(fù)雜工藝的施工。工程材料是工程質(zhì)量的基礎(chǔ),為了保證南四湖湖西洼地治理工程施工質(zhì)量,開展混凝土配合比設(shè)計(jì),在聚羧酸減水劑中引入普通保坍組分和長(zhǎng)效保坍組分,有效解決了短期損失以及長(zhǎng)期損失的問題,通過對(duì)不同階段混凝土擴(kuò)展度、倒筒時(shí)間、抗壓強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試,研究不同保坍組分的搭配比例。

1 工程概況

南四湖湖西洼地治理工程（銅山區(qū)）為江蘇省淮河流域重點(diǎn)平原洼地近期治理工程的分項(xiàng)工程,位于銅山區(qū)馬坡鎮(zhèn)境內(nèi)。在梳理現(xiàn)狀水系的基礎(chǔ)上,通過疏浚境內(nèi)骨干河道提高排澇標(biāo)準(zhǔn),對(duì)骨干河道沿線排澇干溝進(jìn)行清淤疏浚,配套完善沿線擋排建筑物,完善內(nèi)部抽排泵站等措施,改善銅山境內(nèi)湖西洼地防洪除澇條件,進(jìn)一步提高該地區(qū)的除澇減災(zāi)能力。工程需拆建支莊閘、尚溝站、拆建橋梁5 座,基礎(chǔ)防護(hù)4 座?？绾訕蛄汗こ碳?jí)別均采用公路-Ⅱ級(jí)。施工中要求混凝土具有良好的流動(dòng)性、粘聚性以及保水性。

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)水泥為P·O42.5 級(jí)水泥,測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量27.7%,膠砂3 d抗壓強(qiáng)度28.6 MPa,28 d抗壓強(qiáng)度51.8 MPa；試驗(yàn)微珠,測(cè)試細(xì)度5.3%,燒失量1.2%,需水量比91%；試驗(yàn)礦粉比表面積420 m2/kg,膠砂7 d活性指數(shù)79%,28 d活性指數(shù)101%；試驗(yàn)中粗河砂,細(xì)度模數(shù)2.7,含泥量1.9%,碎石5 mm～25 mm連續(xù)級(jí)配,壓碎指標(biāo)9%,含泥量0.2%；外加劑為保坍型聚羧酸高效外加劑,固含量17.6%,減水率18%；水為自來水。

3 水工混凝土配合比設(shè)計(jì)

針對(duì)混凝土等待時(shí)間久、天氣炎熱以及施工時(shí)間長(zhǎng)等問題,須確保體系流動(dòng)度好、粘聚性適中、保水性優(yōu)異,且在2 h或者3 h之內(nèi)擴(kuò)展度不損失。在現(xiàn)有配合比的基礎(chǔ)上,引入具有普通保坍組分和長(zhǎng)效保坍組分的聚羧酸減水劑,改善損失性能。粉料總用量為460 kg/m3,通過基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)確定微珠取代率20%,礦粉取代率20%,緩凝組分1摻量范圍0～2.5%,緩凝組分2摻量范圍0～2.5%,通過調(diào)整聚羧酸減水劑不同組分的搭配比例,達(dá)到調(diào)整混凝土和易性的目的,具體配合比見表1。

表1 混凝土配合比 單位：kg/m3

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 水工混凝土和易性影響因素研究

針對(duì)項(xiàng)目出現(xiàn)的損失過快、施工性能不佳等質(zhì)量問題,研究普通保坍組分和長(zhǎng)效保坍組分的搭配比例、礦物摻合料取代因素的綜合影響,測(cè)試混凝土流動(dòng)度、倒筒時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo),具體測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 混凝土性能測(cè)試

圖1 不同因素對(duì)水工混凝土流動(dòng)度的影響

由測(cè)試結(jié)果知,普通保坍組分和長(zhǎng)效保坍組分的作用時(shí)間有所區(qū)別,普通保坍組分主要在1 h發(fā)揮作用,長(zhǎng)效保坍組分主要在2 h發(fā)揮作用。當(dāng)初始擴(kuò)展度一致時(shí),隨著保坍組分的增加,混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),表明保坍組分發(fā)揮作用有限,過多的加入將會(huì)導(dǎo)致體系離析,泌水泌漿,嚴(yán)重影響主體質(zhì)量。結(jié)合項(xiàng)目對(duì)損失時(shí)間的要求,基于測(cè)試結(jié)果,確定聚羧酸減水劑中普通保坍組分的摻量為3.0%,長(zhǎng)效保坍組分的摻量為1.5%。同時(shí)對(duì)兩種最佳摻量保坍組分進(jìn)行復(fù)合實(shí)驗(yàn),和易性良好,無泌水泌漿,混凝土粘度適中,松軟,倒筒時(shí)間適中,2 h混凝土擴(kuò)展度無損失,滿足項(xiàng)目施工要求。

4.2 水工混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素研究

研究聚羧酸減水劑中保坍組分摻量對(duì)于混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響,具體測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度

由圖2可知,聚羧酸減水劑中保坍組分的引入對(duì)于混凝土抗壓強(qiáng)度幾乎無影響影響。礦物摻合料中礦粉、微珠對(duì)于混凝土中長(zhǎng)齡期抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大。當(dāng)聚羧酸減水劑中普通保坍組分的摻量為3.0%,長(zhǎng)效保坍組分的摻量為1.5%時(shí),混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度正常,符合施工要求,拆?；貜棌?qiáng)度也滿足要求。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

4.3 水工混凝土水化放熱模擬實(shí)驗(yàn)研究

針對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)開展水化放熱模擬實(shí)驗(yàn),研究聚羧酸減水劑中保坍組分以及礦物摻合料摻量對(duì)體系水化放熱溫升性能的影響,避免由于局部溫升過快導(dǎo)致的開裂問題出現(xiàn),確定最佳保坍組分搭配比例以及礦物摻合料最佳取代率。

圖3 混凝土14d 應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

通過模擬水化放熱實(shí)驗(yàn),基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)確定的礦物摻合料摻量以及保坍組分的搭配比例下,水化放熱平穩(wěn),溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常,內(nèi)外溫差基本處于25℃以內(nèi),拆模表觀正常,無蜂窩麻面,無開裂,為施工提供了有力的理論依據(jù)。

5 結(jié)論

水工混凝土要求混凝土在一定時(shí)間內(nèi)不發(fā)生坍落度損失,確保施工性能穩(wěn)定,泵送順利,不堵管,不發(fā)生由于損失導(dǎo)致的質(zhì)量問題,提升施工效率。需要在聚羧酸減水劑中引入具有保坍功能組分,依據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求,調(diào)整普通保坍組分與長(zhǎng)效保坍組分的搭配比例,從而實(shí)現(xiàn)合理的損失時(shí)間,避免過早損失、長(zhǎng)時(shí)間不損失導(dǎo)致的質(zhì)量問題。通過現(xiàn)場(chǎng)使用的混凝土聚羧酸減水劑中引入具有保坍功能組分實(shí)驗(yàn),得到如下結(jié)論：

（1）聚羧酸減水劑中保坍組分對(duì)混凝土擴(kuò)展度影響極大,隨著保坍組分占比的提升,混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)聚羧酸減水劑中普通保坍組分的摻量為3.0%,長(zhǎng)效保坍組分的摻量為1.5%時(shí),混凝土2 h無損失,和易性良好。

（2）聚羧酸減水劑中保坍組分對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響不大,當(dāng)聚羧酸減水劑中普通保坍組分的摻量為3.0%,長(zhǎng)效保坍組分的摻量為1.5%時(shí),混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度均符合施工要求。

（3）開展實(shí)體水化放熱模擬實(shí)驗(yàn),通過優(yōu)化保坍組分搭配比例及礦物摻合料摻量,所選比例水化放熱良好,無開裂。