高流態(tài)混凝土在三峽工程中的應(yīng)用

    摘要:為解決引水壓力鋼管道底部混凝土澆筑問(wèn)題，經(jīng)過(guò)充分試驗(yàn)和研究決寔采用高流態(tài)混凝土地。對(duì)高流態(tài)混凝土的配合比試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行分紹，以期級(jí)在鋼管道及其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鋼筋密集的部位得到推廣使用。

 

    關(guān)鍵詞：高流態(tài)混凝土；三峽工程；應(yīng)用

 

    由青云公司中標(biāo)承建的三峽二期工程左岸廠房壩段ⅡA標(biāo)段，包括左岸非溢流壩段12#～18#壩段和左岸廠房壩段1#～10#壩段(含左安壩段)，沿壩軸線方向長(zhǎng)561.3m，標(biāo)內(nèi)最大壩高150m，最大壩底寬度128m。主體工程主要工程量：混凝土300.6萬(wàn)m3/，鋼筋制安5.4萬(wàn)t，機(jī)電金結(jié)安裝3.4萬(wàn)t，固結(jié)和帷幕灌漿7.28萬(wàn)m，排水孔3.36萬(wàn)m。主體工程于1997年11月開(kāi)工，至2004年3月完工，總工期6年4個(gè)月。計(jì)劃年澆筑強(qiáng)度：1999年78萬(wàn)m3，2000年110萬(wàn)　m3，2001年52萬(wàn)m3，2002年22萬(wàn)m3，2003年5.3萬(wàn)m3。

 

    公司承擔(dān)的電站引水壓力鋼管道布置在左廠1#～10#鋼管壩段，順流向劃分為進(jìn)水口及漸變段、壩內(nèi)上斜直段、上彎段、斜直段、下彎段、下平段和廠內(nèi)明管段。其中壩內(nèi)上斜直段至下平段按鋼筋混凝土與鋼板聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋼管自徑為12.4m，每條鋼管外包混凝土厚度2m，混凝土工程量約為2.04萬(wàn)m3。壩內(nèi)上斜直段、上彎段、下彎段及下平段鋼管底部相對(duì)平緩，周圈鋼筋多為3～4層，鋼筋量大且密集，按常規(guī)混凝土施工，難度很大，鋼管底部振搗困難，不易填充，很容易出現(xiàn)“脫空”現(xiàn)象。為解決這一問(wèn)題，公司在充分試驗(yàn)和論證的基礎(chǔ)上，將高流態(tài)混凝土用于該部位，并取得了比較滿意的效果，為高流態(tài)混凝土在水利工程上的應(yīng)用積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

 

    高流態(tài)混凝土的一個(gè)顯著特點(diǎn)是不用振搗而能自密實(shí)。它是70年代初期由西德發(fā)明并首先用之于工程的流態(tài)混凝土(自密實(shí)混凝土)發(fā)展而來(lái)的。這種混凝土在日本得到極其迅速的發(fā)展，我國(guó)也有部分工程使用。它是通過(guò)外加劑、膠結(jié)材料和粗細(xì)骨料的選擇和配合比的設(shè)計(jì)，使混凝土拌和物屈服值減小且又具有足夠的塑性粘度，粗細(xì)骨料能懸浮于水泥漿體中不離析、不泌水，在不用或基本不用振搗的成型條件下，能充分填充模板和鋼筋空隙，形成密實(shí)、均勻的混凝土結(jié)構(gòu)。有人用相同的水量拌和的常規(guī)混凝土和高流態(tài)混凝土在硬化后進(jìn)行真空脫水實(shí)驗(yàn)，后者的脫水量不多。高流態(tài)混凝土的塌落度能達(dá)到250～270mm，擴(kuò)展度達(dá)550～700mm。

 

    試驗(yàn)由青云公司試驗(yàn)室與日本前田株式會(huì)社合作完成，按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SDl05 82)和日本《土木學(xué)會(huì)高流態(tài)混凝土施工指南》(JISA 1101)進(jìn)行，目的是研究解決壓力鋼管周圍和底部填充的配合比參數(shù)，并為其它類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。試驗(yàn)選擇摻入粉體類外加劑和水深性纖維素醚增粘劑兩類別配比進(jìn)行研究選定。最終選擇摻人粉煤體類外加劑進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試用。

 

表1 高流態(tài)混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)
編號(hào)	混凝土	級(jí)配	抗凍標(biāo)號(hào)	抗?jié)B標(biāo)號(hào)	水泥品種	使用部位
1	R28250	二	D250	S10	中熱525＃	管道周邊
2	R90300	二	D250	S10	中熱525＃	孔口周邊
注：孔口周邊，根據(jù)中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程標(biāo)準(zhǔn)（TGPS），在混凝土中摻加了I級(jí)煤灰。

 

    本試驗(yàn)所采用的原材料為三峽工程施工所用，均滿足中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程標(biāo)準(zhǔn)(TGPS)對(duì)各類原材料的要求。

 

    水泥：采用葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的525#中熱硅酸鹽水泥。

 

    粉煤灰：摻用安徽平圩工級(jí)粉煤灰，摻量20％～30％。

 

    骨料：細(xì)骨料采用下岸溪人工砂，其母巖為下岸溪雞公嶺礦山的斑狀花崗巖，粗晶粒鑲嵌結(jié)構(gòu)。

 

    主要礦物成分為：石英、斜長(zhǎng)石、白方石及磁鐵礦等，三種混合成品砂，其中石屑為粗砂，巴馬克機(jī)生產(chǎn)偏中砂，棒磨機(jī)生產(chǎn)細(xì)砂，在系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)，三種砂同時(shí)生產(chǎn)，調(diào)節(jié)搭配成人工砂。粗骨料采用基礎(chǔ)開(kāi)挖的微新和新鮮內(nèi)云斜長(zhǎng)花崗巖，礦物成份主要是長(zhǎng)石、黑云母和少量角閃石和綠云母。骨料級(jí)配己選擇：按照不同比例配合測(cè)定其緊密密度，從中選出密度大，空隙率較小的骨料級(jí)配為最優(yōu)級(jí)配。根據(jù)級(jí)配選擇試驗(yàn)和施工現(xiàn)場(chǎng)情況，骨料級(jí)配選定為二級(jí)配，中石：小石＝60：40。

 

    外加劑：采用浙江龍游外加劑廠生產(chǎn)的ZB一1A，洞北石家莊外加劑廠生產(chǎn)的DH9，上海麥斯特公司生產(chǎn)的SP一8N和303A，日本信越化工廠生產(chǎn)的增粘劑SFCA2000等。這些外加劑均符合中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑技術(shù)要收稿日期：200l一11作者簡(jiǎn)介：劉金山，青云公司質(zhì)量部主任，高級(jí)工程師求及性能指標(biāo)》(TGPSOS一1998)。

 

    混凝土拌和按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SDl05 82)第4.0.1條〔401一80)“混凝土拌和物室內(nèi)拌和方法”進(jìn)行?；炷吓浜媳?.37～0.45，骨料級(jí)配為二級(jí)配，粉煤灰摻量20%～30％。拌和物和易性檢測(cè)，設(shè)計(jì)擴(kuò)散度為60±5cm，即拌和物自行流動(dòng)后的兩個(gè)相垂直的直徑作為混凝土的擴(kuò)散度，分別在混凝土流出后5mm、30min、60mln進(jìn)行測(cè)量。自流填充模擬試驗(yàn)采用尺寸為長(zhǎng)X寬X高＝75cmX60cmX15Cm的 端開(kāi)口的方形槽，在槽的上方覆蓋一帶有通氣孔的鋼板，并在方形槽開(kāi)口端搭接一略高于方形槽高度的灌注口。通過(guò)模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)混凝土通過(guò)自流，完全充滿了方形槽，骨料分布均勻，無(wú)骨料分離現(xiàn)象。

 

    混凝土配合比加入不同摻量的粉體類外加劑ZB一1A、SP 8N。均選用外加劑。ZB一1A與DH9聯(lián)摻；SP一8N與引氣劑303A聯(lián)摻。 摻ZB lA外加劑混凝土試驗(yàn)：ZB一1A摻量為0.8％，DH9摻量為0.005％，塌落度、含氣量均滿足要求。

 

    摻入水溶性纖維素醚增粘劑試驗(yàn)：摻入一定量增粘劑后，混凝土粘聚性增加，基本無(wú)泌水，SP一8N摻量為1.45％，單位用水量177kg/m³，流動(dòng)性、含氣量均滿足要求。

 

    為檢驗(yàn)高流態(tài)混凝土能否滿足設(shè)計(jì)力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)、抗壓彈性模量和極限拉伸值、抗凍和抗?jié)B等耐久性和變形性能，進(jìn)行廠28天齡期的試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果看，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

 

    最后試驗(yàn)選定使用的配合比見(jiàn)表2。

表2 高流態(tài)混凝土配合比
設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)	級(jí)配	水灰比	砂率（%）	單位用水量 （kg/m3）	粉煤灰摻量 （%）	設(shè)計(jì)陷度 （cm）	外加劑摻量 （%）ZB－1A	設(shè)計(jì)含氣量 （%）DH9
R90300 D250S10	二	0.37	44.5	160	25	25.27	0.8	0.0045.5 ～6.5

 

    高流態(tài)混凝土加入高緩凝減水劑和引氣劑，隨著摻量增加，含氣量增加，氣泡增多在混凝土中起到一定的潤(rùn)滑作用，增大流動(dòng)性，同時(shí)對(duì)抗凍有利，但含氣量過(guò)大，混凝土強(qiáng)度降低較多，所以含氣量應(yīng)控制在7.5％～8.5％為好。其次，摻入一定量的增粘劑，對(duì)高流態(tài)混凝土粘聚性有利，減少因流動(dòng)性大而容易產(chǎn)生的骨料分離及離析作用，滿足其和易性要求；

 

    摻入粉煤灰對(duì)高流態(tài)混凝土流動(dòng)性影響很大，高質(zhì)量的粉煤灰可代替部分細(xì)砂，并對(duì)水泥顆粒有分散作用，起到增加和易性、流動(dòng)性的良好效果。

 

 

    高流態(tài)混凝土具有高流動(dòng)性，良好的抗材料分離性、間隙通過(guò)性和抗堵塞性等，針對(duì)這些特性，高流態(tài)混凝土主要被應(yīng)用于管道底部、孔口周圍、鋼筋比較密集不易振搗的部位。本工程主要應(yīng)用于左廠1#一10#壩段鋼管壩內(nèi)斜直段至下平段鋼管底部，共需澆筑高流態(tài)混凝土約3.2萬(wàn)m³，目前共澆筑完成高流態(tài)混凝土約1.2萬(wàn)m3，對(duì)施工完的部位采取敲擊法進(jìn)行檢查，結(jié)果表明，鋼管底部充填密實(shí)性好，脫空面積小、部位少，脫空程度較常規(guī)采用高陷度?混凝土有明顯改觀，施工質(zhì)量得到保證。

 

    高流態(tài)混凝土的質(zhì)量對(duì)原材料的受動(dòng)很敏感，從拌和、運(yùn)輸、入倉(cāng)、澆筑等各個(gè)環(huán)節(jié)都要求嚴(yán)格控制，因此對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的要求不高，而對(duì)技術(shù)管理人員的要求較高，混凝土攪拌必須均勻，否則會(huì)產(chǎn)生離析，投料順序最好是先攪拌砂漿，最后投入骨料。

 

    根據(jù)現(xiàn)已施工完的高流態(tài)混凝土情況看，主要采用鄭州產(chǎn)4X3m³自落式拌合樓拌合，6m³自卸車運(yùn)輸，門(mén)機(jī)或纜機(jī)吊6m³罐入倉(cāng)。在澆筑鋼管壩內(nèi)斜直段底部時(shí)也采用了頂帶機(jī)通過(guò)皮帶流簡(jiǎn)直接入倉(cāng)，效果良好。

 

    在澆筑過(guò)程中考慮到高流態(tài)混凝土易流動(dòng)，澆筑時(shí)首先用常規(guī)混凝土澆筑鋼管兩側(cè)，在鋼管底部8m范圍內(nèi)形成“U”形槽，其次，盡可能采用常規(guī)級(jí)配混凝土充填，縮小預(yù)留槽體積，減小高流態(tài)混凝土的用量。最后，采用高流態(tài)混凝土從一側(cè)下料回填，待鋼管底部充填密實(shí)后，從兩側(cè)下料填平收倉(cāng)，澆筑過(guò)程中盡量降低下料口的高度，避免骨料分離。高流態(tài)混凝土雖然屬門(mén)流密實(shí)混凝土，但澆筑時(shí)為保證施工質(zhì)量要求在能振搗的情況下盡量振搗。

 

 

    高流態(tài)混凝土通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，現(xiàn)在使用的配合比已基本能夠滿足要求，但是施工過(guò)程中有粗骨料與砂漿分離的現(xiàn)象，針對(duì)這一情況，公司試驗(yàn)室對(duì)這一配合比進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。試驗(yàn)材料選擇過(guò)程與前述相同，外加劑方面增加了增粘劑，減水劑采用了南京水科院生產(chǎn)的JM一Ⅱ泵送劑。

 

    從試驗(yàn)結(jié)果看，粗骨料采用小石：中石＝60：40，減水劑摻量采用0.75％時(shí)混凝土拌和物流動(dòng)性較好，增粘劑的使用更有效緩解了泌水較大和骨料分離的現(xiàn)象。JM一Ⅱ同ZB lA相比較，JM一Ⅱ與DH9的相溶性差，因此引氣劑DH9的摻量相對(duì)高，具體控制含氣量應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)含氣量為準(zhǔn)，從總體講，摻用增粘劑和骨料級(jí)配、砂率的調(diào)整，使現(xiàn)存的骨料分離問(wèn)題得到了解決。采用優(yōu)化配合比預(yù)計(jì)澆筑高流態(tài)混凝土約2萬(wàn)m³，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3　高流態(tài)混凝土優(yōu)化后配合比
混凝土設(shè) 計(jì)要求	級(jí)配	水膠比	設(shè)計(jì)塌落度 （cm）	設(shè)計(jì)擴(kuò)散度 cm）	用水量 kg/m3	粉煤灰摻量 （%）	砂率 （%）	外加劑摻量（%）
								增粘劑	JM-II	DH9
R90300 D250S10	二	0.37	25～27	60±5	160	25	46	1.2	0.75	0.007

 

    (1)高流態(tài)混凝土用于澆筑引水壓力鋼管底部是成功的。其施工性能優(yōu)異，可大大加快施工速度，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，可以避免因振搗不足而引起原混凝土質(zhì)量問(wèn)題，保證了混凝土施工質(zhì)量。

 

    (2)高流態(tài)混凝土從試驗(yàn)到現(xiàn)場(chǎng)使用情況看，配合比參數(shù)基本合理，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，通過(guò)進(jìn)步的優(yōu)化配合比，使高流態(tài)混凝土的性能更好。

 

    (3)高流態(tài)混凝土每方水泥用量都在300kg以上，因此，在有溫控要求的結(jié)構(gòu)部位，應(yīng)采取有效的溫控措施，控制好混凝土的出機(jī)口溫度、入倉(cāng)溫度和澆筑溫度，并且加強(qiáng)混凝土冷卻及養(yǎng)護(hù)。

 

    (4)高流態(tài)混凝土在現(xiàn)場(chǎng)施工中要嚴(yán)格管理，控制過(guò)程要準(zhǔn)，澆筑時(shí)要認(rèn)真細(xì)致，注意高流態(tài)混凝土的流動(dòng)范圍，注意骨料分離狀況。

 

    (5)高流態(tài)混凝土在三峽工程的試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的成功，可使水利工程復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工水平和質(zhì)量上一個(gè)臺(tái)階。特別是應(yīng)用于鋼管道底部，孔洞周邊、預(yù)制結(jié)構(gòu)、地下工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鋼筋密集的隧洞，斜井、豎井等。同時(shí)，也為該技術(shù)的推廣和應(yīng)用展示了廣闊的前景。

 

    (6)高流態(tài)混凝土在鋼管底部及其它鋼筋密集的部位已普及使用，得到了業(yè)主、設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位的認(rèn)可，在今后的施工中，我們將從現(xiàn)場(chǎng)管理方面總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化。