高性能C70泵送硅粉混凝土在小浪底工程中的應(yīng)用
2005-04-29 00:00
摘 要 小浪底工程的主要泄洪建筑物孔板洞、排沙洞、明流洞使用了C70高標(biāo)號(hào)的硅粉混凝土，為滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土中摻用了粉煤灰、硅粉，大多數(shù)為泵送入倉。通過對(duì)高強(qiáng)混凝土配合比的設(shè)計(jì)，以及對(duì)施工過程中進(jìn)行質(zhì)量控制，證明C了0泵送高強(qiáng)混凝土在小浪底工程的應(yīng)用是成功的。
關(guān)鍵詞 高強(qiáng)混凝土 配合比設(shè)計(jì) 水泥 砂石料
小浪底工程的主要泄洪建筑物孔板洞、排沙洞、明流洞使用了C70高標(biāo)號(hào)的硅粉混凝土，數(shù)量約50萬m3。為保證混凝土的抗沖耐磨性能，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C70，抗?jié)B標(biāo)號(hào)S6，抗凍標(biāo)號(hào)D50。為滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土中摻用了粉煤灰、硅粉，大多數(shù)為泵送人倉。
一、混凝土原材料及生產(chǎn)設(shè)備
1．水泥
采用洛陽和澠池水泥廠生產(chǎn)的P0525R(舊標(biāo)準(zhǔn)表示符號(hào)，下同)和525MH兩種水泥；粉煤灰采用Ⅱ級(jí)粉煤灰；硅粉系壓密產(chǎn)品，制成硅粉漿使用。各膠凝材料性能檢測(cè)結(jié)果表明，均滿足合同《技術(shù)規(guī)范》的要求。
2. 外加劑
系進(jìn)口西卡(Sika)公司產(chǎn)品。有減水劑(V2)、增塑劑(NN)、緩凝劑(Retarder)、引氣劑(AER)，性能檢測(cè)均足合同《技術(shù)規(guī)范》的要求。
3．砂石料
開采、篩分均自壩址下游約10km處的連地料場(chǎng)，產(chǎn)量可達(dá)700t/h。拌和樓附近備有成品料倉。在拌和衡量前可對(duì)粗骨料進(jìn)行二次篩洗脫水，骨料性能檢測(cè)指標(biāo)滿足合同《技術(shù)規(guī)范》的要求。
4．生產(chǎn)設(shè)備
混凝土拌和系統(tǒng)系美國JOHNSON公司設(shè)備。配有4X3.5m3自落式拌和罐，常規(guī)混凝土產(chǎn)量為200m3/h，衡量、記錄全部由計(jì)算機(jī)控制。配套有制冰系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制冰量可達(dá)5～6t/h，最低溫度達(dá)8t，可保證摻冰70kS/m3以上，混凝土運(yùn)輸攪拌車每車可裝運(yùn)6—12m3混凝土。
二、C70級(jí)混凝土配合比的選用
1．采用標(biāo)準(zhǔn)
合同《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：混凝土配合比由國際承包商依據(jù)美國《普通混凝土、重質(zhì)混凝土及大體積混凝土配合比選擇的標(biāo)準(zhǔn)方法》(ACl211.1)進(jìn)行試驗(yàn)后，經(jīng)工程師審批后投入使用。
2．配合比設(shè)計(jì)、控制
國際承包商在混凝土質(zhì)量控制方面最關(guān)注的是平均強(qiáng)度和坍落度，對(duì)W/C控制則是次要的；在質(zhì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，不出現(xiàn)離差系數(shù)、強(qiáng)度保證率特征值。
從他們提供的C70混凝土配合比中可以看出：同級(jí)配C70混凝土， W/C變化幅度在0.21～0.27；在單位用水量與坍落度的關(guān)系方面也不易看出設(shè)計(jì)規(guī)律。如A1/A2-2配合比坍落度為16～18cm，用水量為125kg；Al/A2—4配合比級(jí)配、坍落度與其相同，而加水量僅94kg；再有Al-P14-2配合比設(shè)計(jì)坍落度為13～16cm，而加水量仍為94kg；還有同等級(jí)混凝土設(shè)計(jì)坍落度相同，三級(jí)配加水量大于二級(jí)配加水量的反常現(xiàn)象。如A2-P10三級(jí)配混凝土加水量為110kg，改為二級(jí)配后加水量減為99kg。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求應(yīng)降低W/C時(shí)，卻在增加水泥用量的同時(shí)，又增加了用水量，顯然與我們的做法不同。
三、采取的措施
1．按設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，參考混凝土強(qiáng)度保證率，確定配制強(qiáng)度
合同《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C70,評(píng)定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是：
①任何5個(gè)連續(xù)抗壓試驗(yàn)結(jié)果的平均值要大于等于規(guī)定強(qiáng)度；
②5個(gè)連續(xù)抗壓試驗(yàn)結(jié)果中低于規(guī)定強(qiáng)度的試件不得多于1個(gè)，最低的試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)定抗壓強(qiáng)度之值不得大于3.5MPa。
這里沒有明確提出各部位工程混凝土強(qiáng)度保證率。若采用國內(nèi)混凝土配制強(qiáng)度的做法，可較好地從根本上保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度。若混凝土強(qiáng)度保證率按80%(最低限)考慮，按實(shí)際混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)平均離差系數(shù)(CV)0.10計(jì)算，其混凝土配制強(qiáng)度應(yīng)為：
科研成果證明：硅粉混凝土抗壓強(qiáng)度隨摻量增加而提高。摻量低于5%時(shí)，增強(qiáng)效果不明顯；太多(超過20%)則會(huì)造成混凝土干縮或強(qiáng)度下降。另外，試件破壞斷面發(fā)生在骨料與水泥石膠結(jié)面的現(xiàn)象說明，光滑、球形的幾何形狀骨料，不利于制作高強(qiáng)混凝土，其所占比例應(yīng)當(dāng)加以限制，最大粒徑不宜超過63mm。
3．嚴(yán)格控制坍落度
為了較準(zhǔn)確地測(cè)試和控制坍落度，結(jié)合小浪底工程的特殊性，首先是基體混凝土(流化開始前的混凝土)的配合比設(shè)計(jì)。在高坍落度配合比正式應(yīng)用之前確定流化劑的添加方法和用量，做出基體混凝土和流化后混凝土的關(guān)系曲線。在混凝土生產(chǎn)過程綜合采用兩種添加法，即采取拌和樓和澆筑工地各加一部分流化劑(摻加量通過試驗(yàn)確定，拌和樓坍落度宜控制在15em以下)，以便于坍落度測(cè)試，又達(dá)到流化效果最好的目的。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)基體混凝土坍落度為12cm時(shí)，采用同時(shí)添加法，測(cè)值為 18.5cm，拌和后15～60分鐘添加，坍落度可達(dá)2lcm。
4．溫度控制措施
5．硅粉摻量的影響 為了分析影響C70混凝土強(qiáng)度的主要因素，進(jìn)行了不同硅粉摻量的原型試驗(yàn)和室內(nèi)驗(yàn)證試驗(yàn)。結(jié)果表明：當(dāng)C70配合比中硅粉摻量在3.5%以下時(shí)，28天平均強(qiáng)度僅70MPa左右，若摻量增至5%～8%時(shí)，則可達(dá)到75～80MPa。
四、高標(biāo)號(hào)C70混凝土應(yīng)用的思考
1．高標(biāo)號(hào)混凝土的裂縫問題
從混凝土技術(shù)的發(fā)展角度來講，大體積高強(qiáng)混凝土的運(yùn)用無疑是技術(shù)進(jìn)步，但所帶來的增加混凝土裂縫的可能性也不容忽視。
2．強(qiáng)度與溫控措施、施工工藝
依靠增加水泥、硅粉的用量來提高泵送混凝土強(qiáng)度，這將增加混凝土的溫升，可能造成裂縫的增加，從而影響結(jié)構(gòu)安全與耐久性。根據(jù)相關(guān)資料測(cè)算，按每11kg/m3的膠材料產(chǎn)生l℃的混凝土升溫計(jì)算，按拌和樓常年加冰、加冷水(即使在冬季也在拌和混凝土?xí)r加冰)的前提下，新拌混凝土機(jī)口最低溫度為100C，最高溫度可達(dá)到 53.60C，實(shí)測(cè)出機(jī)溫度為10℃～17℃。實(shí)測(cè)混凝土最高溫升為50℃～60℃。
如采取加大硅粉用量提高混凝土強(qiáng)度，則黏度高的混凝土在洞內(nèi)長距離泵送施工更加困難，使趕工形勢(shì)下施工效率大大降低，且硅粉的供應(yīng)也成問題。工程師批準(zhǔn)承包商超常規(guī)地(現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)DL/T5055-1996《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定粉煤灰摻量小于15%)在混凝土中摻加了水泥用量20%左右的粉煤灰和5%～8%的硅粉。
冷卻混凝土中用一種或數(shù)種組分來降低澆筑溫度，減小最高溫度與最終溫度的溫差，是常采用的方法。在許多情況下，人們把冷卻法作為根本性的控制措施，而只在關(guān)鍵部位輔以強(qiáng)制冷卻。它的優(yōu)點(diǎn)是簡便、具體使用和控制效果較好，代價(jià)也相對(duì)低些。缺點(diǎn)是：在控制最高溫升的全過程中，所擁有的溫控時(shí)間有限。
小浪底工程混凝土采取了對(duì)骨料冷卻、全年加冰拌和、限制水泥、粉煤灰使用溫度綜合措施。為降低混凝土的出機(jī)溫度，工程師指令承包商在冬季拌和時(shí)加注剩余用水量 60%～70%、溫度在-6℃～-8℃的冰屑，夏季還要輔以對(duì)粗細(xì)骨料的冷卻降溫等措施。
3．適宜的混凝土設(shè)計(jì)齡期
我國現(xiàn)行規(guī)范《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》DL/T5055-1996中規(guī)定：“粉煤灰混凝土的確定實(shí)際齡期，應(yīng)根據(jù)建筑物類型和具體承載時(shí)間確定。大體積混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)齡期采用90天，也可采用180天和360天?！?/DIV>
在小浪底技術(shù)委員會(huì)第二次全體會(huì)議上，專家認(rèn)定：導(dǎo)流洞A級(jí)混凝土在截流過水前，混凝土齡期絕大部分超過廠90天，可使用90天C70評(píng)定A類混凝土。
設(shè)計(jì)院Lot.2(1998)設(shè)代字001號(hào)設(shè)計(jì)通知：依據(jù)國標(biāo)《粉煤灰混凝土的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJl46-90)第 4.1.2條規(guī)定和A、B級(jí)混凝土所在部位的運(yùn)用條件，同意對(duì)粉煤灰混凝土按90天齡期強(qiáng)度作為質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。故在此之后的所有工程驗(yàn)收中，對(duì)于 A級(jí)混凝土均按90天C70的指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。
小浪底施工期間工程師共計(jì)取樣90天抗壓強(qiáng)度試件4077組，平均強(qiáng)度為80.4MPa，強(qiáng)度保證率為93.3％；離差系數(shù)CV值為0.09，混凝土均勻性評(píng)價(jià)為“優(yōu)秀”。A級(jí)混凝土檢測(cè)結(jié)果見表1，其他技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不再累述。
表1 A級(jí)混凝土檢測(cè)結(jié)果
5．高強(qiáng)混凝土質(zhì)量統(tǒng)計(jì)評(píng)估方法探討
五、結(jié) 語
經(jīng)過了大量的生產(chǎn)實(shí)踐和驗(yàn)證試驗(yàn)，C70泵送高強(qiáng)混凝土在小浪底工程取得了成功地運(yùn)用。體會(huì)如下：
①選用水泥等級(jí)應(yīng)不低于42.5MPa，W/C控制在0.23～0.26；特別是應(yīng)選用低堿含量、低水化熱的水泥品種。
②粗骨料最大粒徑應(yīng)小于等于63mm，宜用或多用人工碎石，增加骨料表面與水泥的膠結(jié)能力。
③宜摻用20%左右的粉煤灰，硅粉摻量以5%～8%為宜；用7天或28天齡期控制早期強(qiáng)度，將強(qiáng)度設(shè)計(jì)齡期定為56天或如天或者更長。
④泵送混凝土的流動(dòng)性測(cè)試，建議采用坍落度與擴(kuò)散度相結(jié)合的測(cè)試方法評(píng)估其和易性。
(作者為小浪底工程咨詢有限公司西霞院項(xiàng)目部副總監(jiān)、高級(jí)工程師)
關(guān)鍵詞 高強(qiáng)混凝土 配合比設(shè)計(jì) 水泥 砂石料
小浪底工程的主要泄洪建筑物孔板洞、排沙洞、明流洞使用了C70高標(biāo)號(hào)的硅粉混凝土，數(shù)量約50萬m3。為保證混凝土的抗沖耐磨性能，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C70，抗?jié)B標(biāo)號(hào)S6，抗凍標(biāo)號(hào)D50。為滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土中摻用了粉煤灰、硅粉，大多數(shù)為泵送人倉。
一、混凝土原材料及生產(chǎn)設(shè)備
1．水泥
采用洛陽和澠池水泥廠生產(chǎn)的P0525R(舊標(biāo)準(zhǔn)表示符號(hào)，下同)和525MH兩種水泥；粉煤灰采用Ⅱ級(jí)粉煤灰；硅粉系壓密產(chǎn)品，制成硅粉漿使用。各膠凝材料性能檢測(cè)結(jié)果表明，均滿足合同《技術(shù)規(guī)范》的要求。
2. 外加劑
系進(jìn)口西卡(Sika)公司產(chǎn)品。有減水劑(V2)、增塑劑(NN)、緩凝劑(Retarder)、引氣劑(AER)，性能檢測(cè)均足合同《技術(shù)規(guī)范》的要求。
3．砂石料
開采、篩分均自壩址下游約10km處的連地料場(chǎng)，產(chǎn)量可達(dá)700t/h。拌和樓附近備有成品料倉。在拌和衡量前可對(duì)粗骨料進(jìn)行二次篩洗脫水，骨料性能檢測(cè)指標(biāo)滿足合同《技術(shù)規(guī)范》的要求。
4．生產(chǎn)設(shè)備
混凝土拌和系統(tǒng)系美國JOHNSON公司設(shè)備。配有4X3.5m3自落式拌和罐，常規(guī)混凝土產(chǎn)量為200m3/h，衡量、記錄全部由計(jì)算機(jī)控制。配套有制冰系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制冰量可達(dá)5～6t/h，最低溫度達(dá)8t，可保證摻冰70kS/m3以上，混凝土運(yùn)輸攪拌車每車可裝運(yùn)6—12m3混凝土。
二、C70級(jí)混凝土配合比的選用
1．采用標(biāo)準(zhǔn)
合同《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：混凝土配合比由國際承包商依據(jù)美國《普通混凝土、重質(zhì)混凝土及大體積混凝土配合比選擇的標(biāo)準(zhǔn)方法》(ACl211.1)進(jìn)行試驗(yàn)后，經(jīng)工程師審批后投入使用。
2．配合比設(shè)計(jì)、控制
國際承包商在混凝土質(zhì)量控制方面最關(guān)注的是平均強(qiáng)度和坍落度，對(duì)W/C控制則是次要的；在質(zhì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，不出現(xiàn)離差系數(shù)、強(qiáng)度保證率特征值。
從他們提供的C70混凝土配合比中可以看出：同級(jí)配C70混凝土， W/C變化幅度在0.21～0.27；在單位用水量與坍落度的關(guān)系方面也不易看出設(shè)計(jì)規(guī)律。如A1/A2-2配合比坍落度為16～18cm，用水量為125kg；Al/A2—4配合比級(jí)配、坍落度與其相同，而加水量僅94kg；再有Al-P14-2配合比設(shè)計(jì)坍落度為13～16cm，而加水量仍為94kg；還有同等級(jí)混凝土設(shè)計(jì)坍落度相同，三級(jí)配加水量大于二級(jí)配加水量的反常現(xiàn)象。如A2-P10三級(jí)配混凝土加水量為110kg，改為二級(jí)配后加水量減為99kg。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求應(yīng)降低W/C時(shí)，卻在增加水泥用量的同時(shí)，又增加了用水量，顯然與我們的做法不同。
三、采取的措施
1．按設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，參考混凝土強(qiáng)度保證率，確定配制強(qiáng)度
合同《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C70,評(píng)定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是：
①任何5個(gè)連續(xù)抗壓試驗(yàn)結(jié)果的平均值要大于等于規(guī)定強(qiáng)度；
②5個(gè)連續(xù)抗壓試驗(yàn)結(jié)果中低于規(guī)定強(qiáng)度的試件不得多于1個(gè)，最低的試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)定抗壓強(qiáng)度之值不得大于3.5MPa。
這里沒有明確提出各部位工程混凝土強(qiáng)度保證率。若采用國內(nèi)混凝土配制強(qiáng)度的做法，可較好地從根本上保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度。若混凝土強(qiáng)度保證率按80%(最低限)考慮，按實(shí)際混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)平均離差系數(shù)(CV)0.10計(jì)算，其混凝土配制強(qiáng)度應(yīng)為：
R配=R標(biāo)/（1-t×Cv)
式中R配為保證強(qiáng)度又稱配制強(qiáng)度；R標(biāo)為設(shè)計(jì)強(qiáng)度，取70MPa；t為概率度系數(shù)，由保證率(P)確定。當(dāng)P=80%，t=0.842時(shí)，計(jì)算結(jié)果：
R配=70/(1-0.842x0.10)=76.4(MPa)
2．調(diào)整配合比
承包商在原型生產(chǎn)試驗(yàn)階段，按28天強(qiáng)度70MPa控制，結(jié)果混凝土統(tǒng)計(jì)平均強(qiáng)度僅為71MPa，保證率尚不足60%，主要是膠凝材料數(shù)量和比例欠佳，W/C未能得到良好控制。顯而易見，各部位工程混凝土強(qiáng)度保證率不足就難以滿足設(shè)計(jì)要求。
科研成果證明：硅粉混凝土抗壓強(qiáng)度隨摻量增加而提高。摻量低于5%時(shí)，增強(qiáng)效果不明顯；太多(超過20%)則會(huì)造成混凝土干縮或強(qiáng)度下降。另外，試件破壞斷面發(fā)生在骨料與水泥石膠結(jié)面的現(xiàn)象說明，光滑、球形的幾何形狀骨料，不利于制作高強(qiáng)混凝土，其所占比例應(yīng)當(dāng)加以限制，最大粒徑不宜超過63mm。
3．嚴(yán)格控制坍落度
國際承包商在混凝土設(shè)計(jì)、拌和與質(zhì)量控制方面的核心指標(biāo)是坍落度。目前混凝土大坍落度測(cè)試的方法有待完善，而C70級(jí)混凝土坍落度設(shè)計(jì)要求為16～18cm，由于摻加高效減水劑，測(cè)量時(shí)混凝土尚處在“動(dòng)態(tài)”狀，如果待到“靜態(tài)”時(shí)測(cè)量，則所測(cè)數(shù)據(jù)只是骨料自然堆積的高度。即使同一人操作，誤差會(huì)有2cm以上；不同人操作，誤差就更大了。
為了較準(zhǔn)確地測(cè)試和控制坍落度，結(jié)合小浪底工程的特殊性，首先是基體混凝土(流化開始前的混凝土)的配合比設(shè)計(jì)。在高坍落度配合比正式應(yīng)用之前確定流化劑的添加方法和用量，做出基體混凝土和流化后混凝土的關(guān)系曲線。在混凝土生產(chǎn)過程綜合采用兩種添加法，即采取拌和樓和澆筑工地各加一部分流化劑(摻加量通過試驗(yàn)確定，拌和樓坍落度宜控制在15em以下)，以便于坍落度測(cè)試，又達(dá)到流化效果最好的目的。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)基體混凝土坍落度為12cm時(shí)，采用同時(shí)添加法，測(cè)值為 18.5cm，拌和后15～60分鐘添加，坍落度可達(dá)2lcm。
4．溫度控制措施
C70級(jí)混凝土水泥用量在350kg/m3以上，要同時(shí)滿足混凝土強(qiáng)度和溫度控制的要求，是工程施工中的一對(duì)矛盾。設(shè)計(jì)要求6-8月高溫期混凝土出機(jī)溫度為8℃～1l℃。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)：小浪底年平均氣溫13.8℃。7月份最高，平均26.3℃。1月份最低，平均氣溫在0℃上下。 C70級(jí)混凝土在拌和、施工中主要采取了以下措施：
①降低?昆凝土原材料溫度。夏季水泥、粉煤灰卸車溫度常常超過70℃，最高曾達(dá)到107℃。參照美國混凝土學(xué)會(huì)(ACl305Pt)要求，控制水泥最高溫度不超過770C。規(guī)定水泥、粉煤灰的溫度不得超過70℃，要求盡量避開高溫時(shí)間運(yùn)輸。
②保持料場(chǎng)骨料堆高大于5～6m，粗骨料先經(jīng)過冷卻廊道預(yù)冷，后噴灑40C～ 6℃的冷水，冷卻時(shí)間約3分鐘；待送到拌和樓前進(jìn)行二次篩分脫水，送至儲(chǔ)料倉，向倉內(nèi)通以-15℃的冷風(fēng)等待衡量下料，這時(shí)骨料溫度可降至50C-100C。
③加冰拌和，碎冰片溫度-2℃～-8℃。夏季加冰40～70kg/m3，冬季加冰10～30kg/m3。采取上述措施，混凝土實(shí)際出機(jī)溫度夏季為10℃～17℃，冬季為8℃～13℃。
①降低?昆凝土原材料溫度。夏季水泥、粉煤灰卸車溫度常常超過70℃，最高曾達(dá)到107℃。參照美國混凝土學(xué)會(huì)(ACl305Pt)要求，控制水泥最高溫度不超過770C。規(guī)定水泥、粉煤灰的溫度不得超過70℃，要求盡量避開高溫時(shí)間運(yùn)輸。
②保持料場(chǎng)骨料堆高大于5～6m，粗骨料先經(jīng)過冷卻廊道預(yù)冷，后噴灑40C～ 6℃的冷水，冷卻時(shí)間約3分鐘；待送到拌和樓前進(jìn)行二次篩分脫水，送至儲(chǔ)料倉，向倉內(nèi)通以-15℃的冷風(fēng)等待衡量下料，這時(shí)骨料溫度可降至50C-100C。
③加冰拌和，碎冰片溫度-2℃～-8℃。夏季加冰40～70kg/m3，冬季加冰10～30kg/m3。采取上述措施，混凝土實(shí)際出機(jī)溫度夏季為10℃～17℃，冬季為8℃～13℃。
5．硅粉摻量的影響
四、高標(biāo)號(hào)C70混凝土應(yīng)用的思考
1．高標(biāo)號(hào)混凝土的裂縫問題
從理論上講，高強(qiáng)混凝土耐久性能高，強(qiáng)度和耐久性并不矛盾。然而，高標(biāo)號(hào)混凝土強(qiáng)度的提高必將使單位混凝土的水泥用量增加及水泥漿量增加，這不僅使混凝土的水化熱和收縮增加，而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成的速率大于抗拉強(qiáng)度的增長速率，即高強(qiáng)混凝土彈性模量的增長大于抗拉強(qiáng)度的增長，比一般混凝土要快，因此，高強(qiáng)混凝土的早期抗裂性比一般的混凝土要差，強(qiáng)度提高的同時(shí)，彈性模量也隨之有更大的增長。在相同的收縮應(yīng)變下，內(nèi)部則產(chǎn)生更大的拉應(yīng)力。
從混凝土技術(shù)的發(fā)展角度來講，大體積高強(qiáng)混凝土的運(yùn)用無疑是技術(shù)進(jìn)步，但所帶來的增加混凝土裂縫的可能性也不容忽視。
2．強(qiáng)度與溫控措施、施工工藝
混凝土W/C只有0.22～0.25，幾乎全部為泵送施工的混凝土。要滿足規(guī)定溫控要求，必須降低水泥等膠凝材料的用量，這和要求混凝土高強(qiáng)度相矛盾；既要混凝土強(qiáng)度高，又需要混凝土溫升低。
依靠增加水泥、硅粉的用量來提高泵送混凝土強(qiáng)度，這將增加混凝土的溫升，可能造成裂縫的增加，從而影響結(jié)構(gòu)安全與耐久性。根據(jù)相關(guān)資料測(cè)算，按每11kg/m3的膠材料產(chǎn)生l℃的混凝土升溫計(jì)算，按拌和樓常年加冰、加冷水(即使在冬季也在拌和混凝土?xí)r加冰)的前提下，新拌混凝土機(jī)口最低溫度為100C，最高溫度可達(dá)到 53.60C，實(shí)測(cè)出機(jī)溫度為10℃～17℃。實(shí)測(cè)混凝土最高溫升為50℃～60℃。
如采取加大硅粉用量提高混凝土強(qiáng)度，則黏度高的混凝土在洞內(nèi)長距離泵送施工更加困難，使趕工形勢(shì)下施工效率大大降低，且硅粉的供應(yīng)也成問題。工程師批準(zhǔn)承包商超常規(guī)地(現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)DL/T5055-1996《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定粉煤灰摻量小于15%)在混凝土中摻加了水泥用量20%左右的粉煤灰和5%～8%的硅粉。
冷卻混凝土中用一種或數(shù)種組分來降低澆筑溫度，減小最高溫度與最終溫度的溫差，是常采用的方法。在許多情況下，人們把冷卻法作為根本性的控制措施，而只在關(guān)鍵部位輔以強(qiáng)制冷卻。它的優(yōu)點(diǎn)是簡便、具體使用和控制效果較好，代價(jià)也相對(duì)低些。缺點(diǎn)是：在控制最高溫升的全過程中，所擁有的溫控時(shí)間有限。
小浪底工程混凝土采取了對(duì)骨料冷卻、全年加冰拌和、限制水泥、粉煤灰使用溫度綜合措施。為降低混凝土的出機(jī)溫度，工程師指令承包商在冬季拌和時(shí)加注剩余用水量 60%～70%、溫度在-6℃～-8℃的冰屑，夏季還要輔以對(duì)粗細(xì)骨料的冷卻降溫等措施。
3．適宜的混凝土設(shè)計(jì)齡期
原設(shè)計(jì)指標(biāo)為28天C70。據(jù)對(duì)C70級(jí)混凝土千組以上強(qiáng)度資料統(tǒng)計(jì)，28天強(qiáng)度平均值為71.1MPa，90天齡期平均強(qiáng)度80.4MPa，增長率 13.1%。小浪底工程混凝土為粉煤灰混凝土，長齡期才能發(fā)揮其火山灰活性的作用產(chǎn)生后期強(qiáng)度。特別是考慮到抑制混凝土堿活性骨料反應(yīng)，摻用粉煤灰成了必要手段。故 C70混凝土齡期定為90天齡期達(dá)到70MPa更為合理。
我國現(xiàn)行規(guī)范《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》DL/T5055-1996中規(guī)定：“粉煤灰混凝土的確定實(shí)際齡期，應(yīng)根據(jù)建筑物類型和具體承載時(shí)間確定。大體積混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)齡期采用90天，也可采用180天和360天?！?/DIV>
在小浪底技術(shù)委員會(huì)第二次全體會(huì)議上，專家認(rèn)定：導(dǎo)流洞A級(jí)混凝土在截流過水前，混凝土齡期絕大部分超過廠90天，可使用90天C70評(píng)定A類混凝土。
設(shè)計(jì)院Lot.2(1998)設(shè)代字001號(hào)設(shè)計(jì)通知：依據(jù)國標(biāo)《粉煤灰混凝土的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJl46-90)第 4.1.2條規(guī)定和A、B級(jí)混凝土所在部位的運(yùn)用條件，同意對(duì)粉煤灰混凝土按90天齡期強(qiáng)度作為質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。故在此之后的所有工程驗(yàn)收中，對(duì)于 A級(jí)混凝土均按90天C70的指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。
小浪底施工期間工程師共計(jì)取樣90天抗壓強(qiáng)度試件4077組，平均強(qiáng)度為80.4MPa，強(qiáng)度保證率為93.3％；離差系數(shù)CV值為0.09，混凝土均勻性評(píng)價(jià)為“優(yōu)秀”。A級(jí)混凝土檢測(cè)結(jié)果見表1，其他技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不再累述。
表1 A級(jí)混凝土檢測(cè)結(jié)果
|
設(shè)計(jì)強(qiáng)度（MPa） |
齡期（d） |
統(tǒng)計(jì)組數(shù) |
平均值（MPa） |
標(biāo)準(zhǔn)差（MPa） |
離差系數(shù) |
評(píng)價(jià) |
保證率（%） |
|
65 |
28 |
491 |
71.1 |
7.02 |
0.10 |
- |
80.7 |
|
70 |
90 |
407 |
804 |
6.91 |
0.09 |
優(yōu)良 |
93.3 |
4．調(diào)整混凝土流動(dòng)性測(cè)試技術(shù)
我國現(xiàn)行規(guī)程未作專門要求，建議在室內(nèi)建立坍落度與擴(kuò)散度的測(cè)試數(shù)據(jù)關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)以擴(kuò)散度為主，坍落度為輔，評(píng)定流動(dòng)性。國內(nèi)有資料介紹將坍落度桶倒置，裝滿后測(cè)試拌和物流：下的時(shí)間來評(píng)定混凝土可泵性的方法可以參考。
5．高強(qiáng)混凝土質(zhì)量統(tǒng)計(jì)評(píng)估方法探討
采用現(xiàn)行《水工混凝土施工規(guī)范》SDJ207-82中規(guī)定的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。當(dāng)樣本數(shù)量大于30組時(shí)，計(jì)算出強(qiáng)度保證率，以抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)值大小判定優(yōu)劣等級(jí)。C70混凝土的離差系數(shù)CV均為0.09～0.10，均勻性為“優(yōu)秀”；依據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001規(guī)定衡量混凝土生產(chǎn)質(zhì)量水平以試件28天齡期抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差表示。從標(biāo)準(zhǔn)差絕對(duì)數(shù)值來講，已超過了6.0MPa，就這樣的標(biāo)準(zhǔn)差而言，已不是高水平、高質(zhì)量的混凝土。
可見這兩個(gè)規(guī)范具體評(píng)價(jià)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量水平時(shí)的結(jié)論是不一致的，建議專家對(duì)高標(biāo)號(hào)混凝土質(zhì)量評(píng)定方法進(jìn)行研究。
可見這兩個(gè)規(guī)范具體評(píng)價(jià)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量水平時(shí)的結(jié)論是不一致的，建議專家對(duì)高標(biāo)號(hào)混凝土質(zhì)量評(píng)定方法進(jìn)行研究。
五、結(jié) 語
經(jīng)過了大量的生產(chǎn)實(shí)踐和驗(yàn)證試驗(yàn)，C70泵送高強(qiáng)混凝土在小浪底工程取得了成功地運(yùn)用。體會(huì)如下：
①選用水泥等級(jí)應(yīng)不低于42.5MPa，W/C控制在0.23～0.26；特別是應(yīng)選用低堿含量、低水化熱的水泥品種。
②粗骨料最大粒徑應(yīng)小于等于63mm，宜用或多用人工碎石，增加骨料表面與水泥的膠結(jié)能力。
③宜摻用20%左右的粉煤灰，硅粉摻量以5%～8%為宜；用7天或28天齡期控制早期強(qiáng)度，將強(qiáng)度設(shè)計(jì)齡期定為56天或如天或者更長。
④泵送混凝土的流動(dòng)性測(cè)試，建議采用坍落度與擴(kuò)散度相結(jié)合的測(cè)試方法評(píng)估其和易性。
(作者為小浪底工程咨詢有限公司西霞院項(xiàng)目部副總監(jiān)、高級(jí)工程師)
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