南四湖湖西洼地治理工程混凝土性能影响研究

刘 松，王 晨，武兰蕊

（徐州市铜山区水利工程建设中心,江苏 徐州 221000）

0 引言

水工混凝土在施工过程中要求混凝土兼具良好的流动性、适中的粘聚性以及优异的保水性,针对密集钢筋以及多腔异形等特殊结构,混凝土通过率良好,自密实性能优异,有效填充密实结构。保坍剂由于具有良好的损失时间调节功能,广泛应用于超高泵送、大体量筏板、长距离大跨度等具有较高损失时间要求的项目中。在不影响混凝土抗压强度的前提下,根据项目的实际需求,适当延长保坍时间,可适当延缓水化放热峰的出现时间,降低水化放热速率,针对超长距离、超高高度的泵送,达到3 h甚至更长时间的不损失,确保项目具有充足的时间完成复杂工艺的施工。工程材料是工程质量的基础,为了保证南四湖湖西洼地治理工程施工质量,开展混凝土配合比设计,在聚羧酸减水剂中引入普通保坍组分和长效保坍组分,有效解决了短期损失以及长期损失的问题,通过对不同阶段混凝土扩展度、倒筒时间、抗压强度等关键指标进行测试,研究不同保坍组分的搭配比例。

1 工程概况

南四湖湖西洼地治理工程（铜山区）为江苏省淮河流域重点平原洼地近期治理工程的分项工程,位于铜山区马坡镇境内。在梳理现状水系的基础上,通过疏浚境内骨干河道提高排涝标准,对骨干河道沿线排涝干沟进行清淤疏浚,配套完善沿线挡排建筑物,完善内部抽排泵站等措施,改善铜山境内湖西洼地防洪除涝条件,进一步提高该地区的除涝减灾能力。工程需拆建支庄闸、尚沟站、拆建桥梁5 座,基础防护4 座。跨河桥梁工程级别均采用公路-Ⅱ级。施工中要求混凝土具有良好的流动性、粘聚性以及保水性。

2 试验原材料

试验水泥为P·O42.5 级水泥,测试标准稠度需水量27.7%,胶砂3 d抗压强度28.6 MPa,28 d抗压强度51.8 MPa；试验微珠,测试细度5.3%,烧失量1.2%,需水量比91%；试验矿粉比表面积420 m2/kg,胶砂7 d活性指数79%,28 d活性指数101%；试验中粗河砂,细度模数2.7,含泥量1.9%,碎石5 mm～25 mm连续级配,压碎指标9%,含泥量0.2%；外加剂为保坍型聚羧酸高效外加剂,固含量17.6%,减水率18%；水为自来水。

3 水工混凝土配合比设计

针对混凝土等待时间久、天气炎热以及施工时间长等问题,须确保体系流动度好、粘聚性适中、保水性优异,且在2 h或者3 h之内扩展度不损失。在现有配合比的基础上,引入具有普通保坍组分和长效保坍组分的聚羧酸减水剂,改善损失性能。粉料总用量为460 kg/m3,通过基准实验确定微珠取代率20%,矿粉取代率20%,缓凝组分1掺量范围0～2.5%,缓凝组分2掺量范围0～2.5%,通过调整聚羧酸减水剂不同组分的搭配比例,达到调整混凝土和易性的目的,具体配合比见表1。

表1 混凝土配合比 单位：kg/m3

4 实验结果分析

4.1 水工混凝土和易性影响因素研究

针对项目出现的损失过快、施工性能不佳等质量问题,研究普通保坍组分和长效保坍组分的搭配比例、矿物掺合料取代因素的综合影响,测试混凝土流动度、倒筒时间等关键指标,具体测试结果见表2。

表2 混凝土性能测试

图1 不同因素对水工混凝土流动度的影响

由测试结果知,普通保坍组分和长效保坍组分的作用时间有所区别,普通保坍组分主要在1 h发挥作用,长效保坍组分主要在2 h发挥作用。当初始扩展度一致时,随着保坍组分的增加,混凝土扩展度呈现先增加后降低的趋势,表明保坍组分发挥作用有限,过多的加入将会导致体系离析,泌水泌浆,严重影响主体质量。结合项目对损失时间的要求,基于测试结果,确定聚羧酸减水剂中普通保坍组分的掺量为3.0%,长效保坍组分的掺量为1.5%。同时对两种最佳掺量保坍组分进行复合实验,和易性良好,无泌水泌浆,混凝土粘度适中,松软,倒筒时间适中,2 h混凝土扩展度无损失,满足项目施工要求。

4.2 水工混凝土抗压强度影响因素研究

研究聚羧酸减水剂中保坍组分掺量对于混凝土不同龄期抗压强度的影响,具体测试结果见表3。

表3 混凝土抗压强度

由图2可知,聚羧酸减水剂中保坍组分的引入对于混凝土抗压强度几乎无影响影响。矿物掺合料中矿粉、微珠对于混凝土中长龄期抗压强度贡献较大。当聚羧酸减水剂中普通保坍组分的掺量为3.0%,长效保坍组分的掺量为1.5%时,混凝土不同龄期抗压强度正常,符合施工要求,拆模回弹强度也满足要求。

图2 混凝土不同龄期抗压强度

4.3 水工混凝土水化放热模拟实验研究

针对实体结构开展水化放热模拟实验,研究聚羧酸减水剂中保坍组分以及矿物掺合料掺量对体系水化放热温升性能的影响,避免由于局部温升过快导致的开裂问题出现,确定最佳保坍组分搭配比例以及矿物掺合料最佳取代率。

图3 混凝土14d 应力监测结果

通过模拟水化放热实验,基础实验确定的矿物掺合料掺量以及保坍组分的搭配比例下,水化放热平稳,温度监测数据正常,内外温差基本处于25℃以内,拆模表观正常,无蜂窝麻面,无开裂,为施工提供了有力的理论依据。

5 结论

水工混凝土要求混凝土在一定时间内不发生坍落度损失,确保施工性能稳定,泵送顺利,不堵管,不发生由于损失导致的质量问题,提升施工效率。需要在聚羧酸减水剂中引入具有保坍功能组分,依据项目实际需求,调整普通保坍组分与长效保坍组分的搭配比例,从而实现合理的损失时间,避免过早损失、长时间不损失导致的质量问题。通过现场使用的混凝土聚羧酸减水剂中引入具有保坍功能组分实验,得到如下结论：

（1）聚羧酸减水剂中保坍组分对混凝土扩展度影响极大,随着保坍组分占比的提升,混凝土扩展度呈现先增加后降低的趋势。当聚羧酸减水剂中普通保坍组分的掺量为3.0%,长效保坍组分的掺量为1.5%时,混凝土2 h无损失,和易性良好。

（2）聚羧酸减水剂中保坍组分对混凝土抗压强度影响不大,当聚羧酸减水剂中普通保坍组分的掺量为3.0%,长效保坍组分的掺量为1.5%时,混凝土不同龄期抗压强度均符合施工要求。

（3）开展实体水化放热模拟实验,通过优化保坍组分搭配比例及矿物掺合料掺量,所选比例水化放热良好,无开裂。