海堤加固及河道建設(shè)水工混凝土基本性能研究

王振文

（廈門安能建設(shè)有限公司,福建 廈門 361000）

1 引言

作為水利工程項目混凝土,在確保整體力學(xué)性能滿足設(shè)計要求的前提下,抗?jié)B性能及抗凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失要求高,同時如何避免結(jié)構(gòu)內(nèi)部混凝土絕熱溫升過高出現(xiàn)的貫穿裂縫,都是需要重點(diǎn)研究的方向。做好混凝土配合比性能檢測對于水閘項目質(zhì)量穩(wěn)定性至關(guān)重要。本研究基于不同強(qiáng)度等級混凝土配合比體系,重點(diǎn)研究減水劑組分對混凝土性能的影響,研究不同水化齡期抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、極限拉伸、凍融循環(huán)、抗?jié)B性等性能,為工程應(yīng)用做好理論支撐。

2 工程概況

寧德市后灣片區(qū)海堤加固及河道建設(shè)一期工程主要任務(wù)為對現(xiàn)有海堤加固、對規(guī)劃河道的開挖及其防洪堤建設(shè),對臨時滯洪區(qū)的防洪堤建設(shè)。本次海堤加固分部工程加固長度2.18km,其中臨海側(cè)海堤總長約1.78km,臨內(nèi)部港道處海堤總長約0.40km；南端起于鰲江村猴頭山腳,先往東南,再折向東北,中部與竹嶼島連接,最后折向西北,至擬建臨時滯洪區(qū)圍堤止。新建河道開挖及防洪堤工程,包括竹嶼溪、閑靜溪2 條河道,河道總長度約 2.17km,兩岸新建防洪堤總長度約4.23km,河底標(biāo)高均為-1.00m,其中閑靜溪河長約 907m,河寬30m～40m,新建防洪堤總長約 1738m；竹嶼溪長約 1258m,寬50m～80m,新建防洪堤總長約 2485m。

工程對混凝土性能方面提出了更高的技術(shù)要求,要求工作性能要良好,易于施工；混凝土抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度以及極限拉伸等力學(xué)性能要滿足規(guī)范要求；混凝土熱學(xué)性能要滿足要求,即內(nèi)部溫升不能過快,通過礦物摻合料以及減水劑等措施延緩混凝土內(nèi)部水化速率,降低內(nèi)外溫升,改善溫度應(yīng)力的不利影響,同時改善體積變形的不利影響；混凝土耐久性能滿足要求,包括抗凍融循環(huán)、抗?jié)B性能等,抗凍融循環(huán)次數(shù)應(yīng)滿足150 次的質(zhì)量損失率要求,抗?jié)B性能要滿足10級的要求,確保水工混凝土的質(zhì)量穩(wěn)定性。

3 混凝土性能試驗(yàn)研究

3.1 減水劑輔料的優(yōu)化影響

減水劑對于改善混凝土工作性能有明顯作用,質(zhì)量優(yōu)異的減水劑可顯著改善混凝土和易性,提升施工效率。減水率過大將會出現(xiàn)離析、泌水等質(zhì)量問題,降低施工速度,影響施工效率,增加施工成本,因此,減水劑組分研究至關(guān)重要。為了研究外加劑不同組分對混凝土性能影響規(guī)律,本實(shí)驗(yàn)對外加劑輔料部分進(jìn)行了更細(xì)致的優(yōu)化試驗(yàn),具體實(shí)驗(yàn)方案見表1。

表1 減水劑輔料優(yōu)化配制方案

基準(zhǔn)A-6#由于沒有輔料的原因,混凝土內(nèi)部含氣量較高。通過對比以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),隨著XP 用量的增加,混凝土內(nèi)部含氣量呈下降趨勢,且極具規(guī)律,但是過低的含氣量的另一個副作用即為造成混凝土離析率升高。ZC 引入混凝土后會引起混凝土變粘,在此為不良引入。隨著ND 用量的提高,混凝土離析率有明顯降低,但用量在達(dá)到2.0 并持續(xù)增加時則表現(xiàn)不明顯,說明針對此配比ND 的用量在2.0%時已達(dá)到最優(yōu)效果。綜合分析混凝土數(shù)據(jù)與狀態(tài),由于高強(qiáng)度混凝土自身的粘聚性,攪拌引入的氣泡不易逸出,通過XP 消除有害大氣泡時原則上應(yīng)控制在0.8%～1.0%之間。ND 在使用時應(yīng)根據(jù)施工實(shí)際情況經(jīng)過試驗(yàn)后確定用量。在配制高強(qiáng)混凝土專用減水劑時不宜使用ZC。

表2 輔料優(yōu)化調(diào)整后的混凝土性能

3.2 混凝土力學(xué)性能及耐久性能研究

研究不同強(qiáng)度等級混凝土配合比的強(qiáng)度變化情況。實(shí)體結(jié)構(gòu)首先要確保強(qiáng)度富余值,在滿足強(qiáng)度要求的前提下才有研究其他性能的必要。不同強(qiáng)度等級混凝土抗壓強(qiáng)度檢測值、劈拉強(qiáng)度檢測值以及耐久性能中凍融循環(huán)、抗?jié)B等級測試結(jié)果見表3。

表3 混凝土性能檢測數(shù)據(jù)

由表3可知,混凝土28d 抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度測試值達(dá)到設(shè)計值要求,富余值較高,各配合比28d 抗壓強(qiáng)度富余值均超過120%；凍融循環(huán)150 次質(zhì)量損失率符合設(shè)計要求,抗?jié)B等級達(dá)到10 級要求。表明不同強(qiáng)度等級混凝土配合比的力學(xué)性能、耐久性均滿足規(guī)范要求。

3.3 混凝土溫升性能研究

混凝土內(nèi)外溫差過大時,即混凝土內(nèi)部反應(yīng)過快,混凝土容易出現(xiàn)溫度裂縫,嚴(yán)重時會出現(xiàn)貫穿裂縫,影響結(jié)構(gòu)的安全壽命,因此研究配合比體系絕熱溫升的變化規(guī)律,有助于改善溫度對實(shí)體結(jié)構(gòu)的不利影響,提升結(jié)構(gòu)的安全性能,增加使用壽命。研究了不同強(qiáng)度等級,不同水化齡期混凝土溫度變化情況,具體測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 混凝土絕熱溫升檢測數(shù)據(jù)

由表4可知,所有混凝土配合比24h～72h 的絕熱溫升速度比較快,溫差范圍在5.5℃～9.7℃之間,5d～7d 的絕熱溫升速度相對較慢,溫差范圍在1.3℃～2.4℃之間,隨著水化齡期的延長,溫升趨勢逐漸趨于穩(wěn)定,配合比體系絕熱溫升符合規(guī)范要求值。

3.4 混凝土自生體積變形研究

混凝土體積變形對于混凝土結(jié)構(gòu)安全性影響重大,變形過大,將產(chǎn)生不對等應(yīng)力,混凝土由于應(yīng)力作用,受力不均勻,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫或者破壞,影響結(jié)構(gòu)的使用。本實(shí)驗(yàn)研究了不同強(qiáng)度等級,不同水化齡期混凝土自生體積變形情況,具體測試數(shù)據(jù)見表5。

表5 混凝土自生體積變形檢測數(shù)據(jù)

由表5可知,各配合比混凝土不同水化齡期自生體積變形均較小,這與溫升測試結(jié)果相符,裂縫危害降低的同時,混凝土變形也得到了良好的控制,所研究配合比有利于抑制混凝土裂縫形成。

4 結(jié)論

（1）研究減水劑組分對混凝土性能的影響。結(jié)果表明：隨著XP 用量的增加,混凝土內(nèi)部含氣量呈下降趨勢；隨著ND 用量的提高,混凝土抗離析性能有所改善；隨著ZC 用量的增加,混凝土粘度明顯增加,在高強(qiáng)度等級或者膠凝材料用量較多的情形下不建議使用。

（2）研究不同強(qiáng)度等級強(qiáng)度變化規(guī)律。結(jié)果表明：不同混凝土配合比的各齡期強(qiáng)度均滿足設(shè)計要求,不同等級強(qiáng)度富余值均超過120%。

（3）研究不同配合比混凝土絕熱溫升和體積變形規(guī)律。結(jié)果表明：水化齡期1d～3d 混凝土絕熱溫升速率較快,但未超過10℃；水化齡期5d～7d 水化速率較慢,溫度上升緩慢,且隨著水化齡期的不斷增加,混凝土溫度變化規(guī)律逐漸穩(wěn)定,整體變形幾率低,有利于避免混凝土裂縫的出現(xiàn),增加實(shí)體質(zhì)量的穩(wěn)定性。