漆水河渡槽槽體混凝土配合比優(yōu)化淺析

陳永強(qiáng)

（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局，陜西 咸陽 712000）

1 工程概況

寶雞峽漆水河渡槽是采用原位現(xiàn)澆施工的U型預(yù)應(yīng)力薄壁混凝土輸水渡槽，槽體的側(cè)墻厚30 cm，跨中底板厚40 cm，凈高2.8 m，凈寬4.8 m,單跨長30 m，槽體距地面高度在2 m～40 m之間，槽體施工采用造槽機(jī)法施工。造槽機(jī)集行走驅(qū)動和模板支撐于一體，槽機(jī)內(nèi)工作空間狹小并且混凝土要求一次澆筑成型。渡槽混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)為C50W6F150，其施工特點(diǎn)要求混凝土具有良好的力學(xué)性能、良好的工作性能：低塌落度損失、高流動性、穩(wěn)定泵送、以及高抗?jié)B、抗凍；要適應(yīng)不同季節(jié)，特別是夏季施工。先期混凝土在澆筑作業(yè)過程出現(xiàn)混凝土工作性能不穩(wěn)定導(dǎo)致側(cè)墻混凝土入倉困難、圓弧段混凝土振搗困難，帶來下料困難、振搗不密實(shí)、澆筑時(shí)間過長等問題，影響工程實(shí)體質(zhì)量。為提高混凝土施工質(zhì)量，在后續(xù)施工中對原混凝土配合比（見表1）進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，以提高混凝土性能，滿足施工要求。

表1 原混凝土配合比

2 混凝土配合比優(yōu)化

2.1 原材料

砂：中砂/渭河；石：5 mm～10 mm，5 mm～25 mm碎石；水泥：盾石 P·052.5R；粉煤灰：I級；減水劑：HT-HPC 聚羧酸高性能減水劑；保坍劑：HT-BT聚羧酸保坍劑；緩凝劑：羥基羧酸緩凝劑；引氣劑:AE混凝土引氣劑；纖維素纖維:天然纖維素纖維UF500。

2.2 混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)造槽機(jī)施工工況和槽體混凝土的要求確定：C50槽身混凝土出機(jī)口坍落度≥220 mm，4小時(shí)后坍落度≥100 mm，5小時(shí)后混凝土還具有可塑性。本次優(yōu)化試驗(yàn)初步確定水膠比為0.35～0.38；混凝土采用固定水膠比、砂率,纖維素纖維摻量、外加劑摻量,變化單位用水量的方法,最終確定混凝土單位用水量為160 kg/m3；確定混凝土砂率為43%；粉煤灰摻量初步定為20%；纖維素纖維用量0.9 kg/m3；根據(jù)混凝土坍落度的要求及最優(yōu)砂率單位用水量的試驗(yàn)結(jié)果，減水劑的摻量在0.30%～0.40%；保坍劑的摻量選擇根據(jù)減水劑不同的摻量、混凝土的和易性以及坍落度損失的情況來調(diào)整保坍劑的摻量，保坍劑的摻量是減水劑摻量的l∶2.4～1∶4范圍之間；緩凝劑的摻量在0%～5%范圍之間；引氣劑的摻量在0.00%～0.004%之間；混凝土含氣量以滿足設(shè)計(jì)抗凍等級來確定,槽體混凝土配合比設(shè)計(jì)抗凍等級為F150，骨料最大粒徑為25 mm，計(jì)劃在試驗(yàn)過程中根據(jù)混凝土強(qiáng)度和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整含氣量。混凝土表觀密度根據(jù)骨料的最大粒徑和混凝土的技術(shù)要求通過試驗(yàn)最終確定為2380 kg/m。混凝土配合比的計(jì)算本次試驗(yàn)按照質(zhì)量法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)水工混凝土試驗(yàn)要求,并結(jié)合造槽機(jī)施工情況,本次混凝土配合比試驗(yàn)共分以下二個(gè)階段。

第一階段進(jìn)行9組不同水灰比,不同砂率、不同用水量、不同粉煤灰摻量、不同減水劑摻量、不同緩凝劑摻量、不同引氣劑摻量、固定保坍劑摻量和纖維素纖維的摻量的方法進(jìn)行混凝土拌和物性能試驗(yàn)，成型了7 d、28 d抗壓強(qiáng)度試件，7 d混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果出來時(shí)，為下次混凝土配合比優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)提供試驗(yàn)依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 混凝土拌合物實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總表

試驗(yàn)結(jié)果分析：

1）混凝土拌和物實(shí)測含氣量在3.8%～4.7%之間。

2）混凝土拌和物和易性較好，出機(jī)口坍落度在201 mm～240 mm之間，1 h后坍落度在212 mm～245 mm之間，2 h后坍落度在189 mm～235 mm之間，3 h后坍落度在115 mm～205 mm之間，4 h后坍落度在72 mm～158 mm之間。

3）從試驗(yàn)檢測9組的綜合指標(biāo)看，4#、5#較好,尤其是5 h后的坍落度檢測值分別為80 mm、82 mm，但考慮泵送和槽體薄壁為了入倉振搗順利及減少整體澆筑時(shí)間應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化混凝土配合比。

第二階段對之前成型的混凝土試件進(jìn)行了7 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),最大值為66.6 MPa，最小值為59.8 MPa，7 d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到了C50W6F150混凝土的強(qiáng)度，但混凝土強(qiáng)度偏高，坍落度損失較大；本著經(jīng)濟(jì)合理、降低混凝土水化熱和便于施工的原則，有必要對混凝土配合比再次優(yōu)化。

第二次共進(jìn)行了7組相同用水量、相同粉煤灰摻量，相同沙率、相同引氣劑摻量、不同水灰比、不同減水劑摻量、不同保坍劑摻量、不同緩凝劑摻量,固定纖維素纖維摻量的方法進(jìn)行了混凝土性能試驗(yàn)，同時(shí)成型了7 d、28 d抗壓強(qiáng)度試件。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 混凝土拌合物實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總表

試驗(yàn)結(jié)果分析：

1）混凝土拌和物實(shí)測含氣量在3.9%～5.5%之間,符合含氣量控制要求,混凝土拌和物實(shí)測表觀密度符合規(guī)范要求。

2）混凝土拌和物和易性較好,出機(jī)口坍落度在220 mm～244 mm之間，1 h后坍落度在226 m～260 mm之間，2 h后坍落度在197 mm～248 mm之間，3 h后坍落度在170 mm～227 mm之間，4 h后坍落度在74 mm～213 mm之間，5 h后坍落度在41 mm～187 mm之間，6 h后坍落度在90 mm～122 mm之間。

3）從本次7組混凝土拌和物試驗(yàn)的綜合指標(biāo)看,1#、3#較好，尤其是5 h后的坍落度檢測值分別為137 mm、187 mm，滿足槽體入倉澆筑和振搗要求。

2.3 混凝土性能試驗(yàn)

選定表2中編號為1#和3#的配合比進(jìn)行相關(guān)混凝性能試驗(yàn)。

1）混凝土力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)

混凝土的力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果列于表3。28天試驗(yàn)結(jié)果滿足C50槽體混凝土強(qiáng)度等級的要求。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2）混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)

混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)結(jié)果表明水壓力加至規(guī)定數(shù)值無滲水現(xiàn)象，滿足設(shè)計(jì)不小于W6的抗?jié)B要求，抗?jié)B性能有較大的富裕量,能夠保障引水渡槽的抗?jié)B能力。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3）混凝土抗凍性能試驗(yàn)

槽體混凝土抗凍設(shè)計(jì)等級為F150。混凝土含氣量為5.5%和4.4%條件下，經(jīng)150次凍融循環(huán)后，混凝土相對動彈性模量為94%和92%，質(zhì)量損失率僅為1.02%和1.14%，混凝土抗凍耐久性能良好。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

2.4 推薦混凝土配合比

根據(jù)混凝土配合比性能試驗(yàn)結(jié)果以及配合比調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果，推薦表6中的配合比為C50W6F150渡槽槽身混凝土的施工配合比。

表5 混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表6 混凝土配合比

3 結(jié)論

本次混凝土配合比優(yōu)化采用不同（水膠比、粉煤灰、砂率、外加劑）摻量的組合試驗(yàn)。對原配合比優(yōu)化后降低了水膠比、加大了砂率、減少了外加劑的用量；優(yōu)化后混凝土的和易性和流動性有所改善，使得泵送順暢，節(jié)省了混凝土的入倉時(shí)間，為混凝土振搗留出了充裕的時(shí)間，使混凝土實(shí)體質(zhì)量得到提升。在實(shí)際應(yīng)用中還存在外加劑與地材相容性不高和弧段氣泡較多的情況，有待進(jìn)一步做混凝土的相容性試驗(yàn)。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐，通過保持水膠比不變,同比例增減水和膠材,或者微調(diào)減水劑摻量使得混凝土工作性能得到提高，更加適應(yīng)槽體澆筑施工。