海堤加固及河道建设水工混凝土基本性能研究

王振文

（厦门安能建设有限公司,福建 厦门 361000）

1 引言

作为水利工程项目混凝土,在确保整体力学性能满足设计要求的前提下,抗渗性能及抗冻融循环后的质量损失要求高,同时如何避免结构内部混凝土绝热温升过高出现的贯穿裂缝,都是需要重点研究的方向。做好混凝土配合比性能检测对于水闸项目质量稳定性至关重要。本研究基于不同强度等级混凝土配合比体系,重点研究减水剂组分对混凝土性能的影响,研究不同水化龄期抗压强度、劈拉强度、极限拉伸、冻融循环、抗渗性等性能,为工程应用做好理论支撑。

2 工程概况

宁德市后湾片区海堤加固及河道建设一期工程主要任务为对现有海堤加固、对规划河道的开挖及其防洪堤建设,对临时滞洪区的防洪堤建设。本次海堤加固分部工程加固长度2.18km,其中临海侧海堤总长约1.78km,临内部港道处海堤总长约0.40km；南端起于鳌江村猴头山脚,先往东南,再折向东北,中部与竹屿岛连接,最后折向西北,至拟建临时滞洪区围堤止。新建河道开挖及防洪堤工程,包括竹屿溪、闲静溪2 条河道,河道总长度约 2.17km,两岸新建防洪堤总长度约4.23km,河底标高均为-1.00m,其中闲静溪河长约 907m,河宽30m～40m,新建防洪堤总长约 1738m；竹屿溪长约 1258m,宽50m～80m,新建防洪堤总长约 2485m。

工程对混凝土性能方面提出了更高的技术要求,要求工作性能要良好,易于施工；混凝土抗压强度、劈拉强度以及极限拉伸等力学性能要满足规范要求；混凝土热学性能要满足要求,即内部温升不能过快,通过矿物掺合料以及减水剂等措施延缓混凝土内部水化速率,降低内外温升,改善温度应力的不利影响,同时改善体积变形的不利影响；混凝土耐久性能满足要求,包括抗冻融循环、抗渗性能等,抗冻融循环次数应满足150 次的质量损失率要求,抗渗性能要满足10级的要求,确保水工混凝土的质量稳定性。

3 混凝土性能试验研究

3.1 减水剂辅料的优化影响

减水剂对于改善混凝土工作性能有明显作用,质量优异的减水剂可显著改善混凝土和易性,提升施工效率。减水率过大将会出现离析、泌水等质量问题,降低施工速度,影响施工效率,增加施工成本,因此,减水剂组分研究至关重要。为了研究外加剂不同组分对混凝土性能影响规律,本实验对外加剂辅料部分进行了更细致的优化试验,具体实验方案见表1。

表1 减水剂辅料优化配制方案

基准A-6#由于没有辅料的原因,混凝土内部含气量较高。通过对比以上数据可以发现,随着XP 用量的增加,混凝土内部含气量呈下降趋势,且极具规律,但是过低的含气量的另一个副作用即为造成混凝土离析率升高。ZC 引入混凝土后会引起混凝土变粘,在此为不良引入。随着ND 用量的提高,混凝土离析率有明显降低,但用量在达到2.0 并持续增加时则表现不明显,说明针对此配比ND 的用量在2.0%时已达到最优效果。综合分析混凝土数据与状态,由于高强度混凝土自身的粘聚性,搅拌引入的气泡不易逸出,通过XP 消除有害大气泡时原则上应控制在0.8%～1.0%之间。ND 在使用时应根据施工实际情况经过试验后确定用量。在配制高强混凝土专用减水剂时不宜使用ZC。

表2 辅料优化调整后的混凝土性能

3.2 混凝土力学性能及耐久性能研究

研究不同强度等级混凝土配合比的强度变化情况。实体结构首先要确保强度富余值,在满足强度要求的前提下才有研究其他性能的必要。不同强度等级混凝土抗压强度检测值、劈拉强度检测值以及耐久性能中冻融循环、抗渗等级测试结果见表3。

表3 混凝土性能检测数据

由表3可知,混凝土28d 抗压强度与劈拉强度测试值达到设计值要求,富余值较高,各配合比28d 抗压强度富余值均超过120%；冻融循环150 次质量损失率符合设计要求,抗渗等级达到10 级要求。表明不同强度等级混凝土配合比的力学性能、耐久性均满足规范要求。

3.3 混凝土温升性能研究

混凝土内外温差过大时,即混凝土内部反应过快,混凝土容易出现温度裂缝,严重时会出现贯穿裂缝,影响结构的安全寿命,因此研究配合比体系绝热温升的变化规律,有助于改善温度对实体结构的不利影响,提升结构的安全性能,增加使用寿命。研究了不同强度等级,不同水化龄期混凝土温度变化情况,具体测试数据见表4。

表4 混凝土绝热温升检测数据

由表4可知,所有混凝土配合比24h～72h 的绝热温升速度比较快,温差范围在5.5℃～9.7℃之间,5d～7d 的绝热温升速度相对较慢,温差范围在1.3℃～2.4℃之间,随着水化龄期的延长,温升趋势逐渐趋于稳定,配合比体系绝热温升符合规范要求值。

3.4 混凝土自生体积变形研究

混凝土体积变形对于混凝土结构安全性影响重大,变形过大,将产生不对等应力,混凝土由于应力作用,受力不均匀,导致结构裂缝或者破坏,影响结构的使用。本实验研究了不同强度等级,不同水化龄期混凝土自生体积变形情况,具体测试数据见表5。

表5 混凝土自生体积变形检测数据

由表5可知,各配合比混凝土不同水化龄期自生体积变形均较小,这与温升测试结果相符,裂缝危害降低的同时,混凝土变形也得到了良好的控制,所研究配合比有利于抑制混凝土裂缝形成。

4 结论

（1）研究减水剂组分对混凝土性能的影响。结果表明：随着XP 用量的增加,混凝土内部含气量呈下降趋势；随着ND 用量的提高,混凝土抗离析性能有所改善；随着ZC 用量的增加,混凝土粘度明显增加,在高强度等级或者胶凝材料用量较多的情形下不建议使用。

（2）研究不同强度等级强度变化规律。结果表明：不同混凝土配合比的各龄期强度均满足设计要求,不同等级强度富余值均超过120%。

（3）研究不同配合比混凝土绝热温升和体积变形规律。结果表明：水化龄期1d～3d 混凝土绝热温升速率较快,但未超过10℃；水化龄期5d～7d 水化速率较慢,温度上升缓慢,且随着水化龄期的不断增加,混凝土温度变化规律逐渐稳定,整体变形几率低,有利于避免混凝土裂缝的出现,增加实体质量的稳定性。