南四湖湖西洼地治理工程混凝土性能影響研究

劉 松，王 晨，武蘭蕊

（徐州市銅山區水利工程建設中心,江蘇 徐州 221000）

0 引言

水工混凝土在施工過程中要求混凝土兼具良好的流動性、適中的粘聚性以及優異的保水性,針對密集鋼筋以及多腔異形等特殊結構,混凝土通過率良好,自密實性能優異,有效填充密實結構。保坍劑由于具有良好的損失時間調節功能,廣泛應用于超高泵送、大體量筏板、長距離大跨度等具有較高損失時間要求的項目中。在不影響混凝土抗壓強度的前提下,根據項目的實際需求,適當延長保坍時間,可適當延緩水化放熱峰的出現時間,降低水化放熱速率,針對超長距離、超高高度的泵送,達到3 h甚至更長時間的不損失,確保項目具有充足的時間完成復雜工藝的施工。工程材料是工程質量的基礎,為了保證南四湖湖西洼地治理工程施工質量,開展混凝土配合比設計,在聚羧酸減水劑中引入普通保坍組分和長效保坍組分,有效解決了短期損失以及長期損失的問題,通過對不同階段混凝土擴展度、倒筒時間、抗壓強度等關鍵指標進行測試,研究不同保坍組分的搭配比例。

1 工程概況

南四湖湖西洼地治理工程（銅山區）為江蘇省淮河流域重點平原洼地近期治理工程的分項工程,位于銅山區馬坡鎮境內。在梳理現狀水系的基礎上,通過疏浚境內骨干河道提高排澇標準,對骨干河道沿線排澇干溝進行清淤疏浚,配套完善沿線擋排建筑物,完善內部抽排泵站等措施,改善銅山境內湖西洼地防洪除澇條件,進一步提高該地區的除澇減災能力。工程需拆建支莊閘、尚溝站、拆建橋梁5 座,基礎防護4 座。跨河橋梁工程級別均采用公路-Ⅱ級。施工中要求混凝土具有良好的流動性、粘聚性以及保水性。

2 試驗原材料

試驗水泥為P·O42.5 級水泥,測試標準稠度需水量27.7%,膠砂3 d抗壓強度28.6 MPa,28 d抗壓強度51.8 MPa；試驗微珠,測試細度5.3%,燒失量1.2%,需水量比91%；試驗礦粉比表面積420 m2/kg,膠砂7 d活性指數79%,28 d活性指數101%；試驗中粗河砂,細度模數2.7,含泥量1.9%,碎石5 mm～25 mm連續級配,壓碎指標9%,含泥量0.2%；外加劑為保坍型聚羧酸高效外加劑,固含量17.6%,減水率18%；水為自來水。

3 水工混凝土配合比設計

針對混凝土等待時間久、天氣炎熱以及施工時間長等問題,須確保體系流動度好、粘聚性適中、保水性優異,且在2 h或者3 h之內擴展度不損失。在現有配合比的基礎上,引入具有普通保坍組分和長效保坍組分的聚羧酸減水劑,改善損失性能。粉料總用量為460 kg/m3,通過基準實驗確定微珠取代率20%,礦粉取代率20%,緩凝組分1摻量范圍0～2.5%,緩凝組分2摻量范圍0～2.5%,通過調整聚羧酸減水劑不同組分的搭配比例,達到調整混凝土和易性的目的,具體配合比見表1。

表1 混凝土配合比 單位：kg/m3

4 實驗結果分析

4.1 水工混凝土和易性影響因素研究

針對項目出現的損失過快、施工性能不佳等質量問題,研究普通保坍組分和長效保坍組分的搭配比例、礦物摻合料取代因素的綜合影響,測試混凝土流動度、倒筒時間等關鍵指標,具體測試結果見表2。

表2 混凝土性能測試

圖1 不同因素對水工混凝土流動度的影響

由測試結果知,普通保坍組分和長效保坍組分的作用時間有所區別,普通保坍組分主要在1 h發揮作用,長效保坍組分主要在2 h發揮作用。當初始擴展度一致時,隨著保坍組分的增加,混凝土擴展度呈現先增加后降低的趨勢,表明保坍組分發揮作用有限,過多的加入將會導致體系離析,泌水泌漿,嚴重影響主體質量。結合項目對損失時間的要求,基于測試結果,確定聚羧酸減水劑中普通保坍組分的摻量為3.0%,長效保坍組分的摻量為1.5%。同時對兩種最佳摻量保坍組分進行復合實驗,和易性良好,無泌水泌漿,混凝土粘度適中,松軟,倒筒時間適中,2 h混凝土擴展度無損失,滿足項目施工要求。

4.2 水工混凝土抗壓強度影響因素研究

研究聚羧酸減水劑中保坍組分摻量對于混凝土不同齡期抗壓強度的影響,具體測試結果見表3。

表3 混凝土抗壓強度

由圖2可知,聚羧酸減水劑中保坍組分的引入對于混凝土抗壓強度幾乎無影響影響。礦物摻合料中礦粉、微珠對于混凝土中長齡期抗壓強度貢獻較大。當聚羧酸減水劑中普通保坍組分的摻量為3.0%,長效保坍組分的摻量為1.5%時,混凝土不同齡期抗壓強度正常,符合施工要求,拆模回彈強度也滿足要求。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強度

4.3 水工混凝土水化放熱模擬實驗研究

針對實體結構開展水化放熱模擬實驗,研究聚羧酸減水劑中保坍組分以及礦物摻合料摻量對體系水化放熱溫升性能的影響,避免由于局部溫升過快導致的開裂問題出現,確定最佳保坍組分搭配比例以及礦物摻合料最佳取代率。

圖3 混凝土14d 應力監測結果

通過模擬水化放熱實驗,基礎實驗確定的礦物摻合料摻量以及保坍組分的搭配比例下,水化放熱平穩,溫度監測數據正常,內外溫差基本處于25℃以內,拆模表觀正常,無蜂窩麻面,無開裂,為施工提供了有力的理論依據。

5 結論

水工混凝土要求混凝土在一定時間內不發生坍落度損失,確保施工性能穩定,泵送順利,不堵管,不發生由于損失導致的質量問題,提升施工效率。需要在聚羧酸減水劑中引入具有保坍功能組分,依據項目實際需求,調整普通保坍組分與長效保坍組分的搭配比例,從而實現合理的損失時間,避免過早損失、長時間不損失導致的質量問題。通過現場使用的混凝土聚羧酸減水劑中引入具有保坍功能組分實驗,得到如下結論：

（1）聚羧酸減水劑中保坍組分對混凝土擴展度影響極大,隨著保坍組分占比的提升,混凝土擴展度呈現先增加后降低的趨勢。當聚羧酸減水劑中普通保坍組分的摻量為3.0%,長效保坍組分的摻量為1.5%時,混凝土2 h無損失,和易性良好。

（2）聚羧酸減水劑中保坍組分對混凝土抗壓強度影響不大,當聚羧酸減水劑中普通保坍組分的摻量為3.0%,長效保坍組分的摻量為1.5%時,混凝土不同齡期抗壓強度均符合施工要求。

（3）開展實體水化放熱模擬實驗,通過優化保坍組分搭配比例及礦物摻合料摻量,所選比例水化放熱良好,無開裂。