基于混凝土20 h內(nèi)強度齡期關(guān)系曲線確定調(diào)壓井滑?；龝r間研究

楊 軍, 冀 祥

(中國水利水電第五工程局有限公司,四川 成都 610066)

1 概 述

JHYJ水電站壩址位于輸水隧洞出口下游約1 km處,調(diào)壓室位于引水隧洞末端,為水室式調(diào)壓室。該調(diào)壓室豎井采用圓形斷面,上室無壓斷面采用城門洞形,經(jīng)調(diào)壓室最低涌波計算后決定不設(shè)下室。豎井內(nèi)徑為12.0 m,底板高程為1 104.62 m,頂部平臺高程為1 225.00 m,豎井高120.38 m,其上室設(shè)在隧洞上游側(cè),長200 m。城門洞形的斷面尺寸為8.0 m(寬)×(10.0～12.0 m)(高),進(jìn)口底板高程為1 202.00 m,傾向豎井的排水底坡坡度為1%。調(diào)壓室檢修閘門布置在豎井下游側(cè),平板閘門的尺寸為5.4 m×6.2 m。在閘門井后的混凝土中設(shè)有通氣孔,在調(diào)壓室頂部下游側(cè)設(shè)置有閘門啟閉檢修平臺。

水利水電工程中調(diào)壓井混凝土施工的方法主要有兩種:常規(guī)混凝土澆筑方法和滑模施工方法。常規(guī)混凝土澆筑方法是最常用的施工方法,它采用木模板、鋼模板或膠合板模板等作為模具,在模板內(nèi)澆筑混凝土,待混凝土達(dá)到一定強度后拆除模板。這種方法適用于各種形狀和尺寸的調(diào)壓井,但由于模板數(shù)量多而造成施工速度慢、施工成本高;滑模施工方法則是由下而上采用液壓或其他提升裝置沿現(xiàn)澆混凝土表面邊澆筑混凝土、邊進(jìn)行同步滑動提升和連續(xù)作業(yè),形成所需要的結(jié)構(gòu)?；Ｊ┕し椒梢詼p少模板的使用量,提高施工速度,特別適用于圓形調(diào)壓井的澆筑。由于該工程的調(diào)壓井采用圓形斷面,故最終決定對調(diào)壓室豎井1 106.62～1 223.50 m高程范圍內(nèi)的井壁采用滑模進(jìn)行澆筑施工。為保證調(diào)壓井混凝土的澆筑質(zhì)量,要求混凝土強度必須達(dá)到0.2～0.4 MPa時方可以滑升滑模。為加快施工進(jìn)度、保證混凝土的澆筑質(zhì)量,必需提前準(zhǔn)確預(yù)測混凝土強度的增長趨勢,進(jìn)而確定滑模提升的時間?；Ｊ┕で闆r見圖1。

圖1 滑模施工圖

2 調(diào)壓井滑?；龝r的混凝土強度

2.1 滑模施工工藝

滑模施工是現(xiàn)澆混凝土工程的一項施工工藝?；Ｊ┕r模板一次性組裝完成,在其上設(shè)置有供施工人員操作的平臺,并由下而上采用液壓或其他提升裝置沿現(xiàn)澆混凝土表面,邊澆筑混凝土邊進(jìn)行同步滑動提升和連續(xù)作業(yè)[1]。

2.2 滑?；龝r的混凝土強度要求

混凝土強度是確定滑模滑升時間的主要因素之一。該項目滑模沿傾斜或水平方向滑動時,經(jīng)計算和試驗確定的混凝土脫模強度應(yīng)控制在0.2～0.4 MPa[2],當(dāng)混凝土強度達(dá)到0.2～0.4 MPa時有利于保證混凝土的外觀和質(zhì)量。若混凝土強度未達(dá)到0.2 MPa時將會造成混凝土坍塌、拉裂、跑漿、鼓包等情況出現(xiàn)。當(dāng)混凝土強度大于0.4 MPa時提升滑模會有沾模情況出現(xiàn)而破壞混凝土結(jié)構(gòu)、降低混凝土質(zhì)量。因此,為保證調(diào)壓井混凝土的澆筑質(zhì)量,加快施工進(jìn)度,需要提前準(zhǔn)確預(yù)測混凝土強度的增長趨勢,從而確定滑模提升的時間。

3 調(diào)壓井混凝土原材料及配合比

3.1 原材料

水泥:采用博海P.O42.5水泥,該水泥的各項性能指標(biāo)必須符合《通用硅酸鹽水泥》GB 175-2007中的有關(guān)技術(shù)要求。

粉煤灰:采用新疆瑪納斯發(fā)電有限責(zé)任公司生產(chǎn)的F類/Ⅰ級粉煤灰,該粉煤灰的檢測指標(biāo)應(yīng)滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596-2017中的Ⅰ級粉煤灰的有關(guān)技術(shù)要求。

粗、細(xì)骨料:采用查汗圖天然砂礫料場的骨料。其骨料品質(zhì)必須滿足《水工混凝土施工規(guī)范》SL 677-2014中的相關(guān)技術(shù)要求。

高效減水劑:采用江蘇蘇博特新材料股份有限責(zé)任公司生產(chǎn)的高效減水劑(SBTJM-Ⅱ),其摻配比例為膠材用量的0.8%。

引氣劑:采用江蘇蘇博特新材料股份有限責(zé)任公司生產(chǎn)的GYQ-I引氣劑,其摻配比例為膠材用量的0.02%(C30F150W10)、0.025%(C30F300W8)。

3.2 配合比

JHYJ水電站調(diào)壓井混凝土配合比見表1。

表1 JHYJ水電站調(diào)壓井混凝土配合比表

4 調(diào)壓井混凝土抗壓強度試驗

4.1 抗壓強度的測試方法

混凝土抗壓強度采用電液式壓力試驗機檢測標(biāo)準(zhǔn)試塊(150 mm×150 mm×150 mm)得出的抗壓強度[3]。

4.2 試驗檢測條件

為檢測混凝土抗壓強度的準(zhǔn)確性,減少混凝土抗壓強度的干擾因素,必須嚴(yán)格控制入倉混凝土坍落度在180～220 mm范圍內(nèi)、記錄澆筑時的大氣溫度,取樣并記錄混凝土的入倉溫度。因同條件養(yǎng)護(hù)試塊強度和結(jié)構(gòu)實體強度具有很好的相關(guān)性,能夠較好地反映結(jié)構(gòu)實體的混凝土強度[4],故將試件放置在與施工現(xiàn)場相同的條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。澆筑期間的環(huán)境溫度趨于穩(wěn)定(34 ℃～38 ℃范圍內(nèi))。

4.3 試驗檢測數(shù)據(jù)

JHYJ水電站調(diào)壓井C30F150W10混凝土20 h內(nèi)的抗壓強度見表2,JHYJ水電站調(diào)壓井C30F300W8混凝土20 h內(nèi)的抗壓強度見表3。

表2 JHYJ水電站調(diào)壓井C30F150W10混凝土20 h內(nèi)的抗壓強度表

表3 JHYJ水電站調(diào)壓井C30F300W8混凝土20 h內(nèi)的抗壓強度表

4.4 影響因素分析

4.4.1 原材料

經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知:影響混凝土凝結(jié)時間和抗壓強度的因素很多,其中包括水泥的品種和膠材用量、水泥細(xì)度、粉煤灰摻量及粉煤灰細(xì)度[5]、骨料種類、骨料粒徑的大小和用量、混凝土拌合水的用量、混凝土的養(yǎng)護(hù)條件、環(huán)境溫濕度、混凝土所用建材的溫度、混凝土所用骨料的含水量等。這些因素對混凝土的凝結(jié)時間和抗壓強度具有不同程度的影響。為了降低除凝結(jié)時間以外的因素對混凝土強度的影響,必須嚴(yán)格控制施工期間各影響因素的穩(wěn)定性,因此,對多自變量可以按單自變量進(jìn)行回歸分析。

4.4.2 混凝土溫度及環(huán)境溫度

鑒于混凝土的拌合溫度、入倉溫度和養(yǎng)護(hù)溫度對混凝土強度和外觀質(zhì)量影響很大,對此,筆者采用了以下方式進(jìn)行控制。

(1)散裝水泥運抵后,首先在陰涼處停放幾個小時,使水泥溫度降低到 60 ℃以下以降低水泥的入倉溫度。

(2)高溫時采用冷水拌合,控制水溫。

(3)避免在高溫時段澆筑。

(4)在混凝土罐車外包保溫被以減少太陽直射造成的混凝土溫度回升。

(5)縮短混凝土運輸及等待卸料的時間,入倉后及時進(jìn)行平倉振搗。

(6)在倉內(nèi),為防止混凝土的溫度受陽光照射及氣溫影響而回升,采用土工布覆蓋的方式同時根據(jù)土工布水分的蒸發(fā)情況及時噴霧濕潤。高溫期除了用土工布進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)外,同時采取了噴霧措施,每 5～8 min 噴霧一次能夠降低倉面溫度 3 ℃～5 ℃,改變小氣候以降低作業(yè)面的溫度。

(7)在低溫季節(jié),混凝土澆筑完成后采用 PEP 保溫被進(jìn)行覆蓋,以降低混凝土的內(nèi)外溫差。

通過采用以上控制方法將混凝土及環(huán)境溫度對混凝土強度的影響波動降至最低。

4.4.3 混凝土拌合物

對每個批次的原材料進(jìn)行合格性檢測,對砂石骨料每隔4 h檢測一次并更新配料單,對外加劑濃度每隔4 h檢測一次并更新配料單,對拌合站的拌合材料稱量每4 h檢查一次以將稱量偏差控制在相關(guān)范圍之內(nèi)。對混凝土拌合物的性能及出機口溫度每隔4 h檢測一次以將其控制在相關(guān)范圍之內(nèi),對入倉混凝土及環(huán)境溫度必須進(jìn)行實時檢測。通過以上措施的實施保證了混凝土拌合物實際配合比的準(zhǔn)確性。

4.5 C30F150W10混凝土線性方程

線性回歸分析是根據(jù)一個或一組自變量的變動情況預(yù)測與其具有相關(guān)關(guān)系的某隨機變量未來值的一種方法?；貧w分析需要建立描述變量間相關(guān)關(guān)系的回歸方程。如果回歸函數(shù)是一個線性函數(shù),則稱變量間是線性相關(guān)。一元線性回歸分析包括兩個變量:一個是自變量,以x(時間,min)表示;另一個是因變量(預(yù)測變量),以y(強度,MPa)表示。R2為判定系數(shù),也被稱為擬合優(yōu)度、可決系數(shù),是測定回歸直線擬合優(yōu)度的重要指標(biāo),該統(tǒng)計量越接近于1,模型的擬合優(yōu)度越高。

通過對YHYJ水電站調(diào)壓井C30F150W10混凝土20 h內(nèi)抗壓強度與時間的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析得出以下混凝土強度與時間關(guān)系式:

y=0.006 9x-4.669 4

式中:x為時間,min;y為抗壓強度,MPa。

R2=0.997 8,說明混凝土齡期與強度基本呈線性關(guān)系。C30F150W10時間強度曲線見圖2。

圖2 C30F150W10時間強度曲線圖

4.6 C30F300W8混凝土線性方程

通過對YHYJ水電站調(diào)壓井C30F150W10混凝土20 h內(nèi)抗壓強度與時間的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析得出以下混凝土強度與時間關(guān)系式:

y=0.005 5x-3.661 3

R2=0.997 8說明混凝土齡期與強度基本呈線性關(guān)系。C30F300W8時間強度曲線見圖3。

圖3 C30F300W8時間強度曲線圖

5 工程應(yīng)用效果與結(jié)語

JHJY水電站項目的工程技術(shù)人員根據(jù)施工現(xiàn)場的混凝土強度、混凝土供料、施工配合比等具體情況確定出合理的滑模滑升速度。該項目滑模沿傾斜或水平方向滑動時經(jīng)計算確定的混凝土脫模強度應(yīng)控制在0.2～0.4 MPa。當(dāng)混凝土強度達(dá)到0.2～0.4 MPa時有利于保證混凝土外觀質(zhì)量。通過對每個批次的原材料進(jìn)行合格性檢測,對外加劑配置濃度進(jìn)行實時檢測,對混凝土拌合物的性能及出機口溫度進(jìn)行檢測,對入倉混凝土及環(huán)境溫度進(jìn)行實時檢測后將其控制在相關(guān)范圍之內(nèi)。通過以上措施的實施,保證了混凝土拌合物實際配合比的準(zhǔn)確性,進(jìn)而減弱了影響混凝土凝結(jié)時間和抗壓強度的因素。為保證調(diào)壓井混凝土的澆筑質(zhì)量,加快施工進(jìn)度,必需提前準(zhǔn)確預(yù)測混凝土強度的增長趨勢,從而確定滑模提升的時間。

混凝土的脫模時間從拌合物出機口時間起算,通過文中所述方法和條件得出的線性方程,結(jié)合混凝土脫模強度可以反推出脫模時間,從而為滑膜施工提供數(shù)據(jù)支撐,加快施工進(jìn)度,節(jié)約試驗成本;也可以通過不同脫模時間點求得相應(yīng)的混凝土強度,從而優(yōu)化施工方案,提高施工質(zhì)量。此次研究取得的結(jié)果可為類似項目提供參考,結(jié)合實際情況確定脫模時間。