渠道衬砌机混凝土配制及性能试验.pdf

广西水利水 电 GU A N G X I WA T E R R E S O U R C E S&H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 4 ( 6 ) 试验研究 渠道衬砌机混凝土配制及性能试验 唐玲玲 ’ 李剑锋 陈建国 ( 1 ． 玉林市水利电力科学研究院广西玉林5 3 7 0 0 0 ； 2 ． 广西壮族自治区水利科学研究院广西南宁5 3 0 0 2 3 ) [ 摘要】 针对渠道衬砌机混凝土高抗裂性及高抗渗性要求 ， 采用掺粉煤灰 、 聚合物纤维及高效减水剂的方法配制渠 道衬砌机混凝土， 当粉煤灰掺量为2 0 ％一2 5 ％、 聚合物纤维掺量为0 ．9 k g ／ m 、 高效减水剂掺量为 1 ． 0 ％时， 所配制的 渠道衬砌机混凝土抗压强度达到2 6 ． 2 MP a ， 抗渗等级达到W8 ， 满足渠道衬砌机混凝土的施T要求。 [ 关键词】 渠道衬砌机混凝土 ； 施TT艺 ； 抗裂性 ； 抗渗性 【 中图分类号】 T V 4 3 1 [ 文献标识码】 B [ 文章编号1 1 0 0 3 — 1 5 1 0 ( 2 0 1 4 ) 0 6 — 0 0 1 4 — 0 3 l 概 述 渠道衬砌机在国外 已有几十年 的发展史 ， 已经 由原来的手动 、 半机械化的施工工具发展到 电脑程 序化控制的全 自动衬砌设备⋯ 。国内大型渠道衬砌 设备 的应用首先在南水北调东线一期工程中， 设备 及机械化衬砌技术尚处于初级阶段 。 渠道现浇普通混凝 土在广西 的水利1 二 程 中应 用较 为广泛 ， 由于现浇混凝 土渠道一 般为素混凝 土 ， 当其 紧贴 的土方发生局部塌 陷时 ， 混凝土现浇 板就会产生空鼓或断裂现象 ， 渠道 整体性能较差 ， 且施工周期较长。国内针对现浇渠道混凝土开展 了聚合物纤维混凝土技术 。 、 双掺粉煤灰及纤维混 凝土技术研究 ， 取得了一些成果 ， 广西从 2 0 1 3 年开 始引进渠道衬砌机施工技术 ， 为了配合渠道衬砌机 在广西形成规模化施工的要求 ， 保障施工质量 ， 本文 对渠道衬砌机混凝土配合比进行了专门研究。 2 原材料及配合 比试验研 究 渠道衬砌机混凝土配合 比要求设计强度等级为 C 1 5 ， 抗渗等级要求为W4 ， 水胶 比为0 ． 5 5 ～ 0 ． 6 5 之间， 粉煤灰掺量为 2 0 ％～2 5 ％， 高效减水剂掺量为水泥掺 量的l ％， 坍落度要求 1 0～3 0 mm， 强度保证率9 0 ％。 2 ． 1 原材料试验及其性能 水泥采用北流市海螺水泥有限责任公 司生产 的海螺牌复合硅酸盐 3 2 ． 5 水泥 ， 该水 泥的物理力学 性能试验结果见表 1 ； 粉煤灰采用来宾( B ) 电厂生产 的 Ⅱ级粉煤灰 ， 检测项 目及结果见表 2 ； 河砂品质检 验结果见表 3 ； 石灰岩人工碎石( 二级配 ) 品质检验 结果见表 4 ； 采用北流市升达混凝 土外加剂厂“ T F ” 缓 凝 高 效 减 水 剂 ( 水 剂 、 推 荐 掺 量 0 ． 6 ％)， 按 G B 8 0 7 6 — 2 0 0 8 标准要求进行检验 ， 结果见表 5 ； 采用 江苏 恒神纤 维 材料 有 限公 司生产 的聚丙 烯 单丝 纤 维 表 1 水泥物理 力学性能试验结果表 标 棠 鬻 用 细 度 ，％ 安 定 性 抗 折 强 度抗 压 强 度 ／M P a ／M P 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 细 需 比含 k g ／ 度 m ) 2 2．4 1 0 0 0 ． 2 0 ． 5 2 0．4 0 l 98 0 表 3 河砂 品质检测结果 【 收稿 日期] 2 0 1 4 - 0 7 - 1 8 【 作者简介】 唐玲玲 ( 1 9 8 1 一) 、 女 ， 广 西资源 人， 玉林市水利 电力科学研究院T程师 ， 学士 ， 主要从事水利 T程检测试验T作。 1 4 广西水利水 电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E S&HY D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 4 ( 6 ) 表 5 外加剂 品质检测结果 2 ． 2 配合比方案的拟定 本 次混凝 土配合 比试验研究主要针对渠道混 凝土衬砌机推广项 目， 渠道衬砌混凝土的设计指标 为强度等级为C 1 5 ， 渠道抗渗等级为W4 。为了比较 各种材料对混凝土性能的影响 ， 从而达到优选各种 材料使渠道防渗更可靠， 实施更简便。混凝土配合 比试验方案拟定如表 6 所示 。 表6 混凝土配合比试验方案拟定 序 号 孳 襞一面 _ 面 - _ 注 ： “ 、 ／ ” 表示该种T况下选用的材料 3 混凝 土配合 比试验 结果分析及讨论 3 ． 1 拌合物和易性试验结果 混凝土拌合物的和易性以混凝土拌合物的坍 落度 来测 定 。3 种 工况 在 同一水胶 比( 水 胶 比为 0 ． 6 0 ) 、 砂率相同( 4 2 ％) 的工况下 ， 坍落度值分别为 2 5 mm、 1 5 m m、 3 3 mm， 详 见表7 。 表 7 混凝土拌合物和易眭比选 试验结果表明 ， 混凝土拌合物的和易性是保证 混凝土现场施工时浇筑振捣密度均匀 的前提 ， 掺入 纤维的混凝土配合 比， 其粘 聚性和保水性能 、 棍度 等都较未掺人的混凝 土配合 比有明显改善 。混凝 土掺人 纤维后需要通过掺用减水 剂来调节混凝 土 的流动性 以满足施工坍落度的要求 。 3 ． 2 混凝土抗压强度及抗渗性能试验结果 对本次试验研究 的渠道衬砌混凝 土在相 同水 胶 比 、 相同砂率( 3 种工况下 ) 的工程进行抗压强度 及抗渗性 能试验 ， 混凝土抗渗性能试验测定采用混 凝土相对渗透性试验 ， 即在恒定水压下的渗水高 度 ， 通过该渗水高度计算相对渗透性系数， 来比较 不 同混凝 土 的抗 渗性 。本次试 验选定 压力为 0 ． 8 MP a ， 将抗渗仪 的水压力一次性加到 0 ． 8 MP a ， 在此 压力下恒定2 4 h ， 然后降压， 然后将试块劈开， 量取 渗水高度试验结果详见表 8 。 表 8 混凝土拌合物和易性 比选 试验结果表明 ， 在保持水灰 比和砂率用量不变 的前提下 ， 掺人纤维 的混凝土 比不掺入纤维的混凝 土强度要有所增加 。掺人纤维的混凝土 比不掺人 纤维 的抗渗性能要明显优于普通混凝 土。主要原 因是 ： 纤维的掺入减少 了混凝土内部所产生的微细 裂缝或是由孔 隙所形成连通的渗水孔道等 。 4 工程 应 用 4 ． 1 工程概况 本次现场试验对北流市蟠龙灌区 九代支渠全 段 1 0 7 ． 0 13 3 进行 C 1 5 混凝土衬砌 。 共分 6 段试验段 ， 第一试验段为常规混凝土人工衬砌段 ， 长 5 1 T I ； 第二 试验段为常规混凝土机衬段， 长2 0 m( 第一、 第二试 验段均采用第一种工况混凝土配合 比) ； 第三试验 段为添加粉煤灰 、 减水剂 、 纤维混凝土机衬砌段 ， 长 1 9 ． 3 1T I ( 采用第二种工况混凝土配合 比) ； 第四试验 段常规混凝土人工衬砌段， 长4 ．0 1T I ( 第一种工况混 凝土配合 比) ； 第五试验段为添加减水剂混凝土机 衬段 ， 长 3 6 ． 3 m( 采用第 三种工况混凝土配合 比) ； 第六试 验段为常规混凝 土机衬段 ， 长 l 7 ． 3 m( 第 一 种工况混凝土配合 比) 。现场实际施工断面如图 1 。 4 ． 2 渠道衬砌混凝土施工配合比 根据对试验结果各种性能的综合分析， 并结合 相关 的技术要求 ， 现场施工配合 比的原材料与室内 1 5 V V V V V v V V V V V V V V V 4 4 4 5 5 5 叭 叭 况 况 况 r r L = 一 二 三 第 第 第 唐玲玲， 李剑锋， 陈建 国： 渠道衬砌机混凝土配制及性能试验 图 1 渠道试验段横断面示意 图 试 验研究采用 的原材料基本 一致 。由于现场施工 时粗骨料分级不便 ， 只能采用混合级配。 4 ． 3 渠道衬砌混凝土施工工艺 4 ． 3 ． 1 混凝土拌合 混凝土拌合采用 自落式搅拌机( 容量为 0 ． 4 m 。 ) 。 为方便计量 ， 每拌混凝土按两包水泥用量来配料 。 砂 、 碎石采用铲车斗体积和重量换算来量测 ； 水量 采用盛水桶的高度来控制 。减水剂 、 纤维 、 粉煤灰 用 量则通过不 同量 程范 围的天平 、 磅秤等专 人称 量 、 记录。拌合方法如下 ： ( 1 ) 第一种工况 ： 碎石+ 水泥+ 砂+ 水 ( 湿拌 ) 一 混凝土 ； ( 2 ) 第二种工况 ： 碎石 + 纤维+ 水泥+ 砂+ 水 ( 湿 拌 ) 一 混凝土 ； ( 3 ) 第三种工况 ： 碎石+ 砂+ 水泥+ 水( 外加剂溶 于水 ) ( 湿拌 ) 一 混凝土 。 4 ． 3 ． 2 混凝土运输及浇筑 混凝土场外运输采用 自卸式拖拉机完成 ， 自卸 式拖拉机直接在混凝土搅拌机出料口装料后， 将混 凝土拉至渠道衬砌坡面 ， 由人工或装 载车直接将混 凝 土通过溜槽泄入渠道衬砌机料斗 。渠道衬砌机 匀速连续工作 ， 混凝 土料一边人料斗 ， 一边通过渠 道衬砌机振捣 、 成型。 4 - 3 - 3 混凝土现场养护 混凝土现场养护均采用人工洒水养护 ， 养护 时 间不 少 于 7 d 。 4 _ 3 ． 4 混凝土现场质量控制 混凝土质量控制采用在搅拌 机出料 口直接取 样成型混凝土抗压试块 、 及抗渗试块各两组 ( 共 3 种 施工配合 比工况 ) ， 共计成型 6 组混凝土抗压试块 ， 6 组混凝土抗渗试块。混凝土坍落度控制直接在搅 拌机出料 口完成 。 4 ． 4 质量检测 在施工过程中 ， 对 3 种工况下? 昆凝土各项性能 指标 的检测主要采取在机 口随机抽样 的方法进行 ， 检测结果见表 9 。 1 6 表9 混凝土力学及抗渗性能检测结果表 5 效益分析 蟠龙灌 区九代支渠普通混凝土防渗渠道衬砌 厚度为 1 0 c m， 按普通混凝土( C 1 5 、 W4 ) ( 即第一种 工 况 ) 预 算单 价 2 8 2元／ m ， 第 二种 工 况预 算单 价 2 7 3 ．7 元／ m ， 第三种工况预算单价2 8 6 ．0 元／ m ’ ， 相比 较而言 ， 渠道衬砌机7 昆 凝 土掺加丹纤维 、 粉煤灰后 其工程造价相对较低 。 6结 论 ( 1 ) 聚合物纤维 、 粉煤灰混凝土配合 比与普通 混凝土配合 比基本相 同， 但掺入纤维后混凝土的流 动性和坍落度明显降低， 为保证聚合物纤维混凝土 的流动性 ， 通过掺用减水剂或适当增加水和水 泥用 量来调整坍落度， 以满足施工和易性要求。 ( 2 ) 粉煤灰掺量 2 0 ％ ～2 5 ％ 、 聚合物纤维掺量 为 0 ． 9 k g ／ m 、 高效减水剂掺量为 1 ％时， 所配制的渠 道衬砌机混凝土抗压强度达到 2 6 ． 2 MP a ， 抗渗等级 达到 W8 。 ( 3 ) 在保持水灰 比不变的条件下 ， 掺入纤维 、 粉 煤灰 的混凝土 ( 即第二种工况) 工程造价相对稍低 ， 并且抗渗l 生能及抗裂效果较好。 参考文献 [ 1 】 马继敏 ， 夏海峰． 渠道衬砌机混凝土施] _ 措施及应用l J 1 ． 吉林水利 ， 2 0 1 3 ( 0 1 ) ： 4 8 — 4 9 ． 【 2 ] 罗丰． 南水北调渠道混凝土衬砌施 1 T艺总结【 J J ． 中国 建筑金属结构， 2 0 1 3 ( 1 1 ) ： 1 8 1 — 1 8 2 ． [ 3 1 张亚 坤 ， 侯 黎黎． 纤 维混凝土在水 利T程 中的应 用『 J 1 ． 长 江科学院院报 ， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 1 1 4 — 1 1 6 ． [ 4 ] 刘鲁强． 聚合物纤维混凝土试验研究【 J J ． 水资源与水T ： 程 学报 ， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 5 5 — 5 7 ． [ 5 】 凌贤宗 ， 陈建国． 双掺粉煤灰及纤维混凝土在渠道防渗 T程中的应用研究[ J ] ． 巾同农村水利水电， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 1 1 5 — 1 l 6 ． ( 责任 编辑 ： 刘征湛 ) ( 英文摘要 下转第 2 7 页) 广西水利水 电 GUANGXI WA T E R R ES OUR CE S&HYDR OP OWE R E NGI NE E RI NG 2 0 1 4 ( 6 ) 研究及原型观测 、 调试成果也为高水头船 闸的设计 和建设积累了宝贵的资料与经验。 参考文献 [ 1 】 广西电力T业勘察设计研究院． 红水河桥巩水电站枢纽 T程竣T安全鉴定设计 自检报告【 R 】 ． 南宁： 广西电力T业勘 察设 计研究院 ， 2 0 1 3 ． [ 2 】 重庆西南水运T程科学研究所． 红水河桥巩水电站整体 水T模型试验研究报告[ R 】 ． 重庆 ： 重庆西南水运T程科学研 究所 ， 2 0 0 6 ． f 3 】 南京水利科学研究院． 桥巩船闸阀门水力学试验研究 【 R ] ．南京： 南京水利科学研究院， 2 0 0 5 ． [ 4 】 南京水利科学研究院． 红水河桥巩水电站船闸输水系统 水力学试验研究报告[ R 】 ． 南京 ： 南京水利科学研究院， 2 0 0 5 ． ( 责任编辑 ： 周群 ) S h i p l o c k d e s i g n f o r Qi a o g o n g Hy d r o p o we r P r o j e c t o n Ho n g s h u i R i v e r CHEN Lo n g ( G u a n g x i E l e c t r i c P o w e r I n d u s t r y I n v e s t i g a t i o n D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n n i n g 5 3 0 0 2 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Wi t h a d e s i g n h e a d o f 2 4 ． 6 m， t h e s h i p l o c k o f Q i a o g o n g H y d r o p o w e r P r o j e c t o n H o n g s h u i R i v e r i s a h i g h wa t e r —h e a d l o c k． Th e s e r v i c e v a l v e o f wa t e r t r a n s mi s s i o m g a l l e ry i s d e s i g n e d a s fla t g a t e wh i c h i s n o t wi t hi n t h e a p— p l i c a b l e r a n g e o f p l a n e v a l v e f o r s h i p l o c k ． A n i n t r o d u c t i o n w a s m a d e o n t h e m a j o r t e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f Q i a o g o n g s h i p l o c k ， t h e g e n e r a l l a y o u t o f l o c k s t r u c t u r e s ， d e s i g n o f w a t e r t r a n s m i s s i o n s y s t e m e t c ． ， b a s e d o n w h i c h t h e a u t h o r s u mma r i z e d t h e t e c h n i c a l f e a t u r e s o f l o c k wa t e r t r a n s mi s s i o n s y s t e m ，a i mi n g t o p r o v i d e r e f e r e n c e for d e - s i g n o f hi g h wa t e r —he a d s hi p l o c k． Ke y wo r d s ： Hi g h wa t e r — — h e a d s i n g l e — — s t a g e l o c k ； g e n e r a l l a y o u t ； wa t e r t r a n s mi s s i o n s y s t e m； v a l v e g a l l e r y s h a p e ； d e s i g n ( 上接 第 1 6 页) P r e p a r a t i o n a n d p r o p e r t y t e s t o f c o n c r e t e for c a n a l l i n i n g m a c h i n e T ANG L i n g - l i n g ， L I J i a n — f e n g ，CHEN J i a n — g u o ( 1 ． Yu l i n H y d r a u l i c a n d E l e c t r i c P o w e r Re s e a r c h I n s t i t u t e， Yu l i n 5 3 7 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． Gu a n g x i Hy d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ，Na n n i n g 5 3 0 0 2 3 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： T o a c h i e v e h i g h c r a c k a n d p e r me a b i l i t y r e s i s t a n c e ，fl y a s h，p o l y p r o p y l e n e f i b e r a n d h i g h e ffic i e n c y w a — t e r r e d uc e r we r e mi x e d i n t o t h e c o n c r e t e p r e pa r e d f o r c a n a l l i n i ng ma c h i n e． W h e n t h e mi x i ng r a t i o s a r e 2 0 ％ ～ 2 5％ ． 0 ． 9 k g ／ m a n d l ％ for fl y a s h．p o l y p r o p y l e n e f i b e r a n d h i g h e ffic i e n c y w a t e r r e d u c e r r e s p e c t i v e l y，t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d i mp e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e c a n b e u p t o 2 6 ． 2 MP a a n d W8 g r a d e，w h i c h s a t i s f y t h e c o n s t r u c t i o n r e — q u i r e me n t s o f c o n c r e t e for c a n a l l i n i n g ma c hi n e ． Ke y wo r d s ： C a n a l l i n i n g ma c h i n e ； c o n c r e t e ； c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e ； c r a c k r e s i s t a n c e ； p e r me a b i l i t y r e s i s t a n c e 2 7