摘 要： 天津市飲用水源保護工程中州河輸水段新建暗渠為薄壁鋼筋混凝土結(jié)構長距離輸水工程。對混凝土的抗裂性．抗?jié)B性以及抗凍融、碳化、堿骨料反應等耐久性都有著極高的要求。中國水利水電科學研究院為該工程進行了暗渠混凝土原材料優(yōu)選、配合比優(yōu)化設計及混凝土性能試驗研究。并為工程施工提供了由新型高效減水劑、高性能引氣劑、防凍劑以及其它增稠防裂組分復合而成的SK系列專用復合泵送劑。
關鍵詞： 抗裂性； 耐久性； 引氣劑； 防凍劑； 泵送劑
天津市為迅速解決城市生活、工業(yè)和港口用水的嚴重匱乏，1981～1983年完成了引灤入津輸水工程。這是一項大型的跨流域長距離調(diào)水工程，工程建設時期，受資金和時間限制，采取了“先通后暢，逐步完善”的方針，因此在以后的運行中逐漸出現(xiàn)了一些比較嚴重的問題，導致了引灤輸水水質(zhì)逐年下降。天津市飲用水源保護工程針對主要污染源加以治理，以保證城市供水質(zhì)量。該工程包括于橋水庫水源保護、州河輸水段新建暗渠、現(xiàn)有明渠襯砌治理三項工程。其中州河段新建輸水暗渠工程，暗渠總長34．17km，斷面為3孔4．3 m×4．3 m 鋼筋混凝土箱，涵長33．37 km，混凝土總量為116．42萬m3。
中國水利水電科學研究院為該工程進行了新建長距離輸水暗渠混凝土原材料優(yōu)選、配合比優(yōu)化設計及混凝土性能試驗研究。
1 工程原材料及施工配合比
混凝土配合比優(yōu)化應在滿足工程設計和施工要求的強度、容重、抗裂性、耐久性及和易性的條件下，提高混凝土質(zhì)量，降低工程造價。新建暗渠混凝土主要以C20泵送混凝土為主。工程要求混凝土技術指標為C20、F150、W6，混凝土強度保證率為95%，入倉混凝土坍落度控制在14～18 cm。
工程用水泥主要為天津振興水泥廠的425#低堿普通硅酸鹽水泥，總堿含量0．41% ，ω（MgO）=4．16% ，ω（SO3）=2．48% 。3 d、7 d水化熱分別為244 kJ／kg和272 kJ／kg。粉煤灰為陡河電廠Ⅱ級粉煤灰，ω（總堿）=0．54 %，ω（SO3）=o．22 ，燒失量為1．72% ，需水量比96 %，細度為12% 。外加劑為中國水科院（北京中水科海利工程技術有限公司）專為天津供水項目生產(chǎn)的SK 復合泵送劑，液態(tài)，摻量1．8 %／5～2．0 %。骨料采用天然河砂和石灰?guī)r人工碎石。河砂細度模數(shù)2．58，碎石為二級配：5～20 mm和20～ 40 mm。
根據(jù)原材料性能檢測和幾十組混凝土配合比優(yōu)化試驗結(jié)果，推薦施工用C20泵送混凝土配合比見表1。表中砂、石料重量均以飽和面干狀態(tài)為準。中、小石比例50：50。
2 泵送混凝土的性能
2．1 混凝土力學及變形性能
混凝土力學性能試驗結(jié)果見表2。由于新建暗渠混凝土澆筑時間在至12月份，此時天津地區(qū)最低氣溫達-15℃。因此，在SK泵送劑中復合了防凍組分，該組分不含氯鹽、尿素、氨等受限成份，可明顯降低混凝土中水溶液的冰點，使混凝土的水化作用在負溫環(huán)境中正常進行。根據(jù)《水工混凝土外加劑技術規(guī)程》進行了負溫強度試驗室試驗，結(jié)果見表3?？梢姡瑩饺敕纼鼋M分后，極大地消弱了凍害對混凝土結(jié)構的破壞作用。實際施工中，即使環(huán)境最低氣溫在-15℃左右，也不會像在冷凍機中那樣保持恒定的-15℃惡劣條件，且現(xiàn)場混凝土體積遠較試塊為大，因此在實際施工中抗壓強度比都能達到和超過試驗值。另外，試驗表明預養(yǎng)時間對受凍混凝土強度影響很大。因此，不可忽視混凝土初期養(yǎng)護及保溫措施的重要意義，要使混凝土的初期養(yǎng)護階段在可能條件下盡量延長。以有利于混凝土強度的增長?；炷翝仓螅瑧右赃m當覆蓋保護，如遇寒流，應加以保溫。
混凝土體積變形試驗結(jié)果見表4。由于采用二級配混凝土，膠凝材料用量只有300 kg／m3左右，因此混凝土的干縮值較低，干縮45天齡期后趨于平緩。由于工程采用水泥中MgO 含量4．1 6%，因此混凝土的自生體積變形均為微膨脹型，這可以補償混凝土因干縮和溫降而產(chǎn)生的收縮變形，對提高混凝土抗裂性是有利的。
2．2 混凝土的耐久性
經(jīng)試驗，混凝土28 d齡期抗?jié)B標號大于W6，滲水高度均小于6．0 cm。混凝土抗凍融150次以后（含氣量5．0% ），混凝土相對動彈性模量為97．1 %，抗凍性能優(yōu)良。在含氣量等其它條件基本相同的情況下，混凝土的抗凍融耐久性主要取決于氣泡性能。硬化混凝土的氣泡間距系數(shù)、氣泡比表面積、氣泡直徑和單位體積氣泡個數(shù)與混凝土的抗凍性有著較好的相關性，氣泡間距系數(shù)大于一定數(shù)值后，混凝土的抗凍性能將明顯地下降。為提高混凝土的抗凍性，SK復合泵送劑中摻入了中國水科院最新研發(fā)的高性能引氣劑，硬化混凝土中的氣泡平均半徑只有70．8 µm，氣泡間距系數(shù)l33µm，硬化混凝土含氣量達3．6% ，氣泡性能測試參數(shù)優(yōu)于目前國內(nèi)水平（見表5）。含氣量3．2%時，混凝土的抗凍融性即可達到600次（見表6）。可見SK 復合泵送劑對提高混凝土抗凍性效果顯著。
碳化試驗是按照GBJ82-85碳化試驗的要求進行的。v （CO 2）一20% ，介質(zhì)溫度（20±5）℃，介質(zhì)濕度（70±5）% 。摻25 %的粉煤灰，0．50水灰比時，混凝土3 d、7 d、l 4 d、28 d碳化深度分別為1．05 mm、5．10mm、8．85mm、15．05mm。
氯鹽對鋼筋銹蝕作用是影響鋼筋混凝土耐久性的一個重要問題。若混凝土中存在可溶性氯鹽，在水和空氣中O2的氧化作用下，會對鋼筋產(chǎn)生電化學腐蝕。外加劑是帶人混凝土中氯鹽的主要途經(jīng)之一。SK 復合泵送劑中氯離子含量極少，新拌砂漿法陽極極化試驗結(jié)果見表7及圖1，混凝土不會發(fā)生鋼筋銹蝕。
2．3 混凝土的熱學性能
混凝土的絕熱溫升-歷時測定結(jié)果列于表8，溫升過程曲線見圖2。采用最小二乘法進行曲線擬合，得出混凝土的最終絕熱溫升值為35．1℃。對雙曲線方程和指數(shù)方程兩種線形進行優(yōu)選，結(jié)果以雙曲線方程為最優(yōu)?；炷恋慕^熱溫升-歷時最優(yōu)擬合表達式為
T=35．1t／（0．723+ t）
式中，T為混凝土的絕熱溫升（℃）；t為從加水時間起的歷時（d，f> 1），相關系數(shù)R=0．998，置信度為95% 時的誤差在+1．1℃內(nèi)。
3 SK 復合泵送劑在新建暗渠中的應用情況
北京中水科海利工程技術有限公司在混凝土配合比及性能試驗的基礎上，將多種不同作用的組分復合到泵送劑中，簡化了拌合操作程序，保證了混凝土拌合質(zhì)量。采用SK復合泵送劑，混凝土的坍落度損失很小。從拌合站到施工地點的運距最短10 km，最長40 km?；炷脸鰴C坍落度一般控制在16～18cm，通過在澆筑地點的多次抽檢，混凝土坍落度均在14 cm 以上，坍落度損失很小。SK 復合泵送劑拌制的混凝土粘聚性也很好，雖然坍落度較大，但混凝土沒有出現(xiàn)離析現(xiàn)象，極大地提高了施工進度。以前采用其它品種的復合泵送劑時，經(jīng)常出現(xiàn)因混凝土離析而造成的堵泵現(xiàn)象，對于施工進度有很大的影響。SK 復合泵送劑還較好地解決了泌水問題。另外，公司在施工現(xiàn)場常駐一名高級工程技術人員，隨時解決出現(xiàn)的各種技術問題，保證了混凝土的質(zhì)量，從而保證了工程的質(zhì)量。
