南水北调中线工程耐久性混凝土配合比试验.pdf

第 3 3卷第 1 0期 2 0 1 1年 1 0月 人民黄河 YELL OW RI VER Vo I 3 3 No 1 0 0c t 2 01 l 【 水利水 电工程 】 南水北调中线工程耐久性混凝土配合比试验 杜 卫 兵 ( 河南省南水北调中线工程建设管理局， 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ) 摘要： 南水北调中线引汉总干渠工程线路长， 环境较为恶劣， 混凝土结构耐久性问题 突出。立足于工程沿线既有建筑 材料， 开展 了原材 料性能指标测试、 混凝土试 配以及 耐久性能检测等， 配制 出了工作性 能优 异、 耐久性 能好 的 C 3 0 W6 F I 5 0二级配普通混凝土， 并提出了相应的施工质量控制措施。 关键词：混凝土；配合比；抗冻性；抗渗性；碱含量；南水北调中线工程 中图分类号 ：T V 4 3 1 文献标识 码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 1 1 0 0 2 8 M i x Pr o po r t i o n Te s t o f Dur a b l e Co nc r e t e o f S o ut h- t o -No r t h W a t e r Di v e r s i o n Mi d d l e Ro u t e P r o j e c t D U W e i b i n g ( C o n s t r u c t i o n a t t d A d mi n is t r a t io n B u r e a u of S o u t h t o N o a h W a t e r D i v e r s i o n Mi d d l e R o u t e P r o j e c t o f H e n a n P r i n c e ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3 ，C h i n a ) A b s t r a c t ： 1 h e m a i n c h a n n e l f r o m H a n j ia n g Ri v e r o f S o u t h t o N o a h Wa t e r D i v e r s i o n Mid d l e R o u t e P r o j e e t h a s a l o n g d i s t a n c e ， a n d a d v e r s e c i r c u m s t a n c eT h e p r o b l e m o f c o n c r e t e d u r a b i l i t y i s p r o mi n e n t B a s e d o n t h e ma t e r i a l c h a r a c t e rs o f l o c a l wo r k s i t e a r e a，t h e p e r f o r ma n c e i n d e x t e s t o f r a w ma t f r i a l s ，c o n c r e t e mi x p r o p o i o n t e s t ，a n d c o n c r e t e d u r a b i l i t y t e s t are c a r r i e d o u t Th r o u g h t h e s e t e s t wo r k s，d u r a b l e c o n c r e t e C3 0W6F I 5 0 wi t h e x c e l l e n t wo r k p e do r ma n c e i s o b t a i n e d，a n d t h e c o r r e s p o n d i n g me a s u r e s o f c o n s t r uc t i o n q u a l i t y c o n t r o l a r e s u g g e s t e d Ke y w o r d s ：c o n c r e t e ；mi x p r o p o i o n ； fr o s t r e s i s t a n c e ； i m p e rme a b i l i t y ；a l k a l i c o n t e n t ； S o u t h t o - N o r t h Wa t e r D i v e rsi o n Mi d d l e R o u t e P r o j e c t 南水北调中线主体工程由水源区工程和输水工程两部分 组成， 水源区工程为丹江口水利枢纽续建及汉江中下游补偿工 程， 输水工程为引汉总干渠和天津干渠。其中引汉总干渠工程 线路长 ， 环境较为恶劣， 混凝土结构耐久性问题突出。笔者基 于河南段地材特点 ， 开展相应混凝土配合比试验 ， 以研究南水 北调中线工程二级配 C 3 0 W6 F 1 5 0混凝土的耐久性。 1 原材料性能指标 原材料选用立足于工程沿线既有的建筑材料 ， 力求不改变 常规的生产工艺 ， 不采用特殊的原料 ， 充分利用高效减水剂和 矿物掺和料的叠加效应， 通过对骨料和配合比主要参数的优 化 ， 配制出工作性能优异、 耐久性能好 、 成本相对较低的 C 3 0混 凝 土。 ( 1 ) 水泥。工程采用水泥为 P 0 4 2 5级水泥 ， 该水泥性能 监测结果表明： 水泥安定性合格， 标准稠度用水量为2 6 9 ， 密 度为3 1 4 g a m ， 碱含量为0 4 2 ； 烧失量为2 9 6 ， 符合烧失 量 5 0 的要求； 比表面积为 3 2 0 m k g ， 符合 比表面积I3 0 0 7 m k g的要求； 水泥初凝时间为 1 5 4 m i n ， 终凝时间为 2 6 3 m i n ， 符合初凝时间14 5 m i n 、 终凝时间6 0 0 mi n的要求 ； 胶砂 3 d 龄期抗折强度为4 6 MP a ， 2 8 d龄期抗折强度为 8 2 MP a ， 符合 3 d龄期抗折强度I3 5 MP a 、 2 8 d龄期抗折强度6 5 MP a的 要求； 胶砂 3 d龄期抗压强度为 2 5 7 MP a ， 2 8 d龄期抗压强度 为4 9 8 M P a ， 符合 3 d龄期抗压强度 1 7 0 MP a 、 2 8 d龄期抗 压强度4 2 5 MP a的要求； Mg O含量为 3 0 5 ， 符合 Mg O含 蹙5 O 的要求 ； S O 含量为 2 2 5 ， 符合 S O 含量 3 5 的要求； 氯离子含量为0 0 2 2 ， 符合氯离子含量 0 0 6 的要 求。即该水泥所检项 目均符合 通用硅酸盐水泥( G B l 7 5 2 0 0 7 ) 的要求。 ( 2 ) 粉煤灰。粉煤灰采用 F类 I 级粉煤灰， 其各项性能指 标检测结果见表 1 。可以看出， 采用粉煤灰均符合 用于水泥 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 4 - 0 8 作者简介： 杜卫兵( 1 9 7 0 一) ， 男， 河南鹤壁人， 高级工程师， 主要从事混凝土结 构质量控制研 究工作 。 E- ma i l - z z h u o _9 9 1 6 3 c o n 人 民 黄 河2 0 1 1 年第 1 0期 和混凝土中的粉煤灰 ( G B 1 5 9 6 -2 0 0 5 ) 和 水工混凝土施工规 范 ( D L T 5 1 4 4 2 o 0 1 ) 中I 级粉煤灰性能指标。 表 1粉煤灰检测 结果 ( 3 ) 骨料。配合比试验采用细骨料为机制人工砂， 根据 水 工混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 ) 对其进行检验， 检验结果见 表 2 ， 其中括号内的标准值为 渠道混凝土衬砌机械化施工质 量评定验收标准( 试行) ( N S B D 8 -2 0 0 7 ) 中的规定值， 其余为 水工混凝土施工规范 ( D L T 5 1 4 4 -2 0 0 1 ) 中的标准值。试验 配合比使用的粗骨料为千尺山料厂生产的52 0 m m、 2 04 0 mm碎石。根据 水工 昆 凝土试验规程 ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 ) 对石子 各项指标进行检验， 结果见表 3 。可以看出， 试验采用的粗、 细 骨料所检参数均满足 水工混凝 土施工规范( D L T 5 1 4 4 - 2 0 0 1 ) 和 渠道混凝土衬砌机械化施工质量评定验收标准( 试 行) ( N S B D 8 -2 0 0 7 ) 的要求。 表 2混凝土细骨料检 验结果 检测项目 标准值 检测值 检测项目 标准值 检测值 细度模数 2 )3 0 坚固性 8 4 石粉含量 61 8 1 1 8 S 0 3含量 1 0 0 2 泥块含量 不允许0 有机质 不允许0 堆积密度( k g I n 。 ) 1 7 2 0 云母含量 2 0 0 4 表观密度( k g 1 11 )2 5 0 0 2 7 1 0 0 2 3 吸水率 密度 (m 观 -3 ) ) 6 9 0 - - g- 3 表 3 各级粗骨料试验结果 52 0 m i l l 碎石 2 O 4 0 fi l m碎石 5 2 0 mm碎石 2 04 0 m m碎石 4， t I 口 1 口 1 口 标准值 检测值 标准值 检测值 标准值 检测值 标准值 检测值 中径筛余 4 07 0 5 2 4 07 O 4 9 超逊径( 超逊 超径0 0 0 0 针片状含量 1 5 1 I 5 3 5 径筛) 含量 逊径 1 2 5 5 0 2 7 0 6 坚 固性 5 4 5 4 饱和面干吸水率 2 5 0 4 2 5 0 3 S O 含量 O 5 0 2 O 5 0 2 鉴于水工混凝土的特点， 二级配混凝土粗骨料需通过最大 容重试验确定其掺和比例。二级配粗骨料掺和比例试验结果 见表 4 。可以看出， 二级配比例从 3 ： 7 到7 ： 3 ( 5 2 0 m m碎石与 2 0 4 0 m m碎石之比) ， 紧密堆积密度最大时级配比例为 4 ： 6 ， 因此确定二级配碎石比例为 4 ： 6 。 ( 4 ) 外加剂。试验采用外加剂为 F A C减水剂。根据 聚羧 酸高性能减水剂 ( J G T 2 2 3 -2 0 0 7 ) 和 混凝土外加剂匀质性 试验方法 ( G B 8 0 7 7 -2 0 0 0 ) 对其性能进行检测， 检测结果见表 5 、 表 6 。可以看出， 掺 F A C聚羧酸高性能减水剂混凝土性能所 检指标满足一等品标准要求， 配合比试验所用的外加剂满足规 范要求。 表 4 二级 配粗骨料 比例试验结果 表 5 掺 F AC聚羧酸高性能减水剂混凝土性能检 验结果 注： 标准值为 聚羧酸高性能减水剂 ( J G T 2 2 3 -2 0 0 7 ) 标准； 外加剂掺量按厂家推荐掺量 1 2 。 表6 F A C聚羧酸高性能减水剂匀质性检验结果 料用量 、 胶凝材料用量、 砂率、 外加剂用量以及用水量的初选和 注： 标准值为 聚羧酸高性能减水剂 ( J G T 2 2 3 -2 0 0 7 ) 标准； 净浆流 动度测定采用水泥为 P 0 4 2 5 ， 用 水量为 8 7 g 。 2 混凝土试配 依据水工混凝土配合比相关规范要求， 经水胶比、 砂石骨 计算分析， 可得 C 3 0 W6 F 1 5 0二级配 昆 凝土计算配合比见表 7 。 表 7 C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普通混凝土计算配合比 ( 1 ) 最优砂率的确定。基于初选的水胶比和用水量， 变动 砂率， 每次增减砂率 1 一 2 进行试拌 ， 坍落度最大时的砂率 即为最优砂率。C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普通混凝土以 3 6 、 3 7 、 7 9 人 民 黄 河2 0 1 1 年第 1 0期 3 8 的砂率进行试配， 测定混凝土坍落度， 见表 8 。可 以看出， 混凝土拌合物的最优砂率为3 8 。 表 8 C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普通 混凝土试拌砂率检测结果 e 0 4 2 3 6 6 2 1 2 2 21 8 7 3 71 3 5 0 7 7 6 1 2 9 0 0 4 2 3 7 6 6 1 2 2 21 8 7 3 7 3 3 4 9 9 7 4 9 2 9 0 ( 2 ) 用水量的确定。采用最优砂率试拌， 调整用水量至混 凝土拌和物满足工作性要求。C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普通混凝土 分别以 1 1 6 、 1 1 9 、 1 2 2 k g m 。的用水量进行试配， 测定混凝土坍 落度和含气量， 结果见表 9 。由于设计要求混凝土坍落度 为 5 0 7 0 m m， 因此可以选定用水量为 1 2 2 k g 。 表 9 C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普通混凝土确定用水量试拌检测结果 水胶比 坍 含 混凝土材料用量 ( k g 13 1 。) 水 水泥 粉煤灰 中砂D 2 0碎石D 4 0 碎石 减水剂 ( 3 ) 混凝土强度。采用 3个不同水胶比的配合比， 其中 1 个为确定用水量的配合比， 其他配合 比用水量不变， 水胶比增 减变化幅度为 0 0 5 ， 砂率相应增减 1 。混凝土强度试验检测 结果见表 1 O 。 表 1 0 C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普通混凝土配合 比强度试验结果 ( 4 ) 配合比的确定及调整。根据混凝土抗压强度试验结 果， 可得混凝土强度一水胶比关系： Y =一9 7 x+7 9 1 0 7 ( 1 ) 式中： y为 2 8 d抗压强度， MP a ； x为水胶 比。 由于混 凝土 配制 强度 必须 考 虑 9 5 的保证 率， 因此 C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普 通混凝土 2 8 d配置 强度 ， c U 0=3 7 4 MP a ， 代入式( 1 ) ， 可确定水胶比为0 4 3 ， 计算的材料用量见表 1 1 。根据 水工混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 ) 和 水工混凝 土配合比设计规程 ( D L T 5 3 3 O 2 0 0 5 ) 的要求 ， 调整后的材料 用量见表 1 1 。 表 1 1 C 3 0 W6 F 1 5 0二级 配普通混凝土材料用量 材料名称 水水泥 粉煤灰 中砂 1 ) 2 0碎石 D 4 0碎石减水剂 总质量 3 耐久性指标检测 ( 1 ) 碱含量计算。根据 预防混凝土工程碱骨料反应技术 条例( 南水北调) 中的规定 ， 混凝土总碱含量不得超过 2 5 k g m 的控制值。由材料性能指标检测结果可知， 水泥、 粉煤灰 和减水剂的碱含量分别为0 4 2 、 1 9 5 和0 8 4 。根据 水 工混凝土施工规范 ( D L T 5 1 4 4 -2 0 0 1 ) ， C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普 通混凝土总碱量为 1 1 9 k g m ， 推荐配合 比的总碱含量满足 要求。 ( 2 ) 混凝土抗渗性能检测。C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普通混凝 土的设计抗渗等级为 W6 ， 基于调整后 的混凝土配合比成型抗 渗试件， 根据 水工混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 ) 检测混凝 土的抗渗性能。结果表明， 混凝土抗渗等级高于设计抗渗等级 W 6 ， 满足设计要求。 ( 3 ) 混凝土抗冻性能检测。C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普通混凝 8 0 土的设计抗冻等级为F 1 5 0 ， 基于调整后的混凝土配合比成型抗 冻试件 ， 根据 水工混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 ) 检测混凝 土的抗冻性能， 结果见表 1 2 ， 其中 为质量损失率 ， P 为相对 动弹性模量。 表 1 2 C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普通混凝土抗 冻性能检测结果 C 3 0 W6 F 1 5 0二级配普通 昆 凝土冻融达到预定的循环次数 ( 1 5 0次) ， 相对动弹性模量未下降至初始值的 6 0 ， 且质量损 失率未超过 5 ， 因此该配合比成型的混凝土抗冻性能满足设 计要求。 4 施工质量控制措施 针对工程施工特点， 为保证混凝土的质量， 提高混凝土的 抗裂性， 在施工过程 中应采取如下控制措施： 严格控制各种 原材料的质量， 其 中 P 0 4 2 5水泥 2 8 d抗压强度不应低于 4 8 0 M P a ， 砂子细度模数控制范围为 2 8 0 2 ； 严格控制水 泥、 粉煤灰、 外加剂的碱含量， 使其满足 预防混凝土工程碱骨 料反应技术条例 对混凝土总碱含量的要求 ； 混凝土拌和时， 原材料称量偏差应严格控制在规范允许范围之内； 粉煤灰混 凝土浇筑时不得漏振或过振 ， 振捣后的粉煤灰混凝土表面不得 出现明显的粉煤灰浮浆层； 粉煤灰混凝土振捣完毕后， 应加 强养护， 混凝土表面宜加遮盖， 并保持湿润； 暴露面的潮湿养护 时间不得少于 1 4 d ， 干燥或炎热气候条件下的潮湿养护时间不 得少于2 1 d 。 【 责任编辑吕艳梅】 昭 2 2 2 O 7 6 7 l 4 犍 8 3 6 乃 3 8 3 8 8 9 3 3 3 醯 弘 勰 勰 铊 0 0 O