碾压混凝土抗冲耐磨性能试验研究及应用.pdf

2 0 1 0年第 2期 碾压混凝土抗冲耐磨性能试验研究及应用 高建 山，张 国慧 ( 中国水利水 电第十 六工程局有限公 司勘 测设 计院 ，福建 福州 3 5 0 0 0 3 ) 摘要 ：该文结合新疆某水利枢纽碾压混凝土重力坝5 - 程实际。对添加 HF和硅粉的常态混凝土 及碾 压混凝 土 的力学 、抗 冲磨 等性能 进行测试 和对比 。结果认 为。碾 压混 凝 土 中掺 入 HF和硅 粉不但满足抗 中 磨等性能要求，且 节省原材料，简化施工工艺，降低水化 温升，预防表面裂 缝；抗冲磨碾压混凝土具有干缩率小、施工简便、造价低等优点，具有推广应用价值。 关键词 ：碾压混凝土；抗冲耐磨性能 ；HF；硅粉 中图分类号 ： T V 4 3 1 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 23 0 1 1 ( 2 0 1 0 ) 0 20 0 5 6 0 4 前 言 新疆某水利枢纽大坝为碾压混凝土重力坝 ，混凝土材料 分区见图1 。泄水建筑物表孔溢流面混凝土表层 5 0 c m采用 常态二级配作为抗冲磨混凝土，与之相接的是厚 2 5 m的三 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 4 2 8 级配变 态混凝土和三级 配碾 压混凝土 ，常态混凝土和碾 压混 凝土抗冲磨性能 比较 见表 1 ，混凝土 配合 比见表 2 。在 国 内 类似工程施工 中，通常采用 常态混凝土和碾压混凝土 同步上 升或常态后浇的浇筑方式。常态混凝土由于水泥用量高硬 化过程中混凝土产生的水化热温升 比碾压混凝土高 ，容 易产 生不同的温度梯度而引起应力裂缝。本工程通过 比对研 究碾 压混凝土和常态混凝土 的抗 冲磨性能，建 议在碾压混凝土坝 = e； 、 盼e； 分 疗 0 身 e 、 = ； ； 0 e e石 、 蝣 、 e S； = ； ； e ； = 、 格控制锤击能量。若桩身晃动幅度较大，应停止锤击，并在 导轨 中部增加软背板 ，以防止桩身开裂或造成 断桩事故。 ( 3 )基 桩穿越粉砂层进入下卧淤泥质粘土层时，贯入度 突变，存在溜桩现象 。施工过程加强监控 。严格控制以 1档 油 门施打，以防桩身拉应力过大发生打桩及机损事故。 ( 4 )施 工过 程 如发 生贯入 度突 然增大 ，桩 身倾斜 、偏 位 ，桩周水 面冒水泡 ，桩顶破碎掉块等异常情况。应立即停 锤，分析原 因，采取措施后。方 可继续施工。 ( 5 )对作为桩尖持力 层的 角砾 层较 薄的个 别施工区域， 停锤时贯入度仍 较大 的桩，经高应变检测后，在确保桩尖进 入持力层，桩基承载力满足设计要求 的情况下，调整沉桩停 锤标准。同时加 固处理上部结构 。 ( 6 )工 程施工 区域紧邻闽江 主航道，过往船只频繁，行 船涌浪较大 ，对沉桩的安全 、质量有一定影响。施工过 程派 专人晾望，打桩船晃动过大时，暂停锤击，避免基桩受损。 ( 7 )桩基成排后，及时采取加固措施。定期复测水深情 况，掌握基床的冲淤变化。注意其对桩身结构的影响。 7桩基检测及评定 本 工 程共 施打 预应 力混 凝土 方桩 2 2 4根 、钢 管桩 1 1 2 根。为检验复杂条件下混凝土方桩的施工质量，根据设计及 规范要求，对其中的 2 6根预应力混凝土方桩进行了低应变 5 6 检测，检测结果全部为 工合格类桩。 施工 中，部分基桩 因最终贯入度过大 ，无法判定施工 质 量 ，对 2根引桥桩及 3根码头 桩进行 了初复 打高应变 检测 。 复打结果 ，引桥桩单桩极 限承载力分别为 4 5 0 0 k N和 4 3 0 0 k N；码头桩单桩极限承载力分别为 6 6 8 0 k N、5 8 0 0 k N ( 钢 桩)和 5 3 0 0 k N ( 钢桩) ，均 超过 设计 4 2 0 0 k N、5 0 0 0 k N 的承载力要求 ，桩身完整性均较好，属 I类合 格桩 。 8 结语 福州港鑫通码头 4 泊位码 头桩基 施工，根据 现场地 质 条件，选用混凝土 预制方 桩和 钢管 桩 两种 桩型作 为排 架 基 桩，实践证 明是可行的。针对复杂地 质条 件，施工前要 仔细 研究地质资料，熟悉地质特点，参照类似工程经验进行质量 预控，采用正确可行 的沉桩工艺和技术保 证措施。 以使工 程 质量控制达到预期 目的。 参考文献 1 徐维钧 桩 基施工手 册 M 北京 ：人 民交通 出版 社 2 0 0 7 2 中华人 民共和 国交 通部 港 口工 程 桩 基规 范 ( J T J 2 5 4 9 8 ) S 北京 ：人 民交通出版社，1 9 9 8 作者简 介 ：张晓东 ( 1 9 6 8一) ，男，福 建 长乐 人， 工程 师，从事港 口工程 施工监理工作。 2 0 1 0年 第 2期 表 1 某勘测设计院科研所常态混凝土与碾压混凝土抗冲磨性能比较成果 材料名称 C a O S i 0 2 A 1 2 O 3 Na z O K 2 0 Mq O s ( ) 3 F e 2 O 3 图 1 典型溢流面混凝土分区图 型中直接采用碾压混凝土作为抗冲磨 昆凝土。 1 试验方案 ( 1 )采用同一材料分区的碾压混凝土配合比，在保持原 参数不变的条件下直接掺入 H F、硅粉。 ( 2 )在 灰浆中加入 H F 、硅粉。应用 于变 态混凝土 。 2 试验 原材料 及配合 比 2 1 试验 用原材料 ( 1 )水泥 ：天 山水 泥厂 “ 特供”P 0 4 2 5普通硅酸盐水 泥，基本性 能见表 3 、表 4 。从 S E M 分析微 观测 试照 片看， 特供水泥颗粒 大小差别较 大，粗 细的均匀一致 性不如普通水 泥 ，最大粒径可 以达到 7 0 m，颗 粒表 面更粗糙 ，颗粒形状 呈现多棱型，增加 了水化反应 活性 点。 ( 2 )粉 煤灰 ：石 河子 I级 灰 ，密 度 2 1 9 ，细 度 7 0 ， 含水率 0 3 。需水量 比 9 3 ，化学指标见表 3 。从 S E M 分 析微观测试照片看，石河子粉 煤灰存在大量 的球 型微珠 ，微 珠完整无破损，最大颗 粒小 于 5 0 m，未燃 烧的 碳颗粒 和杂 质 比较少。 ( 3 )细骨料 ：天然砂密度 2 7 ，表观密度 2 6 6 0 k g m。 ， 吸水率 1 3 ，石粉含量 5 2 。 ( 4 )粗骨 料 ：片 麻花 岗岩 轧 制 的人工 骨 料，表 观 密度 2 6 8 0 k g m ，吸水率 1 0 。 ( 5 )外加剂 ：F D N缓凝高效减水剂 ，P MSN E A 3引气 剂。 ( 6 )H F抗冲耐磨剂 ：检测结果见表 5 。 表 5 HF抗冲耐磨剂物理性能检测结果 ( 7 )硅粉 ：烧失量 3 1 ，细度 8 ，含水率 0 4 ，活 性指数 1 1 3 ，化学检测结 果见表 3 。从 S E M 分析 微观测 试照片看 ，硅粉形状 呈现 规则 的球 状，表 面光 滑，细度 高， 最大颗粒直径一般小于 1 0 m，大部分颗粒直径在 3 5 m。 2 2 试验 用碾 压混 凝土 配合 比及 新拌 混凝 土性 能 试验用碾压混凝土配合 比及新拌混凝土性能见表 6 。 5 7 2 0 1 0年第 2期 表 6 试验用碾压混凝土抗冲磨配合比及新拌混凝土性能 序 号 9 昔 表 8 常态与碾压抗冲磨混凝土 9 0 天干缩性能对照 ( X 1 0 ) 3 硬化后碾压混凝土力学和抗冲磨性能 硬 化后碾压混凝土力学和抗 冲磨性能见表 7 、表 8 。 4 硬化后抗冲磨碾压混凝土微观测试成果 将硬化 9 O 天后 的碾压混 凝土进行微 观测试，从扫描 电 镜可以看出，硬化后掺硅粉抗冲磨碾压混凝土试样整体微观 结构 比较致 密，有一 部分水 化硅 酸钙 ( CSH)凝 胶 生 成 ，同时可以看到 存在大 量 的没有 水化 的粉煤 灰和 硅粉微 珠 ，大量粉煤灰和硅粉只起到微集料作用 ，并没有参与水化 反应 。分析认为，由于水胶 比较小，且掺 用大量 粉煤 灰，拌 合物 中胶凝材料总表面积增大很多，胶凝材料颗粒表面 的水 膜层减薄 ，水化 产物 生长 空间较小 ，水化 硅酸钙 ( CS一 5 8 H)凝胶颗粒结晶程度较 低。同时。可看 出有 明显 的微气孔 出现，说明引气剂的采用能够使混凝土 中存在大 量的微小气 孔 ，石粉很好地被水化产物包裹 ，没有界 面间隙存在。从硬 化后掺 t -I F抗 冲磨碾压混凝土可 以看 出，粉 煤灰都能与 C a( 0 H) 2 发生水化反应 ，反 应 的生成 物与水 泥水 化 的生成 物相似。 5 抗冲耐磨碾压混凝土的试验结果及分析 5 1 硅粉碾压混凝土的抗冲耐磨特性分析 由表 7 、表 8 看 出，硅粉掺 入碾压混 凝土 中。本次 试验 9 0天抗压强 度相对 增加 1 6 ，3 0 0次冻 融循 环后耐 久 性系 数 F D高出 1 0 ，抗冲磨强度提高 5 0 。相对常态混凝土 9 O天干缩值 降低 6 1 。 5 2 掺 HF碾压 混凝 土的抗 冲耐 磨特 性分 析 HF是 目前水利工程 中应用 较多的抗 冲耐磨 添 加剂。外 观为干粉状褐灰色粉末，细度筛 ( 1 2 5 m筛)余1 0 。含 水量 3 ，P H值为 1 3 1 4 。I - I F外 加剂掺量一 般为胶 凝材 料的 2 4 。 本试验所采用的 H F外加剂是几 种外加剂 的复合剂 ，主 要成份为 ：减水剂 ：显著减小混凝土 的水胶 比，增大 混凝 土的强度及稠度，减少工作度损失。粉煤灰强度激发剂 ： 表 9 现场碾压抗冲磨混凝土性 能检 测结 果 2 0 1 0年 第 2期 激发粉煤灰的火 山灰活性 ，提高粉煤灰与水 泥水 化物的反应 速度及粉煤 灰混 凝土的早 期强度。载体 流化剂 ：增大混凝 土流动性，并在 1 2 h内使? 昆凝土 的坍 落度 变化 很小。 缓凝剂 ：起 缓凝作用并减小混凝土 的坍 落度 损失，使混凝土 初凝时问适当延长。对初 凝后的混 凝土强 度没有影响 。混 凝土膨胀剂 ：利用其在水 化过 程中产生的微膨胀性。补偿混 凝土干缩性。 诸多试验成 果表 明，在混凝土 中掺入 一定量的 I - I F抗 冲 耐磨剂具有防止或减少混凝土裂缝 ，提高 力学、变形能力和 耐久性 能等优点，因而得 到广 泛应 用。表 7 、表 8碾 压混凝 土的收缩试 验结 果表 明，与常 态混凝 土相 比，掺入 H F后 ， 碾压混凝土的收缩变形明显降低。 6 抗 冲耐磨碾压混凝土的现场施工应用 在对常态混凝土、碾压f 昆凝土、改性混凝土抗冲耐磨特 性进行试验 比较 的基础上，在 2 8号坝段 E L 7 0 6 5 -7 0 9 5 高 程溢流面进 行了应用试验 。 6 1抗 冲磨 碾 压混凝 土 的拌 和 拌合楼骨料秤 斗 中按 事先称 好的重 量，固定专 人投料 ， 使用 4 5 m 强制式拌合机。拌合时问为 1 8 0 s 。掺硅 粉碾压 混 凝土投料顺序 为：砂一胶凝材料 ( 拌合 3 0 s )一骨料 +硅 粉 ( 拌 合 5 O s )一水 +外加剂 ( 拌 合 1 0 0 s ) 。掺 H F碾 压混 凝 土投料顺 序为 ：砂 +H F 一胶 凝材 料 ( 拌合 3 0 s )一骨 料 ( 拌合 5 0 s )一水 +外加剂 ( 拌合 1 0 0 s ) 。 6 2抗 冲磨 碾 压混凝 土现 场应 用 ( 1 )大仓块碾压混凝土 同步施 工。在 B W2 0 2 A D型 宝马 振动碾无法施工 的溢流面反弧段 ，碾压混凝土摊铺厚度控 制 2 0 c r n ，使用手扶式小型振动碾 按 2+8 +2碾压边数控制 。 为追求外观光滑度 。除预先在模板上涂刷专用脱模剂 外。在 碾 压混凝土摊铺前 1 O 2 0 mi n使用 毛刷刷挂一层水 泥净浆 。 在 靠近模板振动碾无法施工的部位，采用改装后 的电动夯 实 机 夯实。经采用 灌砂法检测 ，压实密度满足设计 指标 。 ( 2 )后浇法滑模碾压混凝土施工。在 施工条件复杂情 况 下，采用后浇法 滑模 工 艺施 工，碾 压 昆凝 土为 薄层( 层 厚 1 5 c m)半塑性 ( V C值 1 3 s )拌合物，入 仓后使用 附加 配 重 的平板振动器 压实。 6 3 现 场加 浆变 态混凝 土应 用 制浆站按事先称好 的重量 ，在搅拌机搅拌 浆液 中固定专 人添加 I - I F或硅粉，在摊 铺的碾压混凝 土人工 造孔 后，按照 4 5 比例控制加浆 ，然后振捣密实 。 6 4现 场应 用碾 压 混凝 土取样 检测 成果 从表 9的检测结果看 ，现场使用 的混凝土 检测指标 结果 比室内试 验结 果略低 。但抗 冲磨性能均高 于常 态混 凝土。 7 结语 针对新疆某工程 的实际情况进行 了碾压混 凝土抗 冲耐磨 性能的室内试验与溢流坝段 的应用 。由试验结 果可 以得 出以 下几 点结 沦： ( 1 )受规范约束，设计单位均规定了抗 冲磨 混凝土 的龄 期及最大 粉煤灰掺量 。实际上，不少水利工 程 中，溢流 面混 凝土受到水流冲刷 的时 间均远远超过设计龄期 。如果根据施 工情况 ，适 当调整溢流面混凝土龄期 ，不但可 以给混凝 土后 期强度增长 留有空 间，而且可以降低早期水化放 热带来 的温 控压力 。使用碾压混凝土作为抗冲耐磨混凝土 可以有效减 少 混凝土早期的温度及收缩裂缝。 ( 2 )直接使用碾压混凝土作为抗冲磨混凝土 可以在很大 程度上解决不 同种类混凝土施工带来的诸多难题。 ( 3 )有 条件 的地 方。骨 料尽 量选 用 耐磨 、强度 高 的骨 料 。本工程 由于骨料 自身强度低、吸水率高，为达 到设计强 度和抗冻性能 ，混凝土配合 比单方水泥用量较 高，相应带来 的温控负担较重。 ( 4 )在碾压混凝土 中掺 入硅 粉或 H F 。同样 可 以在 提高 混凝土强度的同时提高其抗冲耐磨性能。 ( 5 )即使 在抗 压强度 略低 的情况 下。碾压混凝土 的抗冲 磨强度也较常态混凝土高。 参考文献 1 陈国新，等 几种抗冲磨混凝土性能的试验研究 J 混凝土，2 0 0 8 ，( 3 ) 2 李光伟，等 溪洛渡水电站抗冲磨混凝土性能试验 研究 J 水 电站设计，2 0 0 9 ，2 0( 3 ) 第 一作者简介 ：高建 山( 1 9 7 6 一) ，男，甘 肃兰州人，工 程师，从事水工混凝土材料研 究工作。 5 9