某海嶼閘改建工程混凝土配合比設(shè)計(jì)研究

方祖鋒

（中達(dá)（福建）建設(shè)服務(wù)有限公司,福建 泉州 362000）

0 引言

混凝土配合比設(shè)計(jì)影響要素較多,設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮工作性能要求、施工性能要求、力學(xué)性能及耐久性能等要求。配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中除了良好的砂率,膠凝材料體系的種類(lèi)及搭配也至關(guān)重要,膠凝材料選取合理,一定程度上可以降低膠凝材料水化熱,確保混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度保持不變甚至略有提升。優(yōu)異的流動(dòng)性、粘聚性以及保水性,混凝土容易通過(guò)復(fù)雜密集鋼筋、異形結(jié)構(gòu),不跑漿、不泌水。高性能混凝土施工過(guò)程中容易出現(xiàn)配合比設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的混凝土和易性差等質(zhì)量問(wèn)題,其本質(zhì)原因在于原材料選取及配合比設(shè)計(jì)[1-2]。品質(zhì)優(yōu)異的粉煤灰、礦粉以及硅灰,對(duì)于改善混凝土和易性能,延緩混凝土水化放熱量,避免結(jié)構(gòu)由于熱量過(guò)高出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題,臺(tái)州市椒江區(qū)海嶼閘改建工程澆筑混凝土基本性能較差導(dǎo)致堵管等質(zhì)量問(wèn)題,研究不同影響因素對(duì)坍落擴(kuò)展度、倒筒時(shí)間以及力學(xué)性能的影響規(guī)律,結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn),開(kāi)展高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的影響因素研究。

1 工程概況

海嶼閘改建工程位于沿海地區(qū),為重建水閘工程。本次海嶼閘提級(jí)加固,保留邊墩、護(hù)坦、內(nèi)外海側(cè)翼墻,對(duì)底板、中墩、啟閉機(jī)室、檢修橋、背海側(cè)交通橋拆除重建。加高原翼墻。新建臨海側(cè)、背海側(cè)導(dǎo)流墻,與原翼墻平順連接。新建海嶼閘總凈寬為85 m,孔口尺寸8.5 m×4.0 m,共10 孔,閘室底板頂高程-2.5 m,順?biāo)鞣较蜷l室總長(zhǎng)為17.5 m。中墩為縫墩,厚度2.0 m,邊墩厚度1.0 m。臨海側(cè)閘室起點(diǎn)距離2.0 m處設(shè)外港檢修閘門(mén),5.5 m處設(shè)工作閘門(mén),7.9 m處設(shè)內(nèi)港檢修閘門(mén)。臨海側(cè)閘墩、檢修橋及胸墻頂高程為8.8 m,背海側(cè)閘墩、檢修橋頂高程為5.0 m。背海側(cè)墩頂設(shè)交通橋,橋?qū)?.0 m,厚度為0.5 m,橋面頂高程為5.0 m,采用鋼筋混凝土預(yù)制空心板結(jié)構(gòu)。橋左右兩側(cè)采用石材欄桿。原排架及啟閉機(jī)室拆除重建,啟閉機(jī)室采用全封閉設(shè)計(jì),門(mén)窗采用防腐結(jié)構(gòu),外露鋼結(jié)構(gòu)采用不銹鋼。兩側(cè)翼墻采用鋼筋混凝土加高,寬度0.5 m,混凝土與原翼墻接觸處設(shè)錨筋連接,翼墻頂部設(shè)石材欄桿。邊墩上下游新建鋼筋混凝土導(dǎo)流墻,導(dǎo)流墻為扭面結(jié)構(gòu),墻厚約為1.0 m,高度與加高后的原翼墻相同。導(dǎo)流墻和原翼墻接觸面設(shè)錨筋連接。臨海側(cè)墻長(zhǎng)10 m,背海側(cè)墻長(zhǎng)5 m。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土總粉料用量確定在500 kg/m3～520 kg/m3之間,礦物摻合料取代率如下所示,粉煤灰取代率確定為0～40%之間,硅灰取代率確定為0～4%之間,礦粉取代率確定為0～30%之間,研究不同礦物摻合料取代率對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律,混凝土具體配合比見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比 單位：kg/m3

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同因素對(duì)高性能混凝土基本性能的影響

研究混凝土工作性能等關(guān)鍵指標(biāo)的變化規(guī)律,通過(guò)變化規(guī)律挑選較優(yōu)配合比,具體測(cè)試結(jié)果及混凝土性能見(jiàn)表2。

表2 巖體質(zhì)量占比統(tǒng)計(jì)表

圖1 不同因素對(duì)高性能混凝土流動(dòng)性能的影響

礦物摻合料的加入,起到了促進(jìn)作用,其中粘聚性、流動(dòng)性改善作用最為明顯。尤其是粉煤灰的降粘作用、硅灰的提升包裹性作用最為顯著。而礦粉作為磨細(xì)產(chǎn)品,破壞顆粒結(jié)構(gòu),對(duì)于混凝土和易性能改善沒(méi)有積極作用,相反摻入過(guò)多的礦粉,會(huì)導(dǎo)致輕微泌水等問(wèn)題產(chǎn)生。當(dāng)過(guò)多加入硅灰,混凝土需水量提升顯著,粘度增加,不利于混凝土泵送,而過(guò)多加入粉煤灰后,由于球形顆粒的減水作用的上限限制,混凝土擴(kuò)展度基本保持不變。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比性能檢測(cè)后,當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到30%,硅灰摻量達(dá)到2.9%時(shí),混凝土和易性達(dá)到最優(yōu)狀態(tài),混凝土軟度好,泵送過(guò)程中與管道的摩擦力小,U型箱高度差為0,表明流動(dòng)性佳。同時(shí),基于各項(xiàng)性能檢測(cè)數(shù)據(jù),確定混凝土配合比中總粉料用量為500 kg/m3,后續(xù)各項(xiàng)性能測(cè)試按照此用量開(kāi)展。

3.2 不同因素對(duì)高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

混凝土早期、中后期力學(xué)性能的變化規(guī)律隨礦物摻合料的摻入而呈現(xiàn)不同的變化,具體抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

礦物摻合料的水化速率各有不同,因此水化產(chǎn)物形成的時(shí)間不同,貢獻(xiàn)強(qiáng)度的效率也各不相同,硅灰水化速率最快,因此硅灰和早期強(qiáng)度的形成密不可分,而粉煤灰、礦粉需要和水泥水化產(chǎn)物反應(yīng),因此貢獻(xiàn)強(qiáng)度主要集中在中后期。通過(guò)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),混凝土力學(xué)強(qiáng)度達(dá)到最佳值的礦物摻合料取代率如下,粉煤灰達(dá)到30%,硅灰摻量達(dá)到2.9%,礦粉摻量達(dá)到20%,此礦物摻合料取代率下混凝土不同齡期的力學(xué)強(qiáng)度最優(yōu),28 d水化齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到60.1 MPa,28 d水化齡期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率為37.7%,增長(zhǎng)幅度明顯,表明體系水化產(chǎn)物填充均勻,混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí),空隙率低。

3.3 高性能混凝土模擬實(shí)驗(yàn)研究

通過(guò)縮尺模擬實(shí)驗(yàn),研究混凝土里表溫度變化情況,通過(guò)預(yù)埋點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù),模擬繪制水化過(guò)程中不同部位的溫度變化規(guī)律,選取水化放熱速率均勻的混凝土配合比。

圖3 混凝土水化反應(yīng)階段模擬結(jié)果

通過(guò)基本性能、力學(xué)性能優(yōu)化得到的混凝土配合比,開(kāi)展水化放熱模擬實(shí)驗(yàn),基于放熱速率模擬各階段水化反應(yīng)情況,模擬曲線可較好模擬各階段水化反應(yīng)進(jìn)程。體系水化勻速進(jìn)行,水化放熱平穩(wěn),規(guī)避內(nèi)部溫度急劇升高的問(wèn)題,實(shí)體拆模后表觀良好。

4 結(jié)論

（1）礦物摻合料的加入,起到了促進(jìn)作用,其中粘聚性、流動(dòng)性改善作用最為明顯,混凝土軟,泵送過(guò)程中與管道的摩擦力小,U型箱高度差為0,表明流動(dòng)性佳。

（2）礦粉對(duì)于混凝土28 d水化齡期抗壓強(qiáng)度的影響最為明顯,粉煤灰對(duì)于混凝土60 d水化齡期抗壓強(qiáng)度的影響最為明顯。

（3）開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn),模擬水化進(jìn)程。模擬曲線可較好的表征水化反應(yīng)各階段,與實(shí)際相符。最終確定礦物摻合料的取代率為粉煤灰摻量30%、硅灰摻量2.9%、礦粉摻量20%。