南水北調東線工程高性能泵站混凝土試驗研究

陳建國，周立新，胡智農

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

南水北調東線工程高性能泵站混凝土試驗研究

陳建國1，周立新1，胡智農2

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

針對南水北調東線工程泵站混凝土高性能化的要求，通過摻入超細摻合料及高效外加劑，配置出了不同強度等級的高性能混凝土。并且研究了不同強度等級混凝土力學性能、耐久性能及體積穩定性。研究結果表明：摻入超細摻合料及高效外加劑，改善了混凝土力學性能、耐久性能及體積穩定性，實現了泵站混凝土高性能化的要求。

南水北調東線工程；泵站混凝土；力學性能；耐久性能；體積穩定性

南水北調東線工程利用江蘇省江水北調工程，擴大規模，向北延伸。規劃從江蘇省揚州附近的長江干流引水，利用京杭大運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，并作為調蓄水庫，經泵站逐級提水進入東平湖后，分水兩路，一路向北穿黃河后自流到天津；另一路向東經新辟的膠東地區輸水干線接引黃濟青渠道，向膠東地區供水。因此，南水北調東線工程需要新建大量泵站，泵站混凝土質量直接關系到南水北調東線泵站工程的質量。

國內外大量學者對混凝土耐久性進行了比較深入的研究，許多論著［1-3］取得了一定成果。現今，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，而且對改善水泥漿體密實性，提高抗滲性乃至耐久性均有良好作用。但是系統研究泵站混凝土力學性能、耐久性及體積穩定性相關研究并未見報道。本文通過大量的室內研究，配置出了南水北調工程C20，C25，C30高性能泵站混凝土。

1 試驗原材料及配合比

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的Ⅰ級粉煤灰，纖維采用了江蘇丹陽合成纖維廠生產的聚丙烯丹強絲，細骨料為駱馬湖砂，骨料為盱眙產的玄武巖碎石。

1.2 配合比

試驗配合比見表1、表2及表3。

表1 C20高性能泵站混凝土試驗配合比單位：%

表2 C25高性能泵站混凝土試驗配合比單位：%

表3 C30高性能泵站混凝土試驗配合比單位：%

2 試驗結果及討論

2.1 抗壓強度

試驗參照SL352—2006《水工混凝土試驗規程》中的規定進行。分別進行了C20，C25，C30不同強度等級的混凝土強度試驗。試驗結果見表4。

表4 C20，C25，C30立方體抗壓強度試驗結果

從表4可以看出，對于C20級混凝土，7d抗壓強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%，混凝土強度又在增加，這主要是因為增加粉煤灰摻量的同時進一步降低了水膠比，因此，水膠比是決定混凝土抗壓強度的關鍵因數。對于C25，C30級混凝土早期7d和28d強度都比較接近，這說明降低水膠比是解決混凝土抗壓強度和粉煤灰摻量之間矛盾的關鍵。而后期，90d混凝土抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加都有所提高，這是因為隨著粉煤灰中活性SiO2和Al2O3與水泥水化產物Ca（OH）2作用，生成具有膠凝性能的二次產物水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，使水泥石中的水化膠凝物質的數量增加，改善了混凝土的微觀結構，使水泥漿體的孔隙率明顯下降，強化了骨料界面的粘結力，提高了混凝土的強度。

2.2 軸心抗壓強度與軸心抗壓彈性模量

試驗參照SL352—2006《水工混凝土試驗規程》中的規定，分別進行了C20，C25，C30不同強度等級的混凝土軸心抗壓強度與抗壓彈模試驗。試驗結果見表5。

表5 混凝土軸心抗壓強度與抗壓彈性模量

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

2.3 抗滲性

試驗參照SL352—2006《水工混凝土試驗規程》中的規定。分別進行了C20，C25，C30不同強度等級的混凝土抗滲性試驗。試驗結果見表6。

表6 抗滲試驗結果

由表6可以看出：①C30混凝土抗滲性好于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，混凝土的抗滲性變好，這是因為粉煤灰效應的兩次水化作用、減水作用和微骨料作用使混凝土的密實度大大提高，改善了混凝土的孔結構，降低了混凝土的孔隙率，有效地提高了混凝土的抗滲性能。再者，復合外加劑的加入所形成的微小氣泡切斷毛細孔連續性，隔斷了水泥石中水的毛細滲透通道，從而降低了混凝土的滲透性。

2.4 抗凍性

試驗參照SL352—2006《水工混凝土試驗規程》中的規定。分別進行了C20，C25，C30不同強度等級的混凝土抗凍性試驗。試驗結果見表7。

表7 混凝土抗凍性能試驗

由表7可知，經過300次凍融循環之后，C20混凝土動彈性模量損失不超過20%，C25，C30混凝土動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。各組配比總的規律都是隨著凍融次數的增加混凝土動彈性模量降低，300次凍融循環后，同一強度等級，不同粉煤灰摻量的混凝土相對動彈性模量接近。

2.5 干縮性能

試驗參照SL352—2006《水工混凝土試驗規程》中的規定。分別進行了C25，C30不同強度等級的混凝土干縮性能試驗。試驗結果見圖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，但平均孔隙直徑相差明顯，C30要小于C25各組。根據毛細管應力理論，毛細孔越小則失水時引起的毛細管張力越大，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 結語

（1）C20，C25，C30配比混凝土試件各齡期的立方體抗壓強度均達到設計指標，且顯現出比較相似的規律，除C20混凝土7d強度隨著粉煤灰摻量的增加先下降后提高，其余各組配比強度均隨著粉煤灰摻量的增加而略有提高。混凝土軸心抗拉強度、軸心抗壓強度、抗拉彈模和抗壓彈性模量與混凝土抗壓強度呈現出類似的規律，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滲性隨著粉煤灰摻量的增加而提高，說明粉煤灰可以優化混凝土孔結構，提高混凝土的抗滲性，抗滲等級都能達到W8；通過加入不超過30%的一級粉煤灰，同時加入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能夠達到F300。

（3）C25和C30各配比干縮率均比較，表現出相似規律，即早期干縮較大，而后期干縮趨于平穩，對泵站混凝土應加強早期養護。與此同時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.結構可靠度理論［M］.北京:中國建筑工業出版社，2000.

［2］張譽.結構耐久性研究的展望——現代土木工程的新進展［M］.南京:東南大學出版社，1998.

［3］吳中偉，廉惠珍.高性能混凝土［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［4］尹茂，文梓蕓.混凝土耐久性設計及壽命預測新思維［J］.混凝土與水泥制品，2000（2）:18-20.

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

［6］王維忠.對粉煤灰混凝土的碳化、鋼筋銹蝕的調查研究［J］.科學研究，2002（2）：21-22.

［7］楊靜，覃維祖.粉煤灰對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。