漆水河渡槽槽體混凝土配合比優化淺析

陳永強

（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局，陜西 咸陽 712000）

1 工程概況

寶雞峽漆水河渡槽是采用原位現澆施工的U型預應力薄壁混凝土輸水渡槽，槽體的側墻厚30 cm，跨中底板厚40 cm，凈高2.8 m，凈寬4.8 m,單跨長30 m，槽體距地面高度在2 m～40 m之間，槽體施工采用造槽機法施工。造槽機集行走驅動和模板支撐于一體，槽機內工作空間狹小并且混凝土要求一次澆筑成型。渡槽混凝土設計指標為C50W6F150，其施工特點要求混凝土具有良好的力學性能、良好的工作性能：低塌落度損失、高流動性、穩定泵送、以及高抗滲、抗凍；要適應不同季節，特別是夏季施工。先期混凝土在澆筑作業過程出現混凝土工作性能不穩定導致側墻混凝土入倉困難、圓弧段混凝土振搗困難，帶來下料困難、振搗不密實、澆筑時間過長等問題，影響工程實體質量。為提高混凝土施工質量，在后續施工中對原混凝土配合比（見表1）進行調整優化，以提高混凝土性能，滿足施工要求。

表1 原混凝土配合比

2 混凝土配合比優化

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級；減水劑：HT-HPC 聚羧酸高性能減水劑；保坍劑：HT-BT聚羧酸保坍劑；緩凝劑：羥基羧酸緩凝劑；引氣劑:AE混凝土引氣劑；纖維素纖維:天然纖維素纖維UF500。

2.2 混凝土配合比優化設計

根據造槽機施工工況和槽體混凝土的要求確定：C50槽身混凝土出機口坍落度≥220 mm，4小時后坍落度≥100 mm，5小時后混凝土還具有可塑性。本次優化試驗初步確定水膠比為0.35～0.38；混凝土采用固定水膠比、砂率,纖維素纖維摻量、外加劑摻量,變化單位用水量的方法,最終確定混凝土單位用水量為160 kg/m3；確定混凝土砂率為43%；粉煤灰摻量初步定為20%；纖維素纖維用量0.9 kg/m3；根據混凝土坍落度的要求及最優砂率單位用水量的試驗結果，減水劑的摻量在0.30%～0.40%；保坍劑的摻量選擇根據減水劑不同的摻量、混凝土的和易性以及坍落度損失的情況來調整保坍劑的摻量，保坍劑的摻量是減水劑摻量的l∶2.4～1∶4范圍之間；緩凝劑的摻量在0%～5%范圍之間；引氣劑的摻量在0.00%～0.004%之間；混凝土含氣量以滿足設計抗凍等級來確定,槽體混凝土配合比設計抗凍等級為F150，骨料最大粒徑為25 mm，計劃在試驗過程中根據混凝土強度和試驗結果進行進一步調整含氣量。混凝土表觀密度根據骨料的最大粒徑和混凝土的技術要求通過試驗最終確定為2380 kg/m。混凝土配合比的計算本次試驗按照質量法進行設計。

根據水工混凝土試驗要求,并結合造槽機施工情況,本次混凝土配合比試驗共分以下二個階段。

第一階段進行9組不同水灰比,不同砂率、不同用水量、不同粉煤灰摻量、不同減水劑摻量、不同緩凝劑摻量、不同引氣劑摻量、固定保坍劑摻量和纖維素纖維的摻量的方法進行混凝土拌和物性能試驗，成型了7 d、28 d抗壓強度試件，7 d混凝土抗壓強度試驗結果出來時，為下次混凝土配合比優化調整試驗提供試驗依據。試驗結果見表1。

表1 混凝土拌合物實驗結果匯總表

試驗結果分析：

1）混凝土拌和物實測含氣量在3.8%～4.7%之間。

2）混凝土拌和物和易性較好，出機口坍落度在201 mm～240 mm之間，1 h后坍落度在212 mm～245 mm之間，2 h后坍落度在189 mm～235 mm之間，3 h后坍落度在115 mm～205 mm之間，4 h后坍落度在72 mm～158 mm之間。

3）從試驗檢測9組的綜合指標看，4#、5#較好,尤其是5 h后的坍落度檢測值分別為80 mm、82 mm，但考慮泵送和槽體薄壁為了入倉振搗順利及減少整體澆筑時間應繼續優化混凝土配合比。

第二階段對之前成型的混凝土試件進行了7 d抗壓強度試驗,最大值為66.6 MPa，最小值為59.8 MPa，7 d抗壓強度均達到了C50W6F150混凝土的強度，但混凝土強度偏高，坍落度損失較大；本著經濟合理、降低混凝土水化熱和便于施工的原則，有必要對混凝土配合比再次優化。

第二次共進行了7組相同用水量、相同粉煤灰摻量，相同沙率、相同引氣劑摻量、不同水灰比、不同減水劑摻量、不同保坍劑摻量、不同緩凝劑摻量,固定纖維素纖維摻量的方法進行了混凝土性能試驗，同時成型了7 d、28 d抗壓強度試件。試驗結果見表2。

表2 混凝土拌合物實驗結果匯總表

試驗結果分析：

1）混凝土拌和物實測含氣量在3.9%～5.5%之間,符合含氣量控制要求,混凝土拌和物實測表觀密度符合規范要求。

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

3）從本次7組混凝土拌和物試驗的綜合指標看,1#、3#較好，尤其是5 h后的坍落度檢測值分別為137 mm、187 mm，滿足槽體入倉澆筑和振搗要求。

2.3 混凝土性能試驗

選定表2中編號為1#和3#的配合比進行相關混凝性能試驗。

1）混凝土力學強度試驗

混凝土的力學強度試驗結果列于表3。28天試驗結果滿足C50槽體混凝土強度等級的要求。

表3 混凝土抗壓強度實驗結果

2）混凝土抗滲性能試驗

混凝土抗滲性試驗結果表明水壓力加至規定數值無滲水現象，滿足設計不小于W6的抗滲要求，抗滲性能有較大的富裕量,能夠保障引水渡槽的抗滲能力。試驗結果見表4。

表4 混凝土抗壓強度實驗結果

3）混凝土抗凍性能試驗

槽體混凝土抗凍設計等級為F150。混凝土含氣量為5.5%和4.4%條件下，經150次凍融循環后，混凝土相對動彈性模量為94%和92%，質量損失率僅為1.02%和1.14%，混凝土抗凍耐久性能良好。試驗結果見表5。

2.4 推薦混凝土配合比

根據混凝土配合比性能試驗結果以及配合比調整試驗結果，推薦表6中的配合比為C50W6F150渡槽槽身混凝土的施工配合比。

表5 混凝土抗壓強度實驗結果

表6 混凝土配合比

3 結論

本次混凝土配合比優化采用不同（水膠比、粉煤灰、砂率、外加劑）摻量的組合試驗。對原配合比優化后降低了水膠比、加大了砂率、減少了外加劑的用量；優化后混凝土的和易性和流動性有所改善，使得泵送順暢，節省了混凝土的入倉時間，為混凝土振搗留出了充裕的時間，使混凝土實體質量得到提升。在實際應用中還存在外加劑與地材相容性不高和弧段氣泡較多的情況，有待進一步做混凝土的相容性試驗。經過現場實踐，通過保持水膠比不變,同比例增減水和膠材,或者微調減水劑摻量使得混凝土工作性能得到提高，更加適應槽體澆筑施工。