采用聚羧酸減水劑配制的C50高性能混凝土在南水北調(diào)中線干線工程漕河渡槽中的應(yīng)用

1、采用聚竣酸減水劑配制的C50高性能混凝土在南水北調(diào)中線干線工程漕河渡槽中的應(yīng)用王少江馬鋒玲邊秋濮1前言南水北調(diào)中線總干渠漕河渡槽段是南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程的重要組成部分。工程位于河北省保定市滿城縣內(nèi)，距保定市30公里，是控制應(yīng)急段工程的關(guān)鍵項(xiàng)目之一。跨越漕河的巨型渡槽長(zhǎng) 2300m,底寬20m,最大跨度30m,加大輸水流量為150m3/s,是我國(guó)目前最大的輸水渡槽。漕河渡槽混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)為C50W6F200,要求混凝土具有良好的力學(xué)變形性能，良好的工作性（低坍落度損失、高流態(tài)、穩(wěn)定泵送）以及高抗?jié)B、抗凍和防止骨料反應(yīng)的高耐久性能。本文對(duì)C50渡槽槽身混凝土進(jìn)行配合比優(yōu)化及性能試驗(yàn)研究，

2、為工程推薦性能良好、滿足設(shè)計(jì)要求的施工配合比。2試驗(yàn)原材料2. 1水泥采用鹿泉東方鼎鑫水泥有限公司生產(chǎn)的42. 5級(jí)普通硅酸鹽水泥（低堿水泥）。水泥的化學(xué)成分及品質(zhì)指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果列于表1和表2。果1水泥品匍僧標(biāo)槍驗(yàn)結(jié)見(jiàn)國(guó)比表 面積 任力目幅醒 植Y 附密度安定 性機(jī)玉占度f(wàn)W嶗拉折強(qiáng)蜜（HPb】3sd3d7。28d 43400271. (J9? : 393 ： 15合格俎電| 44 .71. 110 3?1、王少江，工程師，碩士，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，1000382.2、馬鋒玲，高級(jí)工程師，碩士，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，1000383.3、邊秋濮，高級(jí)工程師，學(xué)士，南水北調(diào)中線干線工程建管局漕

3、河項(xiàng)目建設(shè)管理100053.襲2水泥化學(xué)唐伊冷嗓鑿果閶LossAlJOkCbOSIXKjOA._3,005,6460. W2.M2,220.嗚& 102. 2粉煤灰采用衡水發(fā)電廠生產(chǎn)的I級(jí)粉煤灰。粉煤灰的品質(zhì)指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果列于表3。型L幽求噩指標(biāo)帶讖結(jié)果里度闖鼻水*出附裁夫陽(yáng)闖含水筆213 8m!g帛.4,B0 _0.40Ml |0.302. 3外加劑混凝土中摻用了高效減水劑和引氣劑兩種外加劑。引氣劑為北京中水科海利工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SK-H高性能引氣劑，堿含量為2. 85%。高效減水劑品種采用了具有低摻量、 高減水率、低收縮、高保坍等特點(diǎn)的聚竣酸系高性能減水劑，以降低混凝土中膠凝材料用量和

4、有效堿含量。而秦系高效減水劑由于減水率較低.混凝土用水量大，膠凝材料用量過(guò)高， 且蔡系減水劑本身的堿含量較高，渡槽槽身施工中不宜采用。試驗(yàn)采用了意大利馬貝集團(tuán)生產(chǎn)的SPI聚竣酸系高效減水劑（堿含量為0.20%）和北京市冶建特種材料公司生產(chǎn)的JG 2H聚竣酸高效減水劑 堿含量0. 19%）。2. 4砂石骨料試驗(yàn)用砂采用漕河嶺東料場(chǎng)的天然砂，細(xì)度模數(shù)2. 63,屬中砂。粗骨料為西安陽(yáng)鄉(xiāng)永勝料場(chǎng)的石灰石人工碎石，為（525）mm連續(xù)級(jí)配。骨料的堿骨料反應(yīng)是影響混凝土耐久性的一個(gè)重要方面。施工中若不可避免采用含有活性的骨料，堿骨料反應(yīng)一旦發(fā)生，特別是對(duì)于鋼筋薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，將無(wú)法補(bǔ)救，給工程帶來(lái)的危害

5、是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此，對(duì)工程采用的砂石骨料進(jìn)行了骨料的堿活性檢驗(yàn)和堿活性抑制試驗(yàn)。試驗(yàn)方法參照 DL/ T 5151-2001水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程中“砂漿棒快速法一和“碳酸鹽骨料的堿活性檢驗(yàn)”進(jìn)行，抑 制試驗(yàn)摻用20%衡水I級(jí)粉煤灰。骨料的堿一硅酸反應(yīng)活性檢驗(yàn)和堿一硅酸反應(yīng)活性抑制試 驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4,人工石粗骨料的堿一碳酸鹽反應(yīng)活性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。骨料堿一硅酸反應(yīng)活性檢驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)采用的砂石骨料均為非堿一硅酸反應(yīng)活性骨料，但具有一定的堿活性，工程使用中仍需采取有效的抑制措施。骨料堿一硅酸反應(yīng)抑制試驗(yàn)結(jié)果表明.混凝土中摻入20%的衡水I級(jí)粉煤灰能有效抑制骨料的堿一硅酸反應(yīng)，試驗(yàn)齡期延長(zhǎng)至1

6、64天，試件仍未發(fā)生膨脹，粉煤灰的抑制效果明顯。骨料的堿一碳酸鹽反應(yīng)活性檢驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)采用的人工石粗骨料為非堿一碳酸鹽反應(yīng)活性骨料。表4賊一己或反應(yīng)話性檢跪及抑制試茨療事3714213t445684IQS=時(shí)餐民應(yīng)活忖府里0.0. Q16也0300, llfi石0. DOS。，陽(yáng)0, 0得幾1漏6磯%-醛*反應(yīng)送聞嗇虞覽:峰辰率中0. 00395%,概率度系數(shù)為1.645,標(biāo)準(zhǔn)差取5. 5MPa,計(jì)算配制強(qiáng)度為 59.0MPa。配合比參數(shù)的確定主要包括粉煤灰摻量、外加劑的最優(yōu)摻量、 水膠比及最優(yōu)砂率。 綜合考慮到預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土對(duì)粉煤灰最大摻量的限制以及骨料堿活性抑制效果的研究成果，選定粉

7、煤灰摻量為200,6;通過(guò)試驗(yàn)對(duì)泵送混凝土流動(dòng)性、粘聚性、泌漿泌水等情況綜合判斷， 選定SPl高效減水劑摻量為1. 2%;選擇0. 27、O. 30、0. 33和0. 36四種水膠比進(jìn)行 混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn)， 通過(guò)試驗(yàn)確定混凝土抗壓強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系，優(yōu)選出滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的水膠比和混凝土配合比?；炷僚浜媳扔?jì)算采用絕對(duì)體積法，砂石骨料均以飽和面干狀態(tài)為基準(zhǔn)?？刂苹炷脸鰴C(jī)坍落度為 20cm-24cm ,考慮到預(yù)應(yīng)力混凝土的特殊性?；炷梁瑲饬靠刂圃?3, 0%-4. 0%。混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果列于表6,混凝土抗壓強(qiáng)度和水膠比的擬合方程列于表 7。表5混爆土配合比試處肆聚水咬 比粉煤次播量(

8、%)M Hfl修奉 聞5F1國(guó)SK-H 捧 閭聯(lián)方理土材料由用渤 度iM.挑落性徨 (M出泥珈爆 慶水建石加Hd現(xiàn)0.3620如&42.0120.4Q325B11461蚓22? 319.451JCH-J30.332044Z+1.01.Z0.04部4熊146720*221043.5旭63 3(1如硼1 ：0 461雌97I4fi10653.210.352.0理1CH-27D.2T2Q54Q阪口L20.054梵108115M310S622B, &53. 95L2M.0覆7溫凝土抗壓強(qiáng)度河水成比的美系 - -ajf卷M土M制:“回歸方程期關(guān)系較7(t小出。加9+ F泮7幽r-o.7Ud居產(chǎn)13_輜(

9、，+尸?/嗎15Ldm的四2M313 551仁十Fy(P片也9Ml表7回歸分析表明，混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度與水膠比符合線性關(guān)系，且相關(guān)性較好。根據(jù)混凝土 28天抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，選定編號(hào)為CH-30的配合比為初步推薦施工配合比，并按此配合比進(jìn)行相關(guān)混凝土性能試驗(yàn)。由于進(jìn)行上述混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn)時(shí)，骨料為臨時(shí)加工。骨料加工系統(tǒng)投入使用后， 由于砂、石骨料的變化(砂含泥量明顯降低。粗骨料粒形和級(jí)配得到了改善)，后期在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室對(duì)推薦的混凝土配合比進(jìn)行了調(diào)整試驗(yàn)，試驗(yàn)采用SPl和JG-2H高效減水劑平行進(jìn)行。調(diào)整試驗(yàn)后的渡槽槽身推薦施工配合比列于表8。* B 3。渡槽槽身推吞施工泄般十配言以水裁

10、！ 比粉煤 獲 摻量閭KH用，1，)水削 (1)5KF胤單方福土材料用如藩 度 (tai).揖壓聾度 PR水嵬希琪砂石Td婚D3046441. 0J. 1。0353n93140T1S2：.&5.5S2. 8魁之注:工)制骨料將力的一 1E鄲門。的E痛空配骨果理比例為3加曾其中離散出劑可來(lái)用SPI聚器觸樂(lè)部皓黛水制或JG-2M*簧植高蛀庭水劑.拉量均為.n.該推薦施工配合比混凝土中的總堿含量，以水泥、粉煤灰、外加劑的實(shí)測(cè)堿含量計(jì)算時(shí)，為1 .71kg/m3:以南水北調(diào)中線干線工程標(biāo)準(zhǔn)預(yù)防混凝土工程堿骨料反應(yīng)技術(shù)條例(試行)中要求的水泥堿含量上限值0. 6%、粉煤灰堿含量上限值1. 5%計(jì)算時(shí)，混

11、凝土中堿含量為2. 28 kg/m3。均滿足條例中混凝土堿含量w2. 50kg/m3的技術(shù)要求。4、混凝土性能試驗(yàn)DL/選定表3-1中編號(hào)為 CH-30的配合比進(jìn)行相關(guān)混凝土性能試驗(yàn)。試驗(yàn)方法按 T5150-2001水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行。4.1力學(xué)強(qiáng)度混凝土的力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果列于表9?；炷量箟簭?qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；軸壓強(qiáng)度為39.OMPa,滿足設(shè)計(jì)32.OMPa的要求；劈拉強(qiáng)度為 3.82MPa,軸心抗拉強(qiáng)度為 4.48MPa, 滿足設(shè)計(jì)t2. 75肝a的要求。不同齡期的拉壓比在5. 3% -,6. 8%之間，符合高強(qiáng)混凝土一般規(guī)律。混凝土軸拉強(qiáng)度高于劈拉強(qiáng)度，軸拉強(qiáng)度高，對(duì)混凝土抗裂性能有利

12、。我9泥雙土力學(xué)強(qiáng)度試嗓陸里葩J七強(qiáng)度.Iff-A黠法強(qiáng)度，MTs外拉強(qiáng)度. MP*14414J7d血4史362 059 13反417. 3292 T55.533 023.4. 4B _2混凝土軸壓彈性模量與極限拉伸混凝土軸壓彈性模量與極限拉伸試驗(yàn)結(jié)果列于表10。試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土 28天齡期軸壓彈模為4. 37 X 10ffa,滿足設(shè)計(jì)13. 45X 104MPa的要求；各齡期混凝土的極限拉 伸值均較高，28天齡期極限拉伸值達(dá)到 1. 23X10 對(duì)混凝土抗裂非常有利。表庫(kù)混凝土軸用彈力E模同與極作技忡試嗝結(jié)果粘生售性埃田口日根里拄掙值、ir?114d圖d7i1期B8J3,7S4 371.

13、 16】，1目3混凝土線膨脹系數(shù)混凝土線膨脹系數(shù)為單位溫度變化導(dǎo)致混凝土單位長(zhǎng)度的變化?；炷辆€膨脹系數(shù)取決于骨料本身的線膨脹系數(shù)以及骨料在混凝土中所占的比例，而混凝土的齡期和水泥品種對(duì)線膨脹系數(shù)a值影響很小。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得C50渡槽槽身混凝土的線膨脹系數(shù) a為7.49X10咱/C。4混凝土抗?jié)B性混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土的抗?jié)B等級(jí)W7,滿足設(shè)計(jì)w6的要求，且滲水高度較低（滲水高度為15ram）,抗?jié)B性能有較大的富裕量，能夠保障輸水建筑物的抗?jié)B能力。5混凝土抗凍性渡槽槽身混凝土抗凍設(shè)計(jì)等級(jí)為 F200o混凝土抗凍性試驗(yàn)結(jié)果列于表 11。試驗(yàn)結(jié)果表 明，混凝土抗凍性滿足設(shè)計(jì)要求?；炷梁瑲饬繛?/p>

14、3.2%條件下，經(jīng)200次凍融循環(huán)后，混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量為 89.6%,失重率僅為0.65%,混凝土抗凍耐久性能良好。表11混息士憤挎試器結(jié).果3S5075網(wǎng))25L501752g相對(duì)枯律性模圖如？魏7H. 3郭，4英一，M 怠損失率fl）0.M5口 130 23d我科a 67OLE?0.656混凝土干縮與自生體積變形混凝土干縮與自生體積變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12和表13。試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土干縮值較低，28d、90d干縮值分別為223.6X 10-6和279.3X 10-6咱，這對(duì)混凝土的抗裂是有利的?；?凝土自生體積變形為收縮型，1天后開(kāi)始收縮，5天時(shí)自生體積變形為負(fù)值， 28d收縮變形約為

15、 48.15X 10-6, 80d 收縮變形為 88.36X 10-6。5、總結(jié)1）根據(jù)混凝土配合比及性能試驗(yàn)結(jié)果，以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室配合比調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果，最終采用表3-3中的配合比為C50渡槽槽身混凝土的施工配合比。該配合比混凝土 28天齡期軸心抗 拉強(qiáng)度為4. 48MPa,極限拉伸值達(dá)到1. 23 X 10-4,混凝土具有良好的抗裂能力；且混凝土 抗凍、抗?jié)B性能良好，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。2）施工中應(yīng)加強(qiáng)渡槽槽身混凝土的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，防止混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。Application of C50 High Performance Concrete mixed withPolycaboxy Superpla

16、sticizer at Caohe Aqueduct inSouth- to-North Water Diversion ProjectWang Shaojian、Ma Fenglin、Bian Qiupu(1. China Institute ofWater I C sources and Hydropower Research,100038 ;2. Construction and Administration Bureau of South to-North Water Transfer,the concrete of Canhe aqueduct is constructed with

17、 high strength and hi performanceprestressed steel concrete , which WaS designed C50W6F200 and must possess excellent properties on workability(such as less slump loss, high flowability,and excellent pumpability) , splitting resistance(10w shrinkage), impermeability,freeze resistance , and alkali silica resistance. In the paper,such technical measures as polycaboxy type superplasticizer,high performance airentraining agent , fine quality fly ash, and improvement of aggregates gradation,were employed to optimize