二级配自密实混凝土在洞衬工程中的试验及应用.pdf

文章编号：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 0 ) 0 卜0 0 2 7 0 3 应用研 究 二级配自密实混凝土在洞衬工程中的试验及应用 E x p e r i m e n t a n d A p p l i c a t i o n o f T w o G r a d i n g S e l f - C o m p a c t e d C o n c r e t e i n n l n n e l L i n e r E n n e e r i n g 王怀义 ，杨桂权 ，贺传卿 ( 新疆水利水 电科学研究院，乌鲁木齐8 3 0 0 0 1 ) 摘要 ： 介绍 了对二 级配 自密 实混 凝土 配合 比的试验研 究过程 ，并将 此 自密实混 凝土 配合 比技 术成功应 用 于洞衬混凝 土的施 工 当中。完全符合设计强度、抗冻及抗渗等级的要求，为施工提供了便利 ，使洞衬混凝土与四周围岩紧密接触，减少 回填 灌 浆量 ； 同时通过 掺加 膨胀 剂 ，利 用其微 膨 胀作 用 ，补偿 了大流动 性 自密 实混凝 土 的收 缩 变形 ，避 免 了裂缝 的 产 生 ，提 高 了洞衬 混凝 土的质 量。 关键 词 ： 自密 实混凝 土； 配合比： 洞衬 ，萘 系减水剂； 二级配 中图 分类 号 ：TU5 2 8 5 3 文献 标 识 码 ：A 0前 言 1自密实混凝土配合比试验及设计 自密实混凝土是一种新型混凝土。它具有 以下特性 ： 高流动性，能依靠自身重力作用自流平；高填充性， 能很好地充满模板、包裹钢筋，无需振捣即可获得较高的 密实度；高黏聚性，抗离析，能使混凝土满足物理力学 性能要求；高均匀性能保障混凝土内部和外观质量优 良等。因此，自密实混凝土在工程中又被称为自流平混凝 土、免振混凝土。目 前自密实混凝土运用于建筑工程混凝 土施工中较多，近年来才逐步引入到水工混凝土复杂结构 和高难施工部位，运用于新疆水利水电工程建设当中，则 是少之又少。 在导流洞、泄洪洞等洞衬混凝土施工过程中，若采 用自密实混凝土，在施工中具有下列优点：洞衬混凝 土配筋密集、作业面狭窄、人工和机械手段均无法振捣， 采用自密实混凝土则可免于振捣；自 密实混凝土具有良 好的工作度和力学性能，能够避免传统的混凝土施工中由 于欠捣、漏振或过振带来的质量缺陷；施工工艺简单， 无需振捣，减少了浇筑程序，进而可降低劳动强度；使 施工速度提高、进度加快， 进而缩短工期，增加综合经济 效益；减少后期洞顶衬砌混凝土与岩石接触面的回填灌 浆量。 我们在新疆某水库的导流泄洪洞的洞衬混凝土中采用 了自密实混凝土技术，该洞为城门洞型，高宽均为 8 m， 施工采用泵送自密实混凝土及钢模台车浇筑方式。 1 1原材料 自密实混凝土试验及施工均采用 P H S R 3 2 5水泥，比 表面积为 3 2 0 m k g，R = 4 2 3 MP a ；掺 3 0 I I 级粉煤 灰 ( 取代水泥 )；砂为 I I 区中砂，细度模数 3 0 ，颗粒级 配见图 1 ；石子为卵石；高效减水剂分别采用萘系减水剂 及聚羧酸减水剂，引气剂为松香树酯类膏状引气剂。考虑 到由于自密实混凝土的大流动性特性，其后期干缩较普通 混凝土相对偏大，为避免干缩裂缝的产生，内掺 7 0 0 的 膨胀剂，起到补偿收缩的作用。 】 2 O 1 0 0 黎8 0 裴6 0 4 0 藻2 o 0 筛孔 尺寸 n u n 图 1 自密实混凝土所掺 I I区中砂的颗粒级配 1 2 自密实混凝土配合 比设计 洞衬混凝土设计等级为 C 2 5 F 2 0 0 W6二级配。由于自 密实混凝土工作特点，一般采用一级配混凝土浇筑较多， 即 D m a x 2 0 m m，此自密实混凝土笔者考虑一是混凝土 中集料最大粒径较大，有抑制混凝土收缩的作用，二是采 用最大粒径 D m a x 为4 0 m m的集料，可以提高混凝土的经 济性，故采用了二级配混凝土。为保证其高流动性，即 1 2 0 1 0 粉煤灰 2 7 3 5 s 时间内，扩散度 5 5 0 m m，将其 5 2 0 m m小石子 与2 0 4 0 m 1 中石子比例调整为6 0 ： 4 0 。 因为失水是干燥收缩的基本原因，图 2 是水泥浆体典 型的收缩 一 失重示意图，在该图中可以观察到五个区域， 区域被归因于大毛细管孔 ( 宏观孔) 失水，区域从细 观孔和微观孔失水 ( 即从细的毛细孔和c s H固有的孔隙 中失水)， 在区域结束时孔系统中所保持的水全部排除， 在区域和区域吸附于固体表面的水被排除，而在区域 c s H层间水也被排除。所有这些水 ( 可蒸发水)都 可以在室温下或在 1 0 5 时更快地被排除，超过这一温 度，C s H的分解是造成区域补充收缩的原因。在区域 及区域内的收缩只发生在暴露于火中的混凝土中。由 图2 可以看出，区域是因相对湿度较低引起的收缩， 而对于自密实混凝土，因其大流动性，必然用水量较普通 混凝土大，故干燥收缩也较大，为了避免收缩引起自密实 混凝土表面开裂，故在自密实混凝土中掺加一定量的膨胀 质量损失， 图 2 水泥浆体干燥时收缩一失水关系示意图 剂是非常必要的 ( 在有一定钢筋约束情况下 )，因此本试 验中膨胀剂掺量均为 7 0 0 。 根据设计强度等级要求 ，试验采用了三个水胶比 0 4 0 、O 3 5 及 0 3 2 分别进行试验，其中对 0 3 5水胶比配 合比采用聚羧酸减水剂进行配制；砂率选择为 3 9 4 3 ；I I 级粉煤灰掺量均为 3 0 ；萘系减水剂及聚羧酸 减水剂掺量均为 1 1 0 ；采用萘系减水剂配制混凝土时， 引气剂掺量为 0 3 万，采用聚羧酸减水剂配制混凝土时， 引气剂掺量为 0 2 万，混凝土含气量均控制在 5 5 0 6 0 0 之间。 I 3 自密实混凝土配合比试验结果 试验过程中，坍落度均控制在 2 3 0 m m以上；由于自 密实混凝土配合比为二级配 D m a x 4 0 m m，较一级配自 密实混凝土D m a x 2 0 m m流动性稍差，故 3 5 s 时间内 的扩散度控制在 5 5 0 m m，试验室成型 1 5 0 m m X 1 5 0 m m X 1 5 0 m m立方体抗压试件，成型时直接浇筑至试模中， 无需振捣，2 4 h后拆模及抗压强度试验检测完毕后，劈 开试件进行检查，结果发现，浇筑较为密实，无明显大的 孔洞。 其中T T 1 T T 3 三个水胶比的 3 d 、7 d 及 2 8 d 强度 相关性较好，三个水胶比、不同龄期的抗压强度线性相关 系数均在 0 9 O以上，详见表 1 。同时比较 T T 一 2萘系减 水剂配制的自密实混凝土及 T T 一 5 聚羧酸减水剂配制的自 密实混凝土拌和物性能及强度结果，见表 2 。两者坍落 度及扩散度损失相差不大， T T 一 5 抗压强度略高。 表 l 自密实混凝土配合比试验结果 表 2 O 3 5 水胶比自密实混凝土配合比拌和物性能 编 号 3o m in 3 0 m jn 扩 60 ra in 6o m in 扩 蔷 编 号 落度 m m 散度 落度 散度 丌 2 2 3 0 5 5 0 2 0 0 3 6 0 I 9 0 3 0 0 5 6 2 6 6 5 丌 _ 5 2 3 0 5 5 0 1 9 0 3 3 0 1 7 0 3 0 0 8 3 5 9 2 5 对 T T 一 1及 T T 一 5进行快冻法 2 0 0次冻融循环试 验后，其中T T 一 1 的质量损失率为 1 6 6 ，相对动弹模数 为 8 8 4 ；T T 一 5的质量损失率为 0 1 6 ，相对动弹模数 为 9 7 7 ，完全符合 F 2 0 0 抗冻等级要求，同时还有较大 2 8 coAL ASH 1 2 01 0 的富余量。同时对 T T 一 1 及 T T 一 5 采用逐级加压法进行抗 渗性能试验，在 0 7 MP a 压力下未渗水，渗水高度仅为 2 0 4 0 mm。 1 4 自密实混凝土推荐配合比 虽聚羧酸减水剂配制自密实混凝土与萘系减水剂配制 的自密实混凝土性能相当，但考虑聚羧酸减水剂的价格因 素，我们还是推荐了性价比较高的萘系自密实混凝土配合 比。根据混凝土拌合物的各项性能及混凝土硬化后的抗压 强度、抗冻及抗渗性能等试验结果，经综合分析、优化选 择，推荐自密实混凝土配合比见表 3 。 表 3 C 2 5 F 2 0 0 W6自密实混凝土推荐配合比 2施工应用及浇筑结果 施工中采用 1 0 m一段钢模台车浇筑。施工过程中 自密实混凝土拌和物和易性较好，无泌水及离析现场，现 场泵机处坍落度及扩散度检测结果均在 2 3 0 m m及 5 5 0 m m 左右。现场抽检自密实混凝土 2 8 d抗压强度均在 3 0 M P a 左右，抗冻及抗渗性能均达到 F 2 0 0及 W6 设计要求。 4 8 h 钢模台车移开后，检查洞衬洞顶混凝土与岩石接 触面，发现混凝土与围岩接触紧密，未发现普通混凝土浇 筑中常会发生的明显孔洞；同时，通过掺加一定量的膨 胀剂，利用其微膨胀作用，补偿大流动性自 密实混凝土的 收缩。通过后期对洞衬混凝土的检查，未发现一条裂缝。 说明二级配自密实混凝土技术应用于洞衬混凝土施工中， 是较为成功的。 3 结 论 ( 1 ) 二级配也可成功配制自密实混凝土 一 般自密实混凝土大多为一级配，即 D m a x 2 0 m m。 通过试验自密实混凝土也可为二级配，即D m a x 4 0 m m， 但需对 5 2 0 m m的小石与 2 0 4 0 m m的中石进行级配 的调整，以达到大流动性的效果。 ( 2 ) 优质的萘系减水剂可成功配制自 密实混凝土 有些学者认为，萘系减水剂无法配制自密实混凝土， 但我们通过试验及应用证明，使用优质的萘系减水剂也可 配制成功大流动性的自密实混凝土。 ( 3 ) 掺加一定量的膨胀剂，对自密实混凝土减少或 避免裂缝产生有一定作用 本次试验及工程应用说明：在钢筋配制较多，即有一 定约束的条件下， 对于大流动性的白密实混凝土，掺加一 定量的膨胀剂，利用其微膨胀的作用，补偿自密实混凝土 的收缩，可减少或避免自密实混凝土裂缝的产生。 ( 4 ) 施工便利 对于洞衬混凝土，尤其是洞顶混凝土这种浇筑较为困 难，无法进行正常振捣的施工部位，建议可采用自密实混 凝土技术。一是可以提高施工效率，减小施工难度，二是 可以提高混凝土浇筑的质量，使混凝土与围岩接触紧密， 减小后期回填灌浆量。 参考文献 【 l 】 周厚贵 水工自密实混凝土的设计及应用【 J 水力发电 ， 2 0 0 7 ， 3 3( 6 ) ： 2 6 2 8 0 【 2 】冯乃谦 高性能混凝土结构【 M 】 机械工业出版社， 2 0 0 4 ( 1 ) 【 3 中国水利部 水工混凝土试验规程 S L 3 5 2 2 0 0 6 S 【 4 】 加西德尼 明德斯， 美J 弗朗西斯 杨 美戴维 达尔文著 混凝土 ( 原著第二版) M】 化学工业出版社， 2 0 0 5 ， 1 3 7 0 作者简介： 王怀义 ( 1 9 7 3 )， 2 0 0 8年 l 2月毕业于新疆农业大学 工程硕 士新疆水利水电科学研究院，高级工程师 联系地址：乌鲁木齐红雁北路 7 3 号，邮编：8 3 0 0 4 9 ，电邮：n e t f r i e n d s l 6 3 n e t 收稿日期： 2 0 0 9年 1 0月 2 2 E t 资 料 信 息 粉煤灰杂, 2 0 0 9 年合订本已装订成册，欲购从速。价格：6 5 7 7 , 本。 编辑部有其它资料可供选购 ： 2 0 0 0 - 2 0 0 8 年合订本 ：6 5 元 本 ； 2 0 0 8 年全国粉煤灰及脱硫灰渣利用技术交流会会议 资料 ，1 O 0 7 L 本 ； 粉煤灰综合利用手册 ( 第二版 )，中国电力出版社出版，8 0 元 本。 1 2 0 1 0 粉煤灰 2 9