漆水河渡槽槽体混凝土配合比优化浅析

陈永强

（陕西省宝鸡峡引渭灌溉管理局，陕西 咸阳 712000）

1 工程概况

宝鸡峡漆水河渡槽是采用原位现浇施工的U型预应力薄壁混凝土输水渡槽，槽体的侧墙厚30 cm，跨中底板厚40 cm，净高2.8 m，净宽4.8 m,单跨长30 m，槽体距地面高度在2 m～40 m之间，槽体施工采用造槽机法施工。造槽机集行走驱动和模板支撑于一体，槽机内工作空间狭小并且混凝土要求一次浇筑成型。渡槽混凝土设计指标为C50W6F150，其施工特点要求混凝土具有良好的力学性能、良好的工作性能：低塌落度损失、高流动性、稳定泵送、以及高抗渗、抗冻；要适应不同季节，特别是夏季施工。先期混凝土在浇筑作业过程出现混凝土工作性能不稳定导致侧墙混凝土入仓困难、圆弧段混凝土振捣困难，带来下料困难、振捣不密实、浇筑时间过长等问题，影响工程实体质量。为提高混凝土施工质量，在后续施工中对原混凝土配合比（见表1）进行调整优化，以提高混凝土性能，满足施工要求。

表1 原混凝土配合比

2 混凝土配合比优化

2.1 原材料

砂：中砂/渭河；石：5 mm～10 mm，5 mm～25 mm碎石；水泥：盾石 P·052.5R；粉煤灰：I级；减水剂：HT-HPC 聚羧酸高性能减水剂；保坍剂：HT-BT聚羧酸保坍剂；缓凝剂：羟基羧酸缓凝剂；引气剂:AE混凝土引气剂；纤维素纤维:天然纤维素纤维UF500。

2.2 混凝土配合比优化设计

根据造槽机施工工况和槽体混凝土的要求确定：C50槽身混凝土出机口坍落度≥220 mm，4小时后坍落度≥100 mm，5小时后混凝土还具有可塑性。本次优化试验初步确定水胶比为0.35～0.38；混凝土采用固定水胶比、砂率,纤维素纤维掺量、外加剂掺量,变化单位用水量的方法,最终确定混凝土单位用水量为160 kg/m3；确定混凝土砂率为43%；粉煤灰掺量初步定为20%；纤维素纤维用量0.9 kg/m3；根据混凝土坍落度的要求及最优砂率单位用水量的试验结果，减水剂的掺量在0.30%～0.40%；保坍剂的掺量选择根据减水剂不同的掺量、混凝土的和易性以及坍落度损失的情况来调整保坍剂的掺量，保坍剂的掺量是减水剂掺量的l∶2.4～1∶4范围之间；缓凝剂的掺量在0%～5%范围之间；引气剂的掺量在0.00%～0.004%之间；混凝土含气量以满足设计抗冻等级来确定,槽体混凝土配合比设计抗冻等级为F150，骨料最大粒径为25 mm，计划在试验过程中根据混凝土强度和试验结果进行进一步调整含气量。混凝土表观密度根据骨料的最大粒径和混凝土的技术要求通过试验最终确定为2380 kg/m。混凝土配合比的计算本次试验按照质量法进行设计。

根据水工混凝土试验要求,并结合造槽机施工情况,本次混凝土配合比试验共分以下二个阶段。

第一阶段进行9组不同水灰比,不同砂率、不同用水量、不同粉煤灰掺量、不同减水剂掺量、不同缓凝剂掺量、不同引气剂掺量、固定保坍剂掺量和纤维素纤维的掺量的方法进行混凝土拌和物性能试验，成型了7 d、28 d抗压强度试件，7 d混凝土抗压强度试验结果出来时，为下次混凝土配合比优化调整试验提供试验依据。试验结果见表1。

表1 混凝土拌合物实验结果汇总表

试验结果分析：

1）混凝土拌和物实测含气量在3.8%～4.7%之间。

2）混凝土拌和物和易性较好，出机口坍落度在201 mm～240 mm之间，1 h后坍落度在212 mm～245 mm之间，2 h后坍落度在189 mm～235 mm之间，3 h后坍落度在115 mm～205 mm之间，4 h后坍落度在72 mm～158 mm之间。

3）从试验检测9组的综合指标看，4#、5#较好,尤其是5 h后的坍落度检测值分别为80 mm、82 mm，但考虑泵送和槽体薄壁为了入仓振捣顺利及减少整体浇筑时间应继续优化混凝土配合比。

第二阶段对之前成型的混凝土试件进行了7 d抗压强度试验,最大值为66.6 MPa，最小值为59.8 MPa，7 d抗压强度均达到了C50W6F150混凝土的强度，但混凝土强度偏高，坍落度损失较大；本着经济合理、降低混凝土水化热和便于施工的原则，有必要对混凝土配合比再次优化。

第二次共进行了7组相同用水量、相同粉煤灰掺量，相同沙率、相同引气剂掺量、不同水灰比、不同减水剂掺量、不同保坍剂掺量、不同缓凝剂掺量,固定纤维素纤维掺量的方法进行了混凝土性能试验，同时成型了7 d、28 d抗压强度试件。试验结果见表2。

表2 混凝土拌合物实验结果汇总表

试验结果分析：

1）混凝土拌和物实测含气量在3.9%～5.5%之间,符合含气量控制要求,混凝土拌和物实测表观密度符合规范要求。

2）混凝土拌和物和易性较好,出机口坍落度在220 mm～244 mm之间，1 h后坍落度在226 m～260 mm之间，2 h后坍落度在197 mm～248 mm之间，3 h后坍落度在170 mm～227 mm之间，4 h后坍落度在74 mm～213 mm之间，5 h后坍落度在41 mm～187 mm之间，6 h后坍落度在90 mm～122 mm之间。

3）从本次7组混凝土拌和物试验的综合指标看,1#、3#较好，尤其是5 h后的坍落度检测值分别为137 mm、187 mm，满足槽体入仓浇筑和振捣要求。

2.3 混凝土性能试验

选定表2中编号为1#和3#的配合比进行相关混凝性能试验。

1）混凝土力学强度试验

混凝土的力学强度试验结果列于表3。28天试验结果满足C50槽体混凝土强度等级的要求。

表3 混凝土抗压强度实验结果

2）混凝土抗渗性能试验

混凝土抗渗性试验结果表明水压力加至规定数值无渗水现象，满足设计不小于W6的抗渗要求，抗渗性能有较大的富裕量,能够保障引水渡槽的抗渗能力。试验结果见表4。

表4 混凝土抗压强度实验结果

3）混凝土抗冻性能试验

槽体混凝土抗冻设计等级为F150。混凝土含气量为5.5%和4.4%条件下，经150次冻融循环后，混凝土相对动弹性模量为94%和92%，质量损失率仅为1.02%和1.14%，混凝土抗冻耐久性能良好。试验结果见表5。

2.4 推荐混凝土配合比

根据混凝土配合比性能试验结果以及配合比调整试验结果，推荐表6中的配合比为C50W6F150渡槽槽身混凝土的施工配合比。

表5 混凝土抗压强度实验结果

表6 混凝土配合比

3 结论

本次混凝土配合比优化采用不同（水胶比、粉煤灰、砂率、外加剂）掺量的组合试验。对原配合比优化后降低了水胶比、加大了砂率、减少了外加剂的用量；优化后混凝土的和易性和流动性有所改善，使得泵送顺畅，节省了混凝土的入仓时间，为混凝土振捣留出了充裕的时间，使混凝土实体质量得到提升。在实际应用中还存在外加剂与地材相容性不高和弧段气泡较多的情况，有待进一步做混凝土的相容性试验。经过现场实践，通过保持水胶比不变,同比例增减水和胶材,或者微调减水剂掺量使得混凝土工作性能得到提高，更加适应槽体浇筑施工。