殷 思

(江西省水泰工程檢測(cè)有限公司，南昌 330000)

隧洞混凝土工程要求混凝土具有優(yōu)異的流動(dòng)性、適中的黏聚性以及良好的保水性能，當(dāng)混凝土施工過(guò)程中發(fā)生質(zhì)量原因堵管，或混凝土振搗、靜置過(guò)程中出現(xiàn)泌水泌漿等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致實(shí)體結(jié)構(gòu)回彈強(qiáng)度不足，或出現(xiàn)局部漏筋等問(wèn)題，嚴(yán)重影響主體結(jié)構(gòu)安全。針對(duì)工程施工過(guò)程中存在的實(shí)際問(wèn)題，引入優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦粉，采用等比例質(zhì)量法取代，降低混凝土黏度，提升混凝土中后期強(qiáng)度。通過(guò)測(cè)試擴(kuò)展度、倒筒時(shí)間、抗壓強(qiáng)度等基本性能數(shù)據(jù)，開展實(shí)體模擬實(shí)驗(yàn)，研究?jī)?yōu)質(zhì)礦物摻合料的影響規(guī)律。

1 工程概況

修水縣東津水庫(kù)至竹坪河水系連通工程?hào)|竹引水隧洞，隧洞總長(zhǎng)6 782.1 m，樁號(hào)為0+000～6+682.1，隧洞自進(jìn)口至出口高差19.3 m，采用進(jìn)口斜井284 m后在960.8處兩邊施工和出口三斷面開挖，單邊長(zhǎng)2 581 m。洞型設(shè)計(jì)為半圓拱直墻式，洞身開挖寬3.6 m×3.6 m，墻高2.56 m，拱半徑1.04 m。III、IV、V類圍巖采用全斷面光面爆破開挖。洞內(nèi)至棄碴場(chǎng)采用180 KT小型拖拉車運(yùn)輸。一次支護(hù)采用噴射混凝土或錨噴網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)?；炷僚淞喜捎米詣?dòng)配料機(jī)計(jì)量，PL-1600-III強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和，拖拉機(jī)運(yùn)輸。澆筑混凝土襯砌厚度49 cm，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值為C30。

工程澆筑過(guò)程中，頻繁發(fā)生由于混凝土流動(dòng)性差以及泵送損失導(dǎo)致的堵管等問(wèn)題，拆模后，局部位置出現(xiàn)漏筋、麻面等問(wèn)題。分析其原因?yàn)樵诨炷翝仓^(guò)程中和易性差，流動(dòng)性差，通過(guò)振搗混凝土并未達(dá)到填充密實(shí)的狀態(tài)，進(jìn)一步振搗導(dǎo)致過(guò)振，混凝土分層，粗骨料與砂漿分離，導(dǎo)致鋼筋裸露，混凝土無(wú)法有效通過(guò)鋼筋結(jié)構(gòu)。同時(shí)由于原材料配合比中水泥用量過(guò)高，導(dǎo)致體系水化放熱較大，形成局部溫度裂縫。

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)水泥采用普通硅酸鹽42.5級(jí)水泥，燒失量0.5%，3 d抗壓強(qiáng)度、3 d抗折強(qiáng)度分別為27.4和5.6 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度、28 d抗折強(qiáng)度分別為52.1和8.8 MPa；試驗(yàn)粉煤灰采用I級(jí)粉煤灰，需水量比94%，燒失量、細(xì)度均滿足國(guó)標(biāo)中對(duì)于I級(jí)粉煤灰的要求；試驗(yàn)礦粉采用S95級(jí)礦粉，7 d活性指數(shù)81%，28 d活性指數(shù)103%；試驗(yàn)細(xì)骨料采用河砂，符合2區(qū)指標(biāo)要求，連續(xù)級(jí)配，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)要求，碎石5～25 mm連續(xù)級(jí)配，無(wú)含泥；采用聚羧酸高效減水劑，減水率20%；水為自來(lái)水。

3 C30隧洞混凝土配合比

總膠凝材料用量420 kg/m3，礦物摻合料采用等量替代方式加入。按照國(guó)標(biāo)中對(duì)于礦物摻合料的范圍要求，確定配合比設(shè)計(jì)中的用量范圍，即粉煤灰用量范圍0%～40%，礦粉用量范圍0%～30%，綜合交叉替代，研究混凝土性能變化規(guī)律，具體配合比見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比 /kg·(m3)-1

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 不同因素對(duì)隧洞混凝土和易性能的影響

針對(duì)施工過(guò)程中存在的流動(dòng)性差以及泵送損失等為，研究礦物摻合料中粉煤灰、礦粉取代率對(duì)于混凝土擴(kuò)展度、倒筒時(shí)間等基本性能的影響，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同因素混凝土擴(kuò)展度測(cè)試結(jié)果

由圖1可知，粉煤灰對(duì)于改善混凝土流動(dòng)性起正向積極作用。粉煤灰摻量不斷增加，混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢(shì)，倒筒時(shí)間呈現(xiàn)先下降后不變的趨勢(shì)。當(dāng)粉煤灰摻量為30%時(shí)，混凝土整體黏度最小，松軟易施工，倒筒時(shí)間達(dá)到最佳值3.6 s；但隨粉煤灰影響程度有限，當(dāng)超過(guò)最佳摻量后，擴(kuò)展度基本無(wú)變化，表明粉煤灰滾珠效應(yīng)已無(wú)明顯作用。礦粉對(duì)于混凝土體系的影響主要在于中后期抗壓強(qiáng)度，對(duì)于和易性改善幾乎無(wú)貢獻(xiàn)；隨著礦粉的摻入，混凝土中后期強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢(shì)，主要由于礦粉形成堿激發(fā)二次反應(yīng)，形成水化產(chǎn)物。

4.2 不同因素對(duì)隧洞混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

研究粉煤灰、礦粉不同取代率對(duì)于混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

由圖2可知，礦粉對(duì)于混凝土中后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大。隨著礦粉摻量的不斷增加，混凝土中長(zhǎng)齡期(28 d)強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢(shì)；當(dāng)?shù)V粉摻量為25%時(shí)，中長(zhǎng)齡期強(qiáng)度基本接近最大值，90 d抗壓強(qiáng)度增加值達(dá)11.88%。粉煤灰對(duì)于混凝土中后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)次之，隨著粉煤灰摻量不斷增加，混凝土長(zhǎng)齡期(60 d、90 d)強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較為明顯；當(dāng)粉煤灰摻量為30%時(shí)，長(zhǎng)齡期強(qiáng)度(60 d)增加值最大，為20.79%。由于中期礦粉與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，后期粉煤灰與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，因此階梯式貢獻(xiàn)混凝土中后期強(qiáng)度。

4.3 隧洞混凝土熱學(xué)性能研究

研究模擬實(shí)體結(jié)構(gòu)的水化放熱規(guī)律，提供理論依據(jù)，避免由于局部溫升過(guò)高導(dǎo)致的裂縫出現(xiàn)。水化模擬規(guī)律見(jiàn)圖3。

圖3 水化模擬規(guī)律圖

通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)很好地模擬了水化各個(gè)過(guò)程?；炷磷罡邷囟炔怀^(guò)67℃，降溫速率與升溫速率基本一致，內(nèi)外部溫差不大于25℃，水化過(guò)程平穩(wěn)，水化放熱峰明顯削弱，并得到有效延緩，未出現(xiàn)局部放熱明顯等問(wèn)題，拆模后實(shí)體表面平整光滑，未出現(xiàn)溫度裂縫。

5 結(jié) 論

1) 粉煤灰對(duì)于混凝土流動(dòng)性、黏聚性的改善貢獻(xiàn)最大。隨著粉煤灰長(zhǎng)摻量的不斷增加，可不斷提升混凝土流動(dòng)度，降低混凝土的整體黏度，減少混凝土泵送過(guò)程中的阻力。這主要?dú)w功于粉煤灰的滾珠效應(yīng)，球形顆粒的存在有效降低顆粒與顆粒之間的摩擦力。同時(shí)，由于水化反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，粉煤灰與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，形成產(chǎn)物，可提供長(zhǎng)齡期抗壓強(qiáng)度。當(dāng)粉煤灰摻量為30%時(shí)，混凝土流動(dòng)性及長(zhǎng)期強(qiáng)度處于最佳值。

2) 礦粉對(duì)于混凝土中后期抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大。由于礦粉28 d活性指數(shù)超過(guò)100%，因此取代后，早期強(qiáng)度并無(wú)明顯改善且相對(duì)較低，但中期強(qiáng)度明顯增加，主要強(qiáng)度貢獻(xiàn)率高于水泥。當(dāng)?shù)V粉摻量為25%時(shí)，混凝土中后期抗壓強(qiáng)度值最佳。