采用聚羧酸减水剂配制的C50高性能混凝土在南水北调中线干线工程漕河渡槽中的应用

1、采用聚竣酸减水剂配制的C50高性能混凝土在南水北调中线干线工程漕河渡槽中的应用王少江马锋玲边秋濮1前言南水北调中线总干渠漕河渡槽段是南水北调中线京石段应急供水工程的重要组成部分。工程位于河北省保定市满城县内，距保定市30公里，是控制应急段工程的关键项目之一。跨越漕河的巨型渡槽长 2300m,底宽20m,最大跨度30m,加大输水流量为150m3/s,是我国目前最大的输水渡槽。漕河渡槽混凝土设计指标为C50W6F200,要求混凝土具有良好的力学变形性能，良好的工作性（低坍落度损失、高流态、稳定泵送）以及高抗渗、抗冻和防止骨料反应的高耐久性能。本文对C50渡槽槽身混凝土进行配合比优化及性能试验研究，

2、为工程推荐性能良好、满足设计要求的施工配合比。2试验原材料2. 1水泥采用鹿泉东方鼎鑫水泥有限公司生产的42. 5级普通硅酸盐水泥（低碱水泥）。水泥的化学成分及品质指标检验结果列于表1和表2。果1水泥品匍僧标枪验结见国比表 面积 任力目幅醒 植Y 附密度安定 性机玉占度fW崂拉折强蜜（HPb】3sd3d7。28d 43400271. (J9? : 393 ： 15合格俎电| 44 .71. 110 3?1、王少江，工程师，硕士，中国水利水电科学研究院，1000382.2、马锋玲，高级工程师，硕士，中国水利水电科学研究院，1000383.3、边秋濮，高级工程师，学士，南水北调中线干线工程建管局漕

3、河项目建设管理100053.袭2水泥化学唐伊冷嗓凿果阊LossAlJOkCbOSIXKjOA._3,005,6460. W2.M2,220.呜& 102. 2粉煤灰采用衡水发电厂生产的I级粉煤灰。粉煤灰的品质指标检验结果列于表3。型L幽求噩指标带谶结果里度闯鼻水*出附裁夫阳闯含水笔213 8m!g帛.4,B0 _0.40Ml |0.302. 3外加剂混凝土中掺用了高效减水剂和引气剂两种外加剂。引气剂为北京中水科海利工程技术有限公司生产的SK-H高性能引气剂，碱含量为2. 85%。高效减水剂品种采用了具有低掺量、 高减水率、低收缩、高保坍等特点的聚竣酸系高性能减水剂，以降低混凝土中胶凝材料用量和

4、有效碱含量。而秦系高效减水剂由于减水率较低.混凝土用水量大，胶凝材料用量过高， 且蔡系减水剂本身的碱含量较高，渡槽槽身施工中不宜采用。试验采用了意大利马贝集团生产的SPI聚竣酸系高效减水剂（碱含量为0.20%）和北京市冶建特种材料公司生产的JG 2H聚竣酸高效减水剂 碱含量0. 19%）。2. 4砂石骨料试验用砂采用漕河岭东料场的天然砂，细度模数2. 63,属中砂。粗骨料为西安阳乡永胜料场的石灰石人工碎石，为（525）mm连续级配。骨料的碱骨料反应是影响混凝土耐久性的一个重要方面。施工中若不可避免采用含有活性的骨料，碱骨料反应一旦发生，特别是对于钢筋薄壁混凝土结构，将无法补救，给工程带来的危害

5、是相当严重的。因此，对工程采用的砂石骨料进行了骨料的碱活性检验和碱活性抑制试验。试验方法参照 DL/ T 5151-2001水工混凝土砂石骨料试验规程中“砂浆棒快速法一和“碳酸盐骨料的碱活性检验”进行，抑 制试验掺用20%衡水I级粉煤灰。骨料的碱一硅酸反应活性检验和碱一硅酸反应活性抑制试 验结果见表4,人工石粗骨料的碱一碳酸盐反应活性检验结果见表5。骨料碱一硅酸反应活性检验结果表明，试验采用的砂石骨料均为非碱一硅酸反应活性骨料，但具有一定的碱活性，工程使用中仍需采取有效的抑制措施。骨料碱一硅酸反应抑制试验结果表明.混凝土中掺入20%的衡水I级粉煤灰能有效抑制骨料的碱一硅酸反应，试验龄期延长至1

6、64天，试件仍未发生膨胀，粉煤灰的抑制效果明显。骨料的碱一碳酸盐反应活性检验结果表明，试验采用的人工石粗骨料为非碱一碳酸盐反应活性骨料。表4贼一己或反应话性检跪及抑制试茨疗事3714213t445684IQS=时餐民应活忖府里0.0. Q16也0300, llfi石0. DOS。，阳0, 0得几1漏6矶%-醛*反应送闻啬虞览:峰辰率中0. 00395%,概率度系数为1.645,标准差取5. 5MPa,计算配制强度为 59.0MPa。配合比参数的确定主要包括粉煤灰掺量、外加剂的最优掺量、 水胶比及最优砂率。 综合考虑到预应力钢筋混凝土对粉煤灰最大掺量的限制以及骨料碱活性抑制效果的研究成果，选定粉

7、煤灰掺量为200,6;通过试验对泵送混凝土流动性、粘聚性、泌浆泌水等情况综合判断， 选定SPl高效减水剂掺量为1. 2%;选择0. 27、O. 30、0. 33和0. 36四种水胶比进行 混凝土配合比优化试验， 通过试验确定混凝土抗压强度与水胶比的关系，优选出满足强度设计要求的水胶比和混凝土配合比。混凝土配合比计算采用绝对体积法，砂石骨料均以饱和面干状态为基准。控制混凝土出机坍落度为 20cm-24cm ,考虑到预应力混凝土的特殊性。混凝土含气量控制在 3, 0%-4. 0%。混凝土配合比试验结果列于表6,混凝土抗压强度和水胶比的拟合方程列于表 7。表5混爆土配合比试处肆聚水咬 比粉煤次播量(

8、%)M Hfl修奉 闻5F1国SK-H 捧 闾联方理土材料由用渤 度iM.挑落性徨 (M出泥珈爆 庆水建石加Hd现0.3620如&42.0120.4Q325B11461蚓22? 319.451JCH-J30.332044Z+1.01.Z0.04部4熊146720*221043.5旭63 3(1如硼1 ：0 461雌97I4fi10653.210.352.0理1CH-27D.2T2Q54Q阪口L20.054梵108115M310S622B, &53. 95L2M.0覆7温凝土抗压强度河水成比的美系 - -ajf卷M土M制:“回归方程期关系较7(t小出。加9+ F泮7幽r-o.7Ud居产13_辎(

9、，+尸?/吗15Ldm的四2M313 551仁十Fy(P片也9Ml表7回归分析表明，混凝土不同龄期的抗压强度与水胶比符合线性关系，且相关性较好。根据混凝土 28天抗压强度试验结果，选定编号为CH-30的配合比为初步推荐施工配合比，并按此配合比进行相关混凝土性能试验。由于进行上述混凝土配合比优化试验时，骨料为临时加工。骨料加工系统投入使用后， 由于砂、石骨料的变化(砂含泥量明显降低。粗骨料粒形和级配得到了改善)，后期在现场试验室对推荐的混凝土配合比进行了调整试验，试验采用SPl和JG-2H高效减水剂平行进行。调整试验后的渡槽槽身推荐施工配合比列于表8。* B 3。渡槽槽身推吞施工泄般十配言以水裁

10、！ 比粉煤 获 掺量闾KH用，1，)水削 (1)5KF胤单方福土材料用如藩 度 (tai).揖压聋度 PR水嵬希琪砂石Td婚D3046441. 0J. 1。0353n93140T1S2：.&5.5S2. 8魁之注:工)制骨料将力的一 1E郸门。的E痛空配骨果理比例为3加曾其中离散出剂可来用SPI聚器触乐部皓黛水制或JG-2M*簧植高蛀庭水剂.拉量均为.n.该推荐施工配合比混凝土中的总碱含量，以水泥、粉煤灰、外加剂的实测碱含量计算时，为1 .71kg/m3:以南水北调中线干线工程标准预防混凝土工程碱骨料反应技术条例(试行)中要求的水泥碱含量上限值0. 6%、粉煤灰碱含量上限值1. 5%计算时，混

11、凝土中碱含量为2. 28 kg/m3。均满足条例中混凝土碱含量w2. 50kg/m3的技术要求。4、混凝土性能试验DL/选定表3-1中编号为 CH-30的配合比进行相关混凝土性能试验。试验方法按 T5150-2001水工混凝土试验规程进行。4.1力学强度混凝土的力学强度试验结果列于表9。混凝土抗压强度满足设计要求；轴压强度为39.OMPa,满足设计32.OMPa的要求；劈拉强度为 3.82MPa,轴心抗拉强度为 4.48MPa, 满足设计t2. 75肝a的要求。不同龄期的拉压比在5. 3% -,6. 8%之间，符合高强混凝土一般规律。混凝土轴拉强度高于劈拉强度，轴拉强度高，对混凝土抗裂性能有利

12、。我9泥双土力学强度试嗓陆里葩J七强度.Iff-A黠法强度，MTs外拉强度. MP*14414J7d血4史362 059 13反417. 3292 T55.533 023.4. 4B _2混凝土轴压弹性模量与极限拉伸混凝土轴压弹性模量与极限拉伸试验结果列于表10。试验结果表明，混凝土 28天龄期轴压弹模为4. 37 X 10ffa,满足设计13. 45X 104MPa的要求；各龄期混凝土的极限拉 伸值均较高，28天龄期极限拉伸值达到 1. 23X10 对混凝土抗裂非常有利。表库混凝土轴用弹力E模同与极作技忡试嗝结果粘生售性埃田口日根里拄挣值、ir?114d图d7i1期B8J3,7S4 371.

13、 16】，1目3混凝土线膨胀系数混凝土线膨胀系数为单位温度变化导致混凝土单位长度的变化。混凝土线膨胀系数取决于骨料本身的线膨胀系数以及骨料在混凝土中所占的比例，而混凝土的龄期和水泥品种对线膨胀系数a值影响很小。经试验测得C50渡槽槽身混凝土的线膨胀系数 a为7.49X10咱/C。4混凝土抗渗性混凝土抗渗性试验结果表明，混凝土的抗渗等级W7,满足设计w6的要求，且渗水高度较低（渗水高度为15ram）,抗渗性能有较大的富裕量，能够保障输水建筑物的抗渗能力。5混凝土抗冻性渡槽槽身混凝土抗冻设计等级为 F200o混凝土抗冻性试验结果列于表 11。试验结果表 明，混凝土抗冻性满足设计要求。混凝土含气量为

14、3.2%条件下，经200次冻融循环后，混凝土的相对动弹性模量为 89.6%,失重率仅为0.65%,混凝土抗冻耐久性能良好。表11混息士愤挎试器结.果3S5075网)25L501752g相对枯律性模图如？魏7H. 3郭，4英一，M 怠损失率fl）0.M5口 130 23d我科a 67OLE?0.656混凝土干缩与自生体积变形混凝土干缩与自生体积变形试验结果见表12和表13。试验结果表明，混凝土干缩值较低，28d、90d干缩值分别为223.6X 10-6和279.3X 10-6咱，这对混凝土的抗裂是有利的。混 凝土自生体积变形为收缩型，1天后开始收缩，5天时自生体积变形为负值， 28d收缩变形约为

15、 48.15X 10-6, 80d 收缩变形为 88.36X 10-6。5、总结1）根据混凝土配合比及性能试验结果，以及现场试验室配合比调整试验结果，最终采用表3-3中的配合比为C50渡槽槽身混凝土的施工配合比。该配合比混凝土 28天龄期轴心抗 拉强度为4. 48MPa,极限拉伸值达到1. 23 X 10-4,混凝土具有良好的抗裂能力；且混凝土 抗冻、抗渗性能良好，能够满足设计要求。2）施工中应加强渡槽槽身混凝土的保温保湿养护，防止混凝土结构开裂。Application of C50 High Performance Concrete mixed withPolycaboxy Superpla

16、sticizer at Caohe Aqueduct inSouth- to-North Water Diversion ProjectWang Shaojian、Ma Fenglin、Bian Qiupu(1. China Institute ofWater I C sources and Hydropower Research,100038 ;2. Construction and Administration Bureau of South to-North Water Transfer,the concrete of Canhe aqueduct is constructed with

17、 high strength and hi performanceprestressed steel concrete , which WaS designed C50W6F200 and must possess excellent properties on workability(such as less slump loss, high flowability,and excellent pumpability) , splitting resistance(10w shrinkage), impermeability,freeze resistance , and alkali silica resistance. In the paper,such technical measures as polycaboxy type superplasticizer,high performance airentraining agent , fine quality fly ash, and improvement of aggregates gradation,were employed to optimize