刚果（布）吉利水厂混凝土配合比设计优化的探讨.pdf

2 2 2 防洪排水 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 7 月第 7 期 刚果( 布) 吉利水厂混凝土配合比设计优化的探讨 李斌 ， 怀洪 臣 ( 中国机械设 备工 程股份 有 限公 司 ， j E 京 1 0 0 0 5 5 ) 摘要： 该文从刚果共和国吉利饮用水处理二期新建项 目为例 ， 对该工程的混凝土配合比进行研究 ， 为达到混凝土强度要求 和克服薄壁混凝土池体结构因水化热产生裂缝 ， 采用控制混凝土用量 、 掺加粉煤灰和高效缓凝减水剂 ， 运用密实骨架堆积理 论 对混 凝土 配合 比进行优 化 ， 有 效地 减少混 凝土 温度 裂缝 的产生 。 关键词 ： 吉 利水 厂 ； 混 凝土 配合 比 ； 优化 中图分 类号 ： T U 9 9 1 3 5 文献 标识码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 2 2 2 0 3 1 工程概 况 刚果共 和国吉利饮用水处理二期新建项 目位 于刚果共 和国首都布拉柴维尔市北部 ，距市 中心 区约 2 5 k m， 建设规模 1 2 6万 t d 。 主要构筑物有 净水 厂区的反应沉 淀池 、 V型滤池 、 清水 池 ， 以及 取水厂区的沉砂池等。整个饮用水处理二期新建 项 目的混凝土用量约为 ： 2 4 0 0 0 I l l 。 总承包单位是 中国机械设备工 程股份有 限公 司， 业 主是刚果( 布 ) 重大工程委员会 ， 工程咨询 由 德 国 I G I P咨询公司承担 。 在项 目初期 ， 建设单位和 总承包商在混凝 土强度试验标准上出现分歧 。项 目监理方德 国 I G I P咨询公司坚持混凝土抗拉 、 抗 压强度试验 按照美 国标准采用直 径 1 5 C I I 的圆柱 体试块。 对 于标 准 圆柱体试 件抗压 强度 F C C ， 1 5和标 准立方体试件抗压强度 F e e ， 1 5之间的关 系 ，目前 有两种说法 ： ( 1 ) F c c ， 1 5 =( 0 7 90 8 1 ) F e e ， 1 5 ； ( 2 ) 提 出圆柱体强度换算成 立方体试件强度 的参用公 式 ： F e e = I 2 5 F C C 。 式 中 ： c 换算成边长等于圆柱体直径 的立方 体强度 ， MP a ； F c c 高径 比为 2的圆柱体强度 ， MP a 。 国际上公认的混凝土立方体抗压强度与圆柱 体抗压强度的换算 关系为 0 8左 右 ，中国标准 的 C 3 0换算 成欧美 的圆柱体抗压强 度应为 3 7 5 MP a ； 中国标准的 C 3 5 换算成欧美的圆柱体抗压强度应 为 4 3 7 5 M P a ；经过协商最终德国 I C I P咨询公司 同意设计 中的 C 3 0混凝土强度按 照 C 3 5混凝土施 工 。 由于对外技 术合 同和刚果共 和国当地资源限 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 4 2 4 作者简介： 李斌( 1 9 7 4 一 ) ， 男， 江西人 ， 硕士研究生， 工程师 从 事对外 国际工程 承包 ( 项 目管理 ) 工作 。 制 ， 混凝 土使用 的砂 、 石材料粒径偏细 ， 含泥量高 ， 就 导致 现场 混凝 土试 验配 合 比中 的水 泥用 量较 多 ，如果再大量增加水泥用量 以提高混凝 土的强 度等级 ， 势必增 大混凝 土的水化热 ， 增大养护 的复 杂性 ，更主要 的是也增加 了薄壁混凝 土水池产生 裂缝 的可能性 。 为保证工程质量 ， 减轻温度裂缝 ， 妥善选用混 凝土配合比， 降低混凝土水泥用量 ， 是控制混凝土 裂缝 的有效方法 。 2 决定混凝土配合比的因素 混凝土主要 由水泥 、 矿物掺合料 、 砂 、 石 、 外加 剂 、 水 、 组成 。混凝土配合 比也就是这几种原材 的 组成 比例 。设计一个混凝土 的配合 比主要看它 的 强度及工作性质要求。混凝土配合比设计中的三 个基本参数 是 ： ( 1 ) 水 灰 比 ， 即水 和水泥之 间 的比 例 。水灰 比的确定 主要取决于混凝土 的强度和耐 久性； ( 2 ) 砂率， 即砂和石子间的比例。 在水灰比和 水泥用量不变的前 提下 ， 砂率应取塌落度最大 ， 而 粘聚性和保水性 又好 的砂率 即合理砂率 。在工作 性 能满足 的情况下 ，砂率尽 可能取小值 以达 到节 约水 泥的 目的 ； ( 3 ) 单位用 水量 ， 即骨料 与水泥 浆 之 间的比例 。单位用水量在水灰 比和水泥用量 不 变的情况下 ，实际反映的是水泥浆量 与骨料用 量 之 间的 比例关系。水泥浆量要满足包裹粗 、 细骨料 表面并保持 足够流动性的要求 ， 但用水量过大 ， 会 降低混凝土的耐久性 。 这三个基本参数一旦确定 ，混凝 土的配合 比 也就确定 了。 3 混凝土配合比优化 3 1 设计原则 ( 1 ) 满足结构设计强度和监理方对强度的要求 ， 考虑混凝土工作性能基础上， 降低水胶比， 使用高 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 7 月第 7 期 城 市道桥 与防洪 防洪排水 2 2 3 效缓凝减水剂进行配合比设计。 ( 2 ) 满足混凝土抗裂要求 ， 减少水泥用量 ， 降 低水化热 ，在混凝土胶凝材料 中增 加辅助性胶凝 材料 ， 用矿物掺合料代替部分水泥 ， 为此在混凝土 中添加粉煤灰来满足性能要求 。 3 2 混凝土材料优选 3 _ 2 _ 1 水 泥 根据 当地材料 条件 ，只能采购 到金沙萨 3 2 5 水泥和路特特 C P A 一 4 5水泥。路特特 C P A 一 4 5水泥 强度 比金沙萨水泥高 ， 选用路特特 C P A 一 4 5水泥 以 在同强度混凝土条件下降低水泥用量，水泥技术 指标 如表 1 所列。 表 1 路特特 CP A _ 4 5水泥技 术指标一 监表 3 _ 2 2 骨 料 骨料是构成混凝 土强度 的主要材料 ，应选择 强度高 ， 粒 径大 ， 级 配好 的骨 料 ， 但受 当地材料 条 件和业主技术文件要求 限制 ，该项 目的骨料条件 很不理想 ， 骨料技术指标见表 2所列。 3 _ 2 _ 3 掺合料 在混凝土 中加入 掺合料可 以降低混凝 土的绝 热 温升 ，提高混凝土密实度 ，提高混凝 土工作 性 能， 提高混凝土抗裂能力 ， 减少混凝土用量 ， 降低 水化热， 降低收缩值 ， 有效地减少混凝土出现温度 裂缝。该项 目 掺合料选择 I 级粉煤灰。 3 3 混凝土配合比的设计优化 按 照设计原则 ， 实验室以 2 8 d 抗压强度为 目标 进行 了 3 3组配合 比标准试验 ， 代表性 的结果如表 3所列 表 2 骨料 技术指标一 览表 3 3 1 胶凝材料的优化 由于混凝土强度试验标 准分歧 ， 该工程实际混 凝 土强 度 比设计混凝 土强度实 际从 C 3 0提高到 了 C 3 5 ， 因而在保证混凝土强度的同时如何降低水泥 用量不仅仅是关 系到项 目成本而且事关工程池体 是否 出现裂缝 的关键 因素 。为提高混凝土 的抗裂 性 能 ，对不 同胶凝材 料的总量的搭配进行对 比试 验 。在现有条件下 ， 影响混凝土抗裂性能 的主要指 标是水化热 的降低 ，粉煤灰的掺加量增加可 以有 效地降低水 泥用量 ， 混凝土强度也能满足要求 。为 了保证池体的抗裂性能， 降低水化热， 就要降低水 泥用量 ，增加粉煤灰用量 ，由此对配合 比进行优 化 。 3 3 2 骨料的优化 骨料 的级配对混凝土的和易性 、 强度和经济性 均有较大 的影 响。级 配 良好 的骨料 具有较小 的空 隙率和较大 的紧密堆积密度 。当地 骨料含针片状 颗粒 ， 级配不合理 ， 用其 配制 的混凝 土性能受到很 大影 响 ， 通过 调整骨料 级配 ， 优化 混凝土 配合 比 ， 可充分发挥混凝土组成材料的作用 。 通过调整 5 1 0 m m 和 1 02 0 mm两种 粗骨料 的配合 比例 ， 进 行碎石 紧密堆积密度 的实验 ，发现 在两种石料按 照 51 0 m m 骨料 4 0 ， 1 02 0 mm骨 料 6 0 搭 配 ；人工砂搭配 比例为 5 0 和天然砂搭 配 比例为 5 0 ， 这时其 堆积密 度最 大 ， 孑 L 隙率最小 ， 级配 最 好 。通过改变砂率进行对 比试验 ， 通过对混凝土和 表 3 配合比标 准试验一 览表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 4 防洪排水 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 7 月第 7 期 易性和强度的综合评价 ，选择最合适砂率和碎石 用量 ， 使 骨料 的孔 隙率和表面积较小 ， 降低水泥用 量 ， 有效 降低水 化热 ， 减少 干缩 ， 降低混凝 土裂缝 的出现几率。 3 3 3 使用 外 加剂 该项 目选用北京 中岩特种工程材料公 司生产 的 N型高效缓凝减水剂 ， 掺入 0 6 0 8 的该外 加剂 ，可大大改善混凝土 的和易性和各项性能指 标 ，减水率在 1 5 2 0 ，混凝土 2 8 d强度提高 2 5 左右； 在塌落度和强度不变的情况下可以减少 水泥用量的 1 5 2 0 ， 从 而降低水化热。该外加 剂还能减缓混凝土初终凝 时间 24 h ，在大池体 连续浇筑时有效避免施工冷缝 的出现 。该减水剂 的使用 ， 在保证混凝土强度 的条件下 ， 节约 了水泥 使用量 ， 降低 了成本 ， 满足 了混凝土配合 比技术和 经济的要求。 4 结语 刚果共和国吉利饮用水 处理二期新建 工程池 体混凝土采用密实骨架堆积理论对混凝土配合 比 设计 ， 在有限材料条件下 ， 通过对骨料级配进行合 理搭配， 大量掺加粉煤灰 ， 使用高效缓凝减水剂 ， 大幅降低 了水泥用量 ， 减少水化热 ， 减低混凝土 内 部最高温度 ， 保证 了混凝土 的各项力学性 能 ， 控制 了池体混凝土裂缝 的出现和发展。 混凝土浇筑过程 中每次 的布料 高度 与振捣 的 到位 ， 能达到振捣 密实 ； 混凝土浇筑完成后能按照 规范要求进行 了养护 ，也 是控制和减少池体混凝 土 出现裂缝的主要 问题 。为 了克服当地材料 的限 制 ，实际上项 目中期从 中国运输硅粉和纤维素到 刚果 ， 添加到混凝 土中 ， 对混凝土裂缝控制也起到 了非常显著的效果。考 虑到 国际工程的运输成本 和运输周期 ， 有关单位可 以适当参考 。 参考 文献 1 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ， 普通 混凝土拌合 物性能试 验方法标 准 s 2 】王铁 梦 工 程 结构 裂 缝 控制 M 北京 ： 中 国建 筑 工 业 出 版社 ， 1 9 9 7 3 王祁青， 等 常用建筑材料 R 合肥： 安徽省建筑工程质量监 督监测站 ，2 0 0 8 ， - 卜 t ， - 卜 一” -卜 ， - 卜 一 - +一 + 一” +一 一 - +一一 - 卜 一 + 一一 +一一 + -一 卜 n卜 一 + 一一+一 - - 一 一 + 一一+- +”+”+* +一+一+一+一+一+一+一+一 +一十一+一 + ( 上接 第 2 2 1页 ) 持 ，预 防湖泊水污染和对 已经污染 的湖泊进行治 理 。采用生态技术净化水体 ， 充分利用水生植物和 微 生物 ， 通过植 物吸附 、 土壤 截 留、 微生物 降解 等 措施 ， 培育生物多样性 ， 构建完整的水生态系统 ， 稳定水质并长期维持 。 为维持水质 ， 按照“ 流水不腐 ” 的原理 ， 还可 以 建设湖泊 内的水循环系统 ， 增加水体 中的溶解氧 ， 达到延缓水体水质恶化进程 、保持水质稳定 的 目 的。水循环系统一般有两种方式 ， 一是在湖区设置 曝气 、 喷泉 系统 ， 促进 内部水 体循环 ， 并 向水体增 氧 ；第二是在人工湖外 围建立一个人工湿地生态 系统 ， 将人工湖水定 期与湿地 系统进行水体交换 ， 达到有机更新水体 的 目的。浙江省嘉兴市现有水 源地石 臼漾 2 0 0 8年 8月建成并运行 了一个利用湿 地提升饮用水水源 自净功能 的湿地 系统 ，总面积 2 5 9 k m ， 其中核心区面积 1 1 k m ， 包括河道生态 修复区 ( 用湿生植物群落在新塍塘 和北郊河两岸 构建 自净 缓冲 区 ) 、 核心 区的生物预处理 区 、 根孔 湿地生态净化 区 、 深度水源净化 区 ， 整个水体进入 核心 区各环节抵达石 臼漾水厂 的取水 口， 历时 3 4 d 。据试运行后的 2 3个月 的对进 、 出口水质的跟 踪监测 ， 各项 指标 均有不 同改善 ， 水质 中的去 除率 分别 是 ： 氨氮 为 3 5 8 ， 总氮 1 4 4 ， 总磷 2 1 8 ， 铁 3 1 2 ， 锰 1 3 9 ， 耗氧量 5 5 ， 浊度 3 1 8 ， 而 溶解氧则增加了 8 8 6 。取得 了比较理想 的效果 。 该 系统发挥 了湿地 的多种功能和功效 ，对 于江 南 水乡 的平原水网水源改善具有重要 的借鉴意义。 值得注意的是 ， 目前浙江在建和将建 的不少应 急备用水源工程都不可避免地与生态旅游 、房 地 产开发有关联 ， 这涉及 到土地政 策 、 资金平衡 等诸 多因素。无论如何 ， 作 为应急备用水 源工程 ， 必 须 加强水源保护 ， 处理好开发与保护的关系 。从 目前 许 多城市饮用水源地安全态势调研情况看 ，水 源 地 的饮用水 功能对污染 类功能 开发具有 排他 性 ， 如果 这一特性能得 到尊重 ，则饮用水 功能可 以受 到较好的保护。建立完善的饮用水水源保护区制 度 ， 在各级保护 区划 中， 制定 限制 开发活动的制度 和周 密的污染控制措施体 系 ，可 以为水源地水质 保护提供切实 的保障。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m