富春江船閘閘室側(cè)墻混凝土配制及性能研究.doc

富春江船閘閘室側(cè)墻混凝土配制及性能研究 涂偉成1劉松23胡勇2，3陳體永1王成飛1 （1中交二航局一公司富春江船閘擴(kuò)建改造工程項(xiàng)目經(jīng)理部浙江桐廬311500： 2中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司湖北武漢430040; 3長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湖北武漢430040） 摘要：針對(duì)船閘閘室側(cè)墻內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜、變截面結(jié)構(gòu)較多、混凝土體積大、鋼筋密集等特點(diǎn)，要求混凝土具備良好的施工性能和高抗裂性能。本文采用高效聚羧酸系減水劑，級(jí)粉煤灰，S95級(jí)礦粉配制適合吊罐澆筑工藝的低塑性低熱混凝土，并采取水化熱和溫度應(yīng)力機(jī)試驗(yàn)評(píng)價(jià)混凝土的抗裂性能。通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選出的側(cè)墻混凝土配合比現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況良好，經(jīng)濟(jì)效益明顯。 關(guān)鍵詞：船閘；大體積混凝土；粉煤灰；水化熱；抗裂性能 前言 富春江船閘擴(kuò)建改造工程位于錢塘江中下游桐廬縣富春江水電站樞紐右岸，距下游杭州市約llOkm。工程擬在原有船閘下游新建一座級(jí)標(biāo)準(zhǔn)船閘（兼顧1000噸級(jí)船舶的過(guò)閘要求）。原有船閘加固后作為上游引航道，新建船閘包括上游引航道、上閘首、閘室、下閘首和下游引航道，混凝土澆筑總方量約42萬(wàn)m3。其中設(shè)于主體結(jié)構(gòu)的閘室側(cè)墻為本工程的關(guān)鍵部位之一，對(duì)工程的安全、可靠性和耐久性非常重要，本工程閘室側(cè)墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)為C25，要求混凝土具有抗?jié)B等級(jí)P6，抗凍Fl00，同時(shí)對(duì)混凝土溫度控制要求嚴(yán)格，要求強(qiáng)約束區(qū)混凝土溫峰值38，弱約束區(qū)溫峰值40。 本工程閘室設(shè)計(jì)為分離式結(jié)構(gòu)(35.91m)，其中左側(cè)閘室墻為空箱重力式結(jié)構(gòu)，右側(cè)閘室墻標(biāo)準(zhǔn)段為扶壁式結(jié)構(gòu)。本工程閘室側(cè)墻結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，變截面結(jié)構(gòu)居多且長(zhǎng)寬比大，較多的異形結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致應(yīng)力集中，增大了混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)；雖采用大量的空箱和扶壁結(jié)構(gòu)，有利于減小混凝土的澆筑方量，減少水化放熱量，但實(shí)心層、板式結(jié)構(gòu)混凝土澆筑方量仍然較大，經(jīng)統(tǒng)計(jì)單倉(cāng)最大澆筑方量約2268m3。 由于閘室側(cè)墻混凝土施工期經(jīng)歷春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)，受環(huán)境、材料、施工等因素影響較大，對(duì)側(cè)墻混凝土的抗裂能力提出了較高要求。 1閘室側(cè)墻混凝土配制要求 為了防止混凝土在施工和使用階段開裂，同時(shí)保障閘室側(cè)墻的密實(shí)澆筑，該混凝土的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是：結(jié)合吊罐澆筑工藝，采用低塑性低熱混凝土；增大粗骨料粒徑，減小收縮，保證混凝土的體積穩(wěn)定性；采用高效聚羧酸外加劑以及優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉來(lái)改善混凝土的工作性能，提高混凝土抗?jié)B性能和抗凍性能。新拌混凝土的坍落度控制在70mm20mm，膠凝材料控制在260kg/m3300kg/m3。 2試驗(yàn)原材料及配合比 原材料包括：寧國(guó)海螺P.042.5水泥；蘭溪電廠級(jí)粉煤灰；中鼎建材S95礦渣粉；自產(chǎn)5mm20mm20mm40mm兩級(jí)配碎石（表觀密度2750kg/m3）；自產(chǎn)河砂（細(xì)度模數(shù)2.6，表觀密度2630kg/m3）；自產(chǎn)機(jī)制砂（細(xì)度模數(shù)3.2，表觀密度2748kg/m3）；聚羧酸系高效減水劑。采用表1中的配合比配制C25閘室側(cè)墻混凝土。 3混凝土性能指標(biāo) 3.1工作性能 新拌混凝土的工作性能見表l。結(jié)果顯示：膠材用量對(duì)混凝土坍落度影響較大。當(dāng)膠材較多時(shí)，設(shè)計(jì)的坍落度較易實(shí)現(xiàn)，當(dāng)膠材用量為246kg/m3時(shí)，混凝土均質(zhì)性不好，且水膠比要增大至0.6，坍落度才能滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)粉煤灰增加時(shí)，由于引進(jìn)更多的玻璃相，在水膠比接近時(shí)，與增加膠材用量相比，同樣可以獲得較大的坍落度。 3.2力學(xué)性能 大量文獻(xiàn)研究結(jié)果表明，大摻量礦物摻和料混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展較慢，特別是摻人大量粉煤灰。同時(shí)，避免混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)快，對(duì)于混凝土的抗裂性能是有利的。從表2的強(qiáng)度結(jié)果來(lái)看，8組混凝土7d抗壓強(qiáng)度隨著膠材用量的增加而逐漸增長(zhǎng)，28d強(qiáng)度均超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度25MPa，但7#和8#配合比的28d強(qiáng)度小于配制強(qiáng)度(32.4MPa)，不滿足規(guī)范要求。 從表2中的7d和28d抗壓強(qiáng)度比值來(lái)看，4#8#配比混凝土的7d強(qiáng)度增長(zhǎng)速率要比1#3#配比慢，1#3#配比7d強(qiáng)度已達(dá)到28d強(qiáng)度的65%左右，而4#8#配比的7d強(qiáng)度均在28d強(qiáng)度的60%以下，其中8#配合比的增長(zhǎng)速率最低，約為28d強(qiáng)度的55.4%?？赡苁怯捎?#8#配比摻的粉煤灰量(30%)要大于1#配合比摻的粉煤灰量(20qo)，同時(shí)也說(shuō)明摻人較多的粉煤灰后，后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)率反而要大一些。 3.3水化熱 混凝土中的熱量主要是膠凝材料水化反應(yīng)產(chǎn)生，本研究分別測(cè)試了不同膠材比例的膠凝材料體系的水化熱和水化放熱速率，結(jié)果見表3。圖1和圖2分別為不同膠材體系的水化放熱速率曲線和水化放熱曲線。 從圖2可以看出，隨著水化過(guò)程的進(jìn)行，不同膠材體系的水化熱逐漸增大并趨向平穩(wěn)。相同齡期條件下，隨著礦物摻和料摻量的增加，水化熱放熱量逐漸減小，當(dāng)?shù)V物摻和料總量一樣時(shí)，粉煤灰摻量越大，水化熱越低，說(shuō)明粉煤灰比礦粉降低水化熱的效果要明顯。圖1顯示：膠凝材料溫峰達(dá)到時(shí)間均在早期，純水泥約24h，礦物摻和料的摻人推遲了溫峰到達(dá)的時(shí)間，粉煤灰摻量越大，溫峰到達(dá)的時(shí)間越晚。隨著粉煤灰摻量的增加，最大放熱速率均有不同程度的降低，其中摻30%粉煤灰膠凝材料的最大放熱速率約為純水泥的一半。粉煤灰的摻入，不僅削減了溫峰，降低了放熱速率，并且推遲了溫峰到達(dá)的時(shí)間，從圖1可以看出，粉煤灰摻量越多，溫峰到達(dá)時(shí)間越晚，這對(duì)于混凝土的抗裂有著非常大的意義。 3.4抗裂性能 德國(guó)Spingenschmid等人開發(fā)了溫度一應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)來(lái)研究不同約束條件下水化熱引起的約束應(yīng)力，張國(guó)志等人提出采用單軸約束試驗(yàn)方法優(yōu)化混凝土配合比以達(dá)到高抗裂性能，并提出采用開裂溫度評(píng)價(jià)混凝土的抗開裂能力，開裂溫度越低，混凝土抗裂能力越強(qiáng)。從水化熱試驗(yàn)可以看出，粉煤灰降低水化熱的效果要比礦粉好，本試驗(yàn)采用溫度一應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)模擬溫度應(yīng)力，約束應(yīng)力和收縮的綜合作用，對(duì)比研究了1#配合比（粉煤灰摻量20%），6#配合比（粉煤灰摻量30%）的早期溫度，應(yīng)力發(fā)展歷程，評(píng)價(jià)不同配比的抗開裂能力。 溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)由約束變形試驗(yàn)裝置、自由變形試驗(yàn)裝置、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和自控溫度系統(tǒng)4部分組成。能夠模擬現(xiàn)場(chǎng)的約束和溫度條件，測(cè)定混凝土的早期約束應(yīng)力、變形、彈性模量等性能發(fā)展規(guī)律，對(duì)混凝土早期開裂敏感性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。不同粉煤灰摻量混凝土溫度、應(yīng)力特征參數(shù)見表4。 試驗(yàn)結(jié)果顯示：在考慮溫度應(yīng)力、約束應(yīng)力和收縮的綜合作用下，6#配合比摻了30%粉煤灰后，混凝土的開裂敏感系數(shù)比l#配合比小，為0.44，開裂溫度為2.5，抗開裂能力要強(qiáng)于1#配合比。 3.5耐久性 參考水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程（JTJ270-98），采用抗?jié)B儀評(píng)價(jià)混凝土抗?jié)B等級(jí)，采用抗凍試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)混凝土抗凍標(biāo)號(hào)。閘室側(cè)墻不同配合比的抗?jié)B和抗凍試驗(yàn)結(jié)果見表5。從表5試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，8種配合比的抗?jié)B等級(jí)和抗凍等級(jí)均能滿足設(shè)計(jì)要求。圖3、圖4分別為采用混凝土抗?jié)B儀和抗凍試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行混凝土的抗?jié)B等級(jí)和抗凍標(biāo)號(hào)的試驗(yàn)。從工作性能、力學(xué)性能、抗裂性能和耐久性試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，選定6#配合比作為本工程閘室側(cè)墻混凝土配合比。 4施工情況 富春江船閘改擴(kuò)建工程閘室側(cè)墻混凝土于xx年底澆筑，從現(xiàn)場(chǎng)施工情況來(lái)看，選用6#配合比的工作性能良好，易于振搗，泌水小，現(xiàn)場(chǎng)留樣強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫結(jié)果來(lái)看，混凝土澆筑后，約60h到達(dá)溫峰，不同施工季節(jié)混凝土的內(nèi)表溫差小于溫控標(biāo)準(zhǔn)的20C，拆模后側(cè)墻混凝土表面未見溫度裂縫。結(jié)語(yǔ) (1)本工程閘室側(cè)墻混凝土總膠材用量為266kg/m3，礦物摻和料總量達(dá)55%，混凝土施工性能、力學(xué)性能和耐久性能均