关　键　词:永久船闸;混凝土配合比;试验工作总结;三峡工程

中图分类号:TV431　　　文献标识码:A

1　概述

　　三峡永久船闸二期工程混凝土工程量大,施工期长,各部位混凝土分区细,耐久性要求高。为保证混凝土工程施工质量,提出既满足设计要求又经济节省的优化混凝土配合比非常必要。永久船闸二期工程混凝土配合比设计自1998年2月开始,到1998年6月提出施工配合比,至1999年7月提出耐久性能试验报告并经施工中优化调整,得到很好的执行,混凝土工程质量得到保证。主要混凝土设计技术指标见表1。

表1　主要混凝土设计指标

　　注:混凝土均为3级配。

2　原材料试验

2.1　骨料

　　细骨料为三峡下岸溪斑状花岗岩人工机制砂,细度模数为2.70,石粉含量为11.5%,在配合比设计时考虑其对砂率和用水量的影响,该砂各性能指标满足规范要求,可用于船闸混凝土施工。粗骨料采用古树岭料场闪云斜长花岗岩人工碎石,按颗粒分为3级:小石5～20mm;中石20～40mm;大石40～80mm。其物理性能指标满足规范和技术要求。但各级粒径均稍偏大,在施工配合比中加以调整。各级配中石子比例的优选试验结果为:2级配,中石∶小石=1∶1;3级配,大石∶中石∶小石=2∶1∶1。优选试验成果见表2。

表2　粗骨料级配优选试验成果

2.2　水泥

　　本工程混凝土采用葛洲坝水泥厂、湖南石门特种水泥厂和华新水泥厂生产的525号中热硅酸盐水泥。经检测,3种水泥的物理力学性能指标,均满足规范要求且性能指标接近。3厂家水泥检验结果见表3。

2.3　粉煤灰

　　选用平圩、珞璜、南京华能3家电厂生产的Ⅰ级粉煤灰。经检验,3种粉煤灰均达到Ⅰ级粉煤灰标准。检验结果见表4。

2.4　外加剂

　　本工程混凝土中掺用高效减水剂和引气剂,以降低混凝土单位用水量和提高混凝土的耐久性。经业主试验优选,减水剂采用浙江龙游外加剂厂生产的ZB-1A,引气剂采用石家庄外加剂厂生产的DH9。

表3　水泥物理力学性能

　　为了解外加剂对混凝土性能的影响及选择合适掺量,采用在同一配合比中进行了DH9不同掺量的试验,试验成果见表5。

表5　DH9掺量对混凝土性能影响

　　掺入引气剂DH9的混凝土,和易性得到改善,泌水率减小,坍落度损失也减缓,凝结时间则基本不变,含气量达4.0%以上,说明适量掺入DH9对改善混凝土性能是有利的。但随着DH9掺量的增大,含气量却增加缓慢。因此,DH9引气剂的掺量以0.6P10000～0.8P10000为宜。

3　配合比设计试验

3.1　方案选择

　　永久船闸混凝土按部位分区较细,各部位混凝土既要低标号又要满足高耐久性要求。为解决这一矛盾,选择合适的粉煤灰及引气剂的掺量尤为重要。试验方案组合见表6。

表6　配合比设计方案组合

3.2　试验配合比

　　根据上述方案所进行的配合比初步试验结果,表明掺DH90.6P10000,含气量能满足要求。掺ZB-1A0.5%,DH90.6P10000,减水效果良好。混凝土凝结时间随粉煤灰掺量增大略有延长,这对夏季施工有利。在低温季节,应控制减水剂掺量并考虑粉煤灰的影响。粉煤灰的掺入,改善了混凝土的和易性。

4　混凝土的力学性能

4.1　混凝土力学性能指标

　　按照试验配合比成型混凝土试件,测得各龄期的混凝土力学性能指标。其抗压强度、劈拉强度由150mm×150mm×150mm立方体试件测得。

　　掺入适量粉煤灰和外加剂后,混凝土强度仍与水胶比线性相关,各龄期的混凝土强度与水胶比关系见表7。

表7　混凝土强度与胶水比关系

　　试验配合比混凝土抗压强度R28=19.0～39.9MPa,R90=27.6～48.9MPa,满足设计对各部位混凝土强度的不同要求。混凝土28d龄期的劈拉强度为1.61～2.92MPa,拉压比在3级配混凝土中为0.073～0.088,平均为0.081,2级配混凝土拉压比平均为0.074,90d龄期劈拉强度为2.4～4.06MPa,拉压比平均为0.076。

4.2　外加剂对混凝土强度的影响

　　在相同水胶比、坍落度条件下,单掺0.5%ZB-1A,混凝土28d强度降低10.8%,90d降低14.8%,加掺引气剂DH90.6P10000,28d降强31.3%,90d降强33%。随着外加剂掺量的增加,混凝土降强速率加快。因此,引气剂掺量宜控制在(0.6～0.8)P10000。

4.3　粉煤灰掺量对混凝土强度的影响

　　混凝土中加入粉煤灰,能改善和易性,密实混凝土,降低水化热,但会降低混凝土早期强度,如掺量过大,对后期强度也有影响。当掺量小于15%时,对混凝土强度无多大影响,掺量为15%～40%时,对90d龄期以前的强度影响较大,对90d以上龄期混凝土强度的影响则相差不多。但当掺量达45%以上时,90d强度也相对有所降低。因此,对以90d龄期强度为设计依据的低标号高耐久性混凝土,加入适量粉煤灰既能满足设计要求,又能取得一定的经济效益。

4.4　混凝土强度与龄期的关系

　　混凝土强度随龄期有规律地增长,增长率与粉煤灰掺量有关。掺粉煤灰后,混凝土早期强度增长较慢,后期强度则增长较快,90d强度是28d强度的1.36～1.65倍,而不掺粉煤灰的混凝土,其90d强度是28d强度的1.19倍。

4.5　温度对混凝土强度的影响

　　为了解拌和室温对混凝土强度的影响程度,进行了不同水胶比、不同粉煤灰掺量和不同级配的对比试验。试件在24h脱模后放入养护室标准养护。试验结果表明,温度对混凝土早期强度有一定影响,对后期强度则影响不大。如7d的低高温强度比值为0.70～0.93,28d则为0.85～0.98。另外温度对低水胶比混凝土强度影响稍大,对不同粉煤灰掺量的混凝土影响不明显。温度对混凝土凝结时间影响很大,在不同季节,应相应控制ZB-1A的掺量,调整凝结时间。

4.6　混凝土的静弹模量与泊松比

　　试验测得各配合比混凝土28d的弹模为2.02×104～3.19×104MPa,90d弹模为2.60×104～3.66×104MPa。混凝土弹模与强度正相关。混凝土强度愈高,其抵抗变形的能力越强。粉煤灰与引气剂掺量对弹模的影响,体现在它们对混凝土强度的影响中。混凝土28d的泊松比在0.15～0.23之间,平均为0.18,90d泊松比在0.17～0.22之间,平均0.19,与已有经验数据相吻合。

4.7　混凝土的拉伸值

　　试验测得混凝土28d拉伸值为0.76×10-4～1.02×10-4,90d为0.82×10-4～1.45×10-4,能满足设计对不同部位混凝土的要求。混凝土拉伸值与极拉强度随龄期增长,与抗压强度正相关,但相关性稍差。这是因为混凝土极拉试验值易受骨料粒径、级配、装料不均、偏心等因素影响,一般是骨料粒径小的比大的拉伸值要大。

5　混凝土的耐久性

5.1　混凝土的抗渗性能

　　混凝土抗渗试验采用逐级加压法,试验结果表明,在掺入粉煤灰和外加剂后,混凝土的内部结构得到调整,改善了混凝土和易性,混凝土更加密实;混凝土的抗渗能力大为改善,使低强度

等级的混凝土也能达到较高的抗渗标号。混凝土抗渗标号满足设计要求。

5.2　混凝土的抗冻性能

　　混凝土抗冻试验采用快冻法并考虑了大水胶比(0.55)情况下不同粉煤灰掺量的影响。试验结果表明:经250次冻融循环,试件的相对动弹模为83%～90.4%,重量损失为1.66%～2.34%,抗冻标号均大于D250。相对动弹模最小的为不掺粉煤灰者,其重量损失也较大,为2.26%,仅次于掺粉煤灰45%者。由此可见,掺入粉煤灰对混凝土的抗冻性能无不利影响,相反,掺入粉煤灰能改善混凝土的微观结构,提高密实性,进而从整体上改善混凝土的耐久性。当然,水胶比对混凝土抗冻性能仍是重要控制因素,低水胶比(0.45)比高水胶比(0.55)的混凝土抗冻性能明显要好。

　　引气剂的掺入是混凝土抗冻性能提高的重要因素,掺入0.6P10000～0.7P10000的DH9引气剂后,混凝土抗冻标号均满足设计要求。但在施工中应严格控制引气剂掺量范围,掺量不宜过大,否则会引起混凝土的低强和质量不均匀。

6　施工配合比参数选择及施工配合比的提出

6.1　混凝土配置强度确定

　　根据设计要求的混凝土施工质量技术指标,计算出各设计强度等级混凝土的施工配置强度。

6.2　水胶比选择

　　根据配置强度,代入混凝土强度曲线方程,初步得出水胶比参数,再考虑粉煤灰、外加剂及各部位对混凝土性能的不同要求综合确定。

6.3　用水量选择

　　试验配合比的坍落度在4～6cm之间,而施工配合比的坍落度则要求7～10cm,考虑大坍落度对砂率的调整,一般以坍落度±1cm,用水量±2.5kg,砂率±1%,用水量±(2～3)kg来估算,最后试拌确定。

6.4　砂率选择

　　坍落度增大,用水量相应增大,为保持混凝土的凝聚性和大体积流动性,减少粗骨料分离,需相应增加砂率以保证混凝土中砂浆的饱满粘稠。根据试验,一般以坍落度±1.5cm,砂率±1%为宜。

6.5　引气剂掺量

　　引气剂掺量在0.6P10000～0.8P10000时,均能满足混凝土耐久性要求,应取小掺量。

6.6　粉煤灰掺量

　　粉煤灰对混凝土抗冻、抗渗没有多大影响,但较大掺量使混凝土早期强度降低。故高强度等级混凝土掺20%以下,以改善和易性,低强度等级混凝土掺30%～40%。

6.7　不同品种水泥、粉煤灰对比试验

　　试验表明:3种水泥和3种粉煤灰对混凝土性能影响相差甚微,在施工配合比中可采用相同的配合比参数,稍加调整,相互替代使用。

6.8　施工配合比

根据试验配合比成果,综合考虑各种因素,经试配调整,提出混凝土施工配合比见表8。

表8　混凝土施工配合比(部分)

7　施工实际验证及结论

　　永久船闸自1998年12月主体混凝土开始浇筑到2003年6月通航,所有混凝土强度保证率均在90%以上,部分强度等级混凝土保证率达到99.99%,离差系数在0.10～0.16之间,均方差在4.07～5.96MPa之间,抗冻、抗渗试验结果全部满足设计要求。

　　永久船闸混凝土施工实践表明,优选的混凝土配合比是符合设计要求的,选定的配合比参数是合理的。配合比设计试验过程中对粉煤灰掺量、外加剂掺量、温度控制等的认识是科学的。