高性能C70泵送硅粉混凝土在小浪底工程中的應用
關鍵詞 高強混凝土 配合比設計 水泥 砂石料
小浪底工程的主要泄洪建筑物孔板洞、排沙洞、明流洞使用了C70高標號的硅粉混凝土,數(shù)量約50萬m3。為保證混凝土的抗沖耐磨性能,設計強度等級為C70,抗?jié)B標號S6,抗凍標號D50。為滿足設計要求,混凝土中摻用了粉煤灰、硅粉,大多數(shù)為泵送人倉。
一、混凝土原材料及生產(chǎn)設備
1.水泥
采用洛陽和澠池水泥廠生產(chǎn)的P0525R(舊標準表示符號,下同)和525MH兩種水泥;粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰;硅粉系壓密產(chǎn)品,制成硅粉漿使用。各膠凝材料性能檢測結果表明,均滿足合同《技術規(guī)范》的要求。
2. 外加劑
系進口西卡(Sika)公司產(chǎn)品。有減水劑(V2)、增塑劑(NN)、緩凝劑(Retarder)、引氣劑(AER),性能檢測均足合同《技術規(guī)范》的要求。
3.砂石料
開采、篩分均自壩址下游約10km處的連地料場,產(chǎn)量可達700t/h。拌和樓附近備有成品料倉。在拌和衡量前可對粗骨料進行二次篩洗脫水,骨料性能檢測指標滿足合同《技術規(guī)范》的要求。
4.生產(chǎn)設備
混凝土拌和系統(tǒng)系美國JOHNSON公司設備。配有4X3.5m3自落式拌和罐,常規(guī)混凝土產(chǎn)量為200m3/h,衡量、記錄全部由計算機控制。配套有制冰系統(tǒng),設計制冰量可達5~6t/h,最低溫度達8t,可保證摻冰70kS/m3以上,混凝土運輸攪拌車每車可裝運6—12m3混凝土。
二、C70級混凝土配合比的選用
1.采用標準
合同《技術規(guī)范》規(guī)定:混凝土配合比由國際承包商依據(jù)美國《普通混凝土、重質(zhì)混凝土及大體積混凝土配合比選擇的標準方法》(ACl211.1)進行試驗后,經(jīng)工程師審批后投入使用。
2.配合比設計、控制
國際承包商在混凝土質(zhì)量控制方面最關注的是平均強度和坍落度,對W/C控制則是次要的;在質(zhì)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)中,不出現(xiàn)離差系數(shù)、強度保證率特征值。
從他們提供的C70混凝土配合比中可以看出:同級配C70混凝土, W/C變化幅度在0.21~0.27;在單位用水量與坍落度的關系方面也不易看出設計規(guī)律。如A1/A2-2配合比坍落度為16~18cm,用水量為125kg;Al/A2—4配合比級配、坍落度與其相同,而加水量僅94kg;再有Al-P14-2配合比設計坍落度為13~16cm,而加水量仍為94kg;還有同等級混凝土設計坍落度相同,三級配加水量大于二級配加水量的反常現(xiàn)象。如A2-P10三級配混凝土加水量為110kg,改為二級配后加水量減為99kg。當混凝土強度達不到設計要求應降低W/C時,卻在增加水泥用量的同時,又增加了用水量,顯然與我們的做法不同。
三、采取的措施
1.按設計強度要求,參考混凝土強度保證率,確定配制強度
合同《技術規(guī)范》規(guī)定的混凝土強度等級為C70,評定驗收標準是:
①任何5個連續(xù)抗壓試驗結果的平均值要大于等于規(guī)定強度;
②5個連續(xù)抗壓試驗結果中低于規(guī)定強度的試件不得多于1個,最低的試驗結果與規(guī)定抗壓強度之值不得大于3.5MPa。
這里沒有明確提出各部位工程混凝土強度保證率。若采用國內(nèi)混凝土配制強度的做法,可較好地從根本上保證設計強度。若混凝土強度保證率按80%(最低限)考慮,按實際混凝土強度統(tǒng)計平均離差系數(shù)(CV)0.10計算,其混凝土配制強度應為:
科研成果證明:硅粉混凝土抗壓強度隨摻量增加而提高。摻量低于5%時,增強效果不明顯;太多(超過20%)則會造成混凝土干縮或強度下降。另外,試件破壞斷面發(fā)生在骨料與水泥石膠結面的現(xiàn)象說明,光滑、球形的幾何形狀骨料,不利于制作高強混凝土,其所占比例應當加以限制,最大粒徑不宜超過63mm。
3.嚴格控制坍落度
為了較準確地測試和控制坍落度,結合小浪底工程的特殊性,首先是基體混凝土(流化開始前的混凝土)的配合比設計。在高坍落度配合比正式應用之前確定流化劑的添加方法和用量,做出基體混凝土和流化后混凝土的關系曲線。在混凝土生產(chǎn)過程綜合采用兩種添加法,即采取拌和樓和澆筑工地各加一部分流化劑(摻加量通過試驗確定,拌和樓坍落度宜控制在15em以下),以便于坍落度測試,又達到流化效果最好的目的。據(jù)資料統(tǒng)計,當基體混凝土坍落度為12cm時,采用同時添加法,測值為 18.5cm,拌和后15~60分鐘添加,坍落度可達2lcm。
4.溫度控制措施
①降低?昆凝土原材料溫度。夏季水泥、粉煤灰卸車溫度常常超過70℃,最高曾達到107℃。參照美國混凝土學會(ACl305Pt)要求,控制水泥最高溫度不超過770C。規(guī)定水泥、粉煤灰的溫度不得超過70℃,要求盡量避開高溫時間運輸。
②保持料場骨料堆高大于5~6m,粗骨料先經(jīng)過冷卻廊道預冷,后噴灑40C~ 6℃的冷水,冷卻時間約3分鐘;待送到拌和樓前進行二次篩分脫水,送至儲料倉,向倉內(nèi)通以-15℃的冷風等待衡量下料,這時骨料溫度可降至50C-100C。
③加冰拌和,碎冰片溫度-2℃~-8℃。夏季加冰40~70kg/m3,冬季加冰10~30kg/m3。采取上述措施,混凝土實際出機溫度夏季為10℃~17℃,冬季為8℃~13℃。
5.硅粉摻量的影響
四、高標號C70混凝土應用的思考
1.高標號混凝土的裂縫問題
從混凝土技術的發(fā)展角度來講,大體積高強混凝土的運用無疑是技術進步,但所帶來的增加混凝土裂縫的可能性也不容忽視。
2.強度與溫控措施、施工工藝
依靠增加水泥、硅粉的用量來提高泵送混凝土強度,這將增加混凝土的溫升,可能造成裂縫的增加,從而影響結構安全與耐久性。根據(jù)相關資料測算,按每11kg/m3的膠材料產(chǎn)生l℃的混凝土升溫計算,按拌和樓常年加冰、加冷水(即使在冬季也在拌和混凝土時加冰)的前提下,新拌混凝土機口最低溫度為100C,最高溫度可達到 53.60C,實測出機溫度為10℃~17℃。實測混凝土最高溫升為50℃~60℃。
如采取加大硅粉用量提高混凝土強度,則黏度高的混凝土在洞內(nèi)長距離泵送施工更加困難,使趕工形勢下施工效率大大降低,且硅粉的供應也成問題。工程師批準承包商超常規(guī)地(現(xiàn)行標準DL/T5055-1996《水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范》中規(guī)定粉煤灰摻量小于15%)在混凝土中摻加了水泥用量20%左右的粉煤灰和5%~8%的硅粉。
冷卻混凝土中用一種或數(shù)種組分來降低澆筑溫度,減小最高溫度與最終溫度的溫差,是常采用的方法。在許多情況下,人們把冷卻法作為根本性的控制措施,而只在關鍵部位輔以強制冷卻。它的優(yōu)點是簡便、具體使用和控制效果較好,代價也相對低些。缺點是:在控制最高溫升的全過程中,所擁有的溫控時間有限。
小浪底工程混凝土采取了對骨料冷卻、全年加冰拌和、限制水泥、粉煤灰使用溫度綜合措施。為降低混凝土的出機溫度,工程師指令承包商在冬季拌和時加注剩余用水量 60%~70%、溫度在-6℃~-8℃的冰屑,夏季還要輔以對粗細骨料的冷卻降溫等措施。
3.適宜的混凝土設計齡期
我國現(xiàn)行規(guī)范《水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范》DL/T5055-1996中規(guī)定:“粉煤灰混凝土的確定實際齡期,應根據(jù)建筑物類型和具體承載時間確定。大體積混凝土的強度設計齡期采用90天,也可采用180天和360天。”
在小浪底技術委員會第二次全體會議上,專家認定:導流洞A級混凝土在截流過水前,混凝土齡期絕大部分超過廠90天,可使用90天C70評定A類混凝土。
設計院Lot.2(1998)設代字001號設計通知:依據(jù)國標《粉煤灰混凝土的應用技術規(guī)范》(GBJl46-90)第 4.1.2條規(guī)定和A、B級混凝土所在部位的運用條件,同意對粉煤灰混凝土按90天齡期強度作為質(zhì)量評定標準。故在此之后的所有工程驗收中,對于 A級混凝土均按90天C70的指標進行質(zhì)量評價。
小浪底施工期間工程師共計取樣90天抗壓強度試件4077組,平均強度為80.4MPa,強度保證率為93.3%;離差系數(shù)CV值為0.09,混凝土均勻性評價為“優(yōu)秀”。A級混凝土檢測結果見表1,其他技術指標均達到設計要求,不再累述。
表1 A級混凝土檢測結果
設計強度(MPa) |
齡期(d) |
統(tǒng)計組數(shù) |
平均值(MPa) |
標準差(MPa) |
離差系數(shù) |
評價 |
保證率(%) |
65 |
28 |
491 |
71.1 |
7.02 |
0.10 |
- |
80.7 |
70 |
90 |
407 |
804 |
6.91 |
0.09 |
優(yōu)良 |
93.3 |
5.高強混凝土質(zhì)量統(tǒng)計評估方法探討
可見這兩個規(guī)范具體評價混凝土生產(chǎn)質(zhì)量水平時的結論是不一致的,建議專家對高標號混凝土質(zhì)量評定方法進行研究。
五、結 語
經(jīng)過了大量的生產(chǎn)實踐和驗證試驗,C70泵送高強混凝土在小浪底工程取得了成功地運用。體會如下:
①選用水泥等級應不低于42.5MPa,W/C控制在0.23~0.26;特別是應選用低堿含量、低水化熱的水泥品種。
②粗骨料最大粒徑應小于等于63mm,宜用或多用人工碎石,增加骨料表面與水泥的膠結能力。
③宜摻用20%左右的粉煤灰,硅粉摻量以5%~8%為宜;用7天或28天齡期控制早期強度,將強度設計齡期定為56天或如天或者更長。
④泵送混凝土的流動性測試,建議采用坍落度與擴散度相結合的測試方法評估其和易性。
(作者為小浪底工程咨詢有限公司西霞院項目部副總監(jiān)、高級工程師)
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