修水縣東津水庫引水隧洞混凝土基本性能及熱學性能研究

殷 思

(江西省水泰工程檢測有限公司，南昌 330000)

隧洞混凝土工程要求混凝土具有優異的流動性、適中的黏聚性以及良好的保水性能，當混凝土施工過程中發生質量原因堵管，或混凝土振搗、靜置過程中出現泌水泌漿等問題，會導致實體結構回彈強度不足，或出現局部漏筋等問題，嚴重影響主體結構安全。針對工程施工過程中存在的實際問題，引入優質粉煤灰、礦粉，采用等比例質量法取代，降低混凝土黏度，提升混凝土中后期強度。通過測試擴展度、倒筒時間、抗壓強度等基本性能數據，開展實體模擬實驗，研究優質礦物摻合料的影響規律。

1 工程概況

修水縣東津水庫至竹坪河水系連通工程東竹引水隧洞，隧洞總長6 782.1 m，樁號為0+000～6+682.1，隧洞自進口至出口高差19.3 m，采用進口斜井284 m后在960.8處兩邊施工和出口三斷面開挖，單邊長2 581 m。洞型設計為半圓拱直墻式，洞身開挖寬3.6 m×3.6 m，墻高2.56 m，拱半徑1.04 m。III、IV、V類圍巖采用全斷面光面爆破開挖。洞內至棄碴場采用180 KT小型拖拉車運輸。一次支護采用噴射混凝土或錨噴網噴射混凝土支護。混凝土配料采用自動配料機計量，PL-1600-III強制式攪拌機拌和，拖拉機運輸。澆筑混凝土襯砌厚度49 cm，混凝土設計強度值為C30。

工程澆筑過程中，頻繁發生由于混凝土流動性差以及泵送損失導致的堵管等問題，拆模后，局部位置出現漏筋、麻面等問題。分析其原因為在混凝土澆筑過程中和易性差，流動性差，通過振搗混凝土并未達到填充密實的狀態，進一步振搗導致過振，混凝土分層，粗骨料與砂漿分離，導致鋼筋裸露，混凝土無法有效通過鋼筋結構。同時由于原材料配合比中水泥用量過高，導致體系水化放熱較大，形成局部溫度裂縫。

2 試驗原材料

試驗水泥采用普通硅酸鹽42.5級水泥，燒失量0.5%，3 d抗壓強度、3 d抗折強度分別為27.4和5.6 MPa，28 d抗壓強度、28 d抗折強度分別為52.1和8.8 MPa；試驗粉煤灰采用I級粉煤灰，需水量比94%，燒失量、細度均滿足國標中對于I級粉煤灰的要求；試驗礦粉采用S95級礦粉，7 d活性指數81%，28 d活性指數103%；試驗細骨料采用河砂，符合2區指標要求，連續級配，細度模數2.6，含泥量指標符合國標要求，碎石5～25 mm連續級配，無含泥；采用聚羧酸高效減水劑，減水率20%；水為自來水。

3 C30隧洞混凝土配合比

總膠凝材料用量420 kg/m3，礦物摻合料采用等量替代方式加入。按照國標中對于礦物摻合料的范圍要求，確定配合比設計中的用量范圍，即粉煤灰用量范圍0%～40%，礦粉用量范圍0%～30%，綜合交叉替代，研究混凝土性能變化規律，具體配合比見表1。

表1 混凝土配合比 /kg·(m3)-1

4 實驗結果分析

4.1 不同因素對隧洞混凝土和易性能的影響

針對施工過程中存在的流動性差以及泵送損失等為，研究礦物摻合料中粉煤灰、礦粉取代率對于混凝土擴展度、倒筒時間等基本性能的影響，具體測試結果見圖1。

圖1 不同因素混凝土擴展度測試結果

由圖1可知，粉煤灰對于改善混凝土流動性起正向積極作用。粉煤灰摻量不斷增加，混凝土擴展度呈現先增加后不變的趨勢，倒筒時間呈現先下降后不變的趨勢。當粉煤灰摻量為30%時，混凝土整體黏度最小，松軟易施工，倒筒時間達到最佳值3.6 s；但隨粉煤灰影響程度有限，當超過最佳摻量后，擴展度基本無變化，表明粉煤灰滾珠效應已無明顯作用。礦粉對于混凝土體系的影響主要在于中后期抗壓強度，對于和易性改善幾乎無貢獻；隨著礦粉的摻入，混凝土中后期強度呈現先增加后基本不變的趨勢，主要由于礦粉形成堿激發二次反應，形成水化產物。

4.2 不同因素對隧洞混凝土抗壓強度的影響

研究粉煤灰、礦粉不同取代率對于混凝土不同齡期抗壓強度的影響，具體測試結果見圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強度

由圖2可知，礦粉對于混凝土中后期強度貢獻最大。隨著礦粉摻量的不斷增加，混凝土中長齡期(28 d)強度呈現先增加后基本不變的趨勢；當礦粉摻量為25%時，中長齡期強度基本接近最大值，90 d抗壓強度增加值達11.88%。粉煤灰對于混凝土中后期強度貢獻次之，隨著粉煤灰摻量不斷增加，混凝土長齡期(60 d、90 d)強度增長幅度較為明顯；當粉煤灰摻量為30%時，長齡期強度(60 d)增加值最大，為20.79%。由于中期礦粉與氫氧化鈣發生反應，后期粉煤灰與氫氧化鈣發生反應，因此階梯式貢獻混凝土中后期強度。

4.3 隧洞混凝土熱學性能研究

研究模擬實體結構的水化放熱規律，提供理論依據，避免由于局部溫升過高導致的裂縫出現。水化模擬規律見圖3。

圖3 水化模擬規律圖

通過模擬實驗很好地模擬了水化各個過程。混凝土最高溫度不超過67℃，降溫速率與升溫速率基本一致，內外部溫差不大于25℃，水化過程平穩，水化放熱峰明顯削弱，并得到有效延緩，未出現局部放熱明顯等問題，拆模后實體表面平整光滑，未出現溫度裂縫。

5 結 論

1) 粉煤灰對于混凝土流動性、黏聚性的改善貢獻最大。隨著粉煤灰長摻量的不斷增加，可不斷提升混凝土流動度，降低混凝土的整體黏度，減少混凝土泵送過程中的阻力。這主要歸功于粉煤灰的滾珠效應，球形顆粒的存在有效降低顆粒與顆粒之間的摩擦力。同時，由于水化反應的持續進行，粉煤灰與水泥水化產物氫氧化鈣發生反應，形成產物，可提供長齡期抗壓強度。當粉煤灰摻量為30%時，混凝土流動性及長期強度處于最佳值。

2) 礦粉對于混凝土中后期抗壓強度貢獻最大。由于礦粉28 d活性指數超過100%，因此取代后，早期強度并無明顯改善且相對較低，但中期強度明顯增加，主要強度貢獻率高于水泥。當礦粉摻量為25%時，混凝土中后期抗壓強度值最佳。