于喜洋

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧沈陽110000）

0 引言

隧洞混凝土施工過程中要求混凝土具有良好的和易性，當混凝土具有擴展度小、粘聚性差、靜置泌漿以及泵送損失等問題時，極易造成堵管，且泵送損失混凝土不具備可調性，極容易出現(xiàn)混凝土漏孔以及蜂窩麻面等質量問題，導致實體結構存在安全隱患[1-3]。引入優(yōu)質的粉煤灰以及硅灰，針對工程存在的泵送損失、流動性差、堵管以及跑漿問題，開展研究[4-6]。為避免項目實體結構中再出現(xiàn)類似的工程質量問題，針對混凝土原材料配合比、優(yōu)質礦物摻合料取代率及混凝土基本性能進行研究，通過測試擴展度、倒筒時間、抗壓強度以及水化溫升等關鍵指標建立評價體系，把控源頭，避免由于混凝土和易性導致的工程質量問題。

1 工程概況

某水電站引水隧洞設計總長度為9 967.8 m，開挖斷面面積為31.70 m2，過水斷面面積為14.99 m2，全斷面鋼筋混凝土襯砌，澆筑混凝土襯砌厚48 cm，混凝土設計強度值為C45。工程澆筑過程中，出現(xiàn)泵送損失、流動性差以及跑漿問題，嚴重影響施工進度，且對實體結構造成安全隱患。分析原因：混凝土澆筑過程中和易性差，流動性差，整體粘度較高，導致泵送設備因阻力過大無法泵送，同時由于引入的礦物摻合料為劣質材料，檢測指標無法滿足施工狀態(tài)要求。

2 試驗原材料

試驗水泥為P·O42.5 級水泥，測試標準稠度需水量為 27.8%，3 d 抗壓強度為 27.9 MPa，28 d 抗壓強度為52.1 MPa；試驗粉煤灰為I 級粉煤灰，細度為6.4%，燒失量為1.9%，需水量比為92%；試驗硅灰需水量比為124%，7 d 活性指數(shù)達104%；試驗中粗河砂細度模數(shù)為2.5～2.7，含泥量2.1%，碎石5～25 mm 連續(xù)級配，含泥量0.3%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量為16.7%，減水率為20%；水為飲用水。

3 水工隧洞混凝土配合比設計

混凝土配合比設計依據(jù)項目的設計要求、配合比設計規(guī)范，確保混凝土具有良好的和易性，整體粘度較低，降低泵送過程中的阻力?；炷亮鲃有院?、包裹性好、無跑漿問題。粉料用量為單方480～500 kg，粉煤灰取代范圍為0~39%，硅灰取代范圍為0~10%，通過調整聚羧酸減水劑不同組分的搭配比例，達到調整混凝土和易性的目的，具體配合比如表1 所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 實驗結果分析

4.1 不同因素對隧洞混凝土和易性的影響

針對實體出現(xiàn)的泵送損失、流動性差、堵管以及跑漿問題，研究礦物摻合料中粉煤灰、硅灰取代率對于混凝土擴展度、倒筒時間等和易性關鍵指標的影響，具體測試結果見圖1。

圖1 不同因素混凝土擴展度測試結果

研究礦物摻合料不同取代率對混凝土流動性的影響。研究結果表明，對比粉煤灰體系和硅灰體系，硅灰的摻入可進一步降低混凝土粘度，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土擴展度呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢，倒筒時間呈現(xiàn)先下降后不變的趨勢。當粉煤灰摻量為30%時，混凝土整體粘度下降明顯，倒筒時間明顯降低，為3.6 s，但隨粉煤灰摻量增加，粘度改善并不明顯，表明粉煤灰滾珠效應已到極限。當硅灰摻量為4.2%時，混凝土粘度進一步改善，倒筒時間為3.6 s，粘聚性提升幅度明顯。

4.2 不同因素對隧洞混凝土抗壓強度的影響

研究礦物摻合料中不同取代率對于混凝土不同齡期抗壓強度的影響，具體測試結果見圖2。隨著粉煤灰摻量增加，混凝土長齡期（60，90 d）強度增長幅度明顯，當粉煤灰摻量為30%時，長齡期強度基本接近最大值，達到69.1 MPa，隨著粉煤灰摻量繼續(xù)增加，強度增幅基本不變，甚至不增長，由于粉煤灰通過水泥水化形成的堿性產物激發(fā)，進一步發(fā)生二次水化反應，形成的水化產物使結構更加密實，提高混凝土中后期抗壓強度；隨著硅灰摻量增加，混凝土早期強度增長幅度明顯，當硅灰摻量達到4.2%時，混凝土抗壓強度達到最大值，由于硅灰7 d 活性指數(shù)超過100%，因此早期強度貢獻率高于水泥和粉煤灰。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強度

4.3 隧洞混凝土溫升性能研究

研究模擬混凝土實體結構點的溫差變化規(guī)律，提供理論依據(jù)，避免由于局部溫升過高導致的裂縫出現(xiàn)。測溫點溫差變化規(guī)律如圖3 所示。

圖3 各測溫點溫變規(guī)律

實驗選取實驗點位置處于混凝土試塊邊緣的中線，按照縱向分布方式設置8 個測溫點，其中第4 個測溫點位于縱向的中心位置，也是溫度最高的測溫點，為61.0 ℃；第1，2，3，4，6，7 測溫點的升溫速率基本一致；第1 測溫點位于混凝土模擬試件底部，降溫速率不快；第6，7 測溫點靠近混凝土試塊表面位置，降溫速率稍微快一些，約1.2 ℃/ d；第8測溫點處于混凝土表面，受環(huán)境溫度影響較大。實驗測試結果表明：混凝土內外溫差均控制在25 ℃內，有效避免了實體結構由于溫差導致的溫度裂縫，拆模后，混凝土整體無裂縫，表面光滑。

5 結論

1）隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土和易性改善明顯，流動度呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢，粘度呈現(xiàn)先下降后不變的趨勢。同時，由于二次水化反應的持續(xù)進行，水化產物不斷密實整體結構，提升密實度，因此，粉煤灰可提供長齡期60 d 及以上抗壓強度，當粉煤灰摻量為30%時，混凝土流動性、粘度及長期強度基本達到最優(yōu)值。

2）由于硅灰7 d 活性指數(shù)超過100%，因此，混凝土早期抗壓強度提升顯著，對比粉煤灰體系，硅灰體系可進一步降低混凝土粘度，當硅灰摻量達到4.2%時，混凝土整體粘度及粘聚性達到最優(yōu)值。

3）通過對混凝土模擬實驗，采用縱向選取測溫點的方式，實體整體效果良好，溫度差控制在25 ℃之內，有效避免里表溫差導致的溫度裂縫等質量問題的出現(xiàn)。