修水县东津水库引水隧洞混凝土基本性能及热学性能研究

殷 思

(江西省水泰工程检测有限公司，南昌 330000)

隧洞混凝土工程要求混凝土具有优异的流动性、适中的黏聚性以及良好的保水性能，当混凝土施工过程中发生质量原因堵管，或混凝土振捣、静置过程中出现泌水泌浆等问题，会导致实体结构回弹强度不足，或出现局部漏筋等问题，严重影响主体结构安全。针对工程施工过程中存在的实际问题，引入优质粉煤灰、矿粉，采用等比例质量法取代，降低混凝土黏度，提升混凝土中后期强度。通过测试扩展度、倒筒时间、抗压强度等基本性能数据，开展实体模拟实验，研究优质矿物掺合料的影响规律。

1 工程概况

修水县东津水库至竹坪河水系连通工程东竹引水隧洞，隧洞总长6 782.1 m，桩号为0+000～6+682.1，隧洞自进口至出口高差19.3 m，采用进口斜井284 m后在960.8处两边施工和出口三断面开挖，单边长2 581 m。洞型设计为半圆拱直墙式，洞身开挖宽3.6 m×3.6 m，墙高2.56 m，拱半径1.04 m。III、IV、V类围岩采用全断面光面爆破开挖。洞内至弃碴场采用180 KT小型拖拉车运输。一次支护采用喷射混凝土或锚喷网喷射混凝土支护。混凝土配料采用自动配料机计量，PL-1600-III强制式搅拌机拌和，拖拉机运输。浇筑混凝土衬砌厚度49 cm，混凝土设计强度值为C30。

工程浇筑过程中，频繁发生由于混凝土流动性差以及泵送损失导致的堵管等问题，拆模后，局部位置出现漏筋、麻面等问题。分析其原因为在混凝土浇筑过程中和易性差，流动性差，通过振捣混凝土并未达到填充密实的状态，进一步振捣导致过振，混凝土分层，粗骨料与砂浆分离，导致钢筋裸露，混凝土无法有效通过钢筋结构。同时由于原材料配合比中水泥用量过高，导致体系水化放热较大，形成局部温度裂缝。

2 试验原材料

试验水泥采用普通硅酸盐42.5级水泥，烧失量0.5%，3 d抗压强度、3 d抗折强度分别为27.4和5.6 MPa，28 d抗压强度、28 d抗折强度分别为52.1和8.8 MPa；试验粉煤灰采用I级粉煤灰，需水量比94%，烧失量、细度均满足国标中对于I级粉煤灰的要求；试验矿粉采用S95级矿粉，7 d活性指数81%，28 d活性指数103%；试验细骨料采用河砂，符合2区指标要求，连续级配，细度模数2.6，含泥量指标符合国标要求，碎石5～25 mm连续级配，无含泥；采用聚羧酸高效减水剂，减水率20%；水为自来水。

3 C30隧洞混凝土配合比

总胶凝材料用量420 kg/m3，矿物掺合料采用等量替代方式加入。按照国标中对于矿物掺合料的范围要求，确定配合比设计中的用量范围，即粉煤灰用量范围0%～40%，矿粉用量范围0%～30%，综合交叉替代，研究混凝土性能变化规律，具体配合比见表1。

表1 混凝土配合比 /kg·(m3)-1

4 实验结果分析

4.1 不同因素对隧洞混凝土和易性能的影响

针对施工过程中存在的流动性差以及泵送损失等为，研究矿物掺合料中粉煤灰、矿粉取代率对于混凝土扩展度、倒筒时间等基本性能的影响，具体测试结果见图1。

图1 不同因素混凝土扩展度测试结果

由图1可知，粉煤灰对于改善混凝土流动性起正向积极作用。粉煤灰掺量不断增加，混凝土扩展度呈现先增加后不变的趋势，倒筒时间呈现先下降后不变的趋势。当粉煤灰掺量为30%时，混凝土整体黏度最小，松软易施工，倒筒时间达到最佳值3.6 s；但随粉煤灰影响程度有限，当超过最佳掺量后，扩展度基本无变化，表明粉煤灰滚珠效应已无明显作用。矿粉对于混凝土体系的影响主要在于中后期抗压强度，对于和易性改善几乎无贡献；随着矿粉的掺入，混凝土中后期强度呈现先增加后基本不变的趋势，主要由于矿粉形成碱激发二次反应，形成水化产物。

4.2 不同因素对隧洞混凝土抗压强度的影响

研究粉煤灰、矿粉不同取代率对于混凝土不同龄期抗压强度的影响，具体测试结果见图2。

图2 混凝土不同龄期抗压强度

由图2可知，矿粉对于混凝土中后期强度贡献最大。随着矿粉掺量的不断增加，混凝土中长龄期(28 d)强度呈现先增加后基本不变的趋势；当矿粉掺量为25%时，中长龄期强度基本接近最大值，90 d抗压强度增加值达11.88%。粉煤灰对于混凝土中后期强度贡献次之，随着粉煤灰掺量不断增加，混凝土长龄期(60 d、90 d)强度增长幅度较为明显；当粉煤灰掺量为30%时，长龄期强度(60 d)增加值最大，为20.79%。由于中期矿粉与氢氧化钙发生反应，后期粉煤灰与氢氧化钙发生反应，因此阶梯式贡献混凝土中后期强度。

4.3 隧洞混凝土热学性能研究

研究模拟实体结构的水化放热规律，提供理论依据，避免由于局部温升过高导致的裂缝出现。水化模拟规律见图3。

图3 水化模拟规律图

通过模拟实验很好地模拟了水化各个过程。混凝土最高温度不超过67℃，降温速率与升温速率基本一致，内外部温差不大于25℃，水化过程平稳，水化放热峰明显削弱，并得到有效延缓，未出现局部放热明显等问题，拆模后实体表面平整光滑，未出现温度裂缝。

5 结 论

1) 粉煤灰对于混凝土流动性、黏聚性的改善贡献最大。随着粉煤灰长掺量的不断增加，可不断提升混凝土流动度，降低混凝土的整体黏度，减少混凝土泵送过程中的阻力。这主要归功于粉煤灰的滚珠效应，球形颗粒的存在有效降低颗粒与颗粒之间的摩擦力。同时，由于水化反应的持续进行，粉煤灰与水泥水化产物氢氧化钙发生反应，形成产物，可提供长龄期抗压强度。当粉煤灰掺量为30%时，混凝土流动性及长期强度处于最佳值。

2) 矿粉对于混凝土中后期抗压强度贡献最大。由于矿粉28 d活性指数超过100%，因此取代后，早期强度并无明显改善且相对较低，但中期强度明显增加，主要强度贡献率高于水泥。当矿粉掺量为25%时，混凝土中后期抗压强度值最佳。