李詠梅，雙學(xué)珍，徐 麗

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

0 引言

近年來，受生態(tài)紅線和各類保護區(qū)限制以及河道輸砂量的減少，河湖可規(guī)劃采砂量逐年減少，工程建設(shè)所用天然中砂資源日趨短缺。對此，我國學(xué)者謝祥明等[1]早在2000年初就根據(jù)試驗研究提出了“三低一超”的特細(xì)砂混凝土配制原則。王圣堯[2]、姚汝方[3]在此基礎(chǔ)上加入適量的高效減水劑，又提出了“三低兩摻”的設(shè)計概念，即低砂率、低用水量、低水泥用量、摻高量粉煤灰和摻高效減水劑。本文針對某水利水電工程基于“兩摻技術(shù)”對特細(xì)砂混凝土進行配合比設(shè)計，通過試驗確定合適的比例將特細(xì)砂摻入人工砂取代中砂，配制出滿足工程技術(shù)要求的C25常態(tài)混凝土、泵送混凝土，以及C30自密實混凝土。

1 混凝土原材料選擇

1.1 水泥的選用

水泥的選取需要考慮水泥廠家的供應(yīng)量及質(zhì)量穩(wěn)定性，同時結(jié)合本工程混凝土方量大、月澆筑強度高等特點，以就近原則初步選定4種不同品牌的水泥進行檢測，最終依據(jù)試驗結(jié)果擇優(yōu)選取四川峨勝水泥集團股份有限公司生產(chǎn)的“峨勝牌”P·O42.5水泥。其檢測結(jié)果見表1。

表1 水泥品質(zhì)檢測結(jié)果

1.2 粉煤灰的選用

在特細(xì)砂混凝土中摻高量粉煤灰取代水泥(建議摻量為20%～40%，不宜超過50%[1])，利用粉煤灰水化熱小的特性能有效彌補特細(xì)砂混凝土單位耗灰量和用水量比中砂混凝土高的劣勢，改善混凝土和易性，增強其抵抗溫度變形的能力，同時高摻粉煤灰還對特細(xì)砂泵送混凝土的可泵性有正向影響。經(jīng)多次檢測試驗對比，最終采用瀘州地博粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的F類Ⅱ級粉煤灰。其檢測結(jié)果見表2。

表2 粉煤灰品質(zhì)檢測結(jié)果

1.3 骨料的選擇

由試驗可知，本工程料場區(qū)漂、卵石粗骨料成分主要為片巖、花崗巖、石英巖、石英正長巖等，其石質(zhì)堅硬、強度高，飽和抗壓強度一般為83.7～154.1MPa。天然砂礫石料除主要存在含泥量偏高和細(xì)度模數(shù)偏低以及有堿活性問題外，其他各項技術(shù)指標(biāo)基本滿足要求。骨料的堿活性問題會促使水泥、摻合料、外加劑等原材料中的堿性物質(zhì)與骨料中的活性成分發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)在凝結(jié)硬化過程中出現(xiàn)膨脹、開裂甚至破壞。針對以上問題工程中可通過摻合20%以上的粉煤灰來降低骨料的膨脹率，從而緩解和抑制混凝土的堿骨料反應(yīng)[4]。而本工程天然砂礫石料含泥量偏高的問題則可通過開采過程中對天然砂礫石料進行篩分、沖洗得以解決。

根據(jù)設(shè)計地勘資料顯示，本工程天然骨料中以40mm～80mm的大石居多，占比為33.5%(只需19.9%)，特大石及超經(jīng)石占比14%，其中超徑石占比5.2%，中石、小石、砂均不足。粗骨料品質(zhì)檢測結(jié)果見表3。

表3 粗骨料品質(zhì)檢測結(jié)果

本工程細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)在1.21～1.79之間，根據(jù)試驗對比選擇人工砂與天然砂摻配比例為65%:35%，摻配后所得混合砂細(xì)度模數(shù)為2.53，符合混凝土用砂Ⅱ區(qū)中砂要求。天然砂、人工砂品質(zhì)檢測結(jié)果見表4、表5。

表4 天然砂品質(zhì)檢測結(jié)果

表5 人工砂品質(zhì)檢測結(jié)果

1.4 外加劑的選擇

在特細(xì)砂混凝土中摻入高性能減水劑對混凝土的水膠比、和易性以及硬化后的強度、耐久性等有改善作用，建議摻量在0.5%～1.2%之間。但根據(jù)相關(guān)文獻[5]表明，當(dāng)減水劑摻量大于1%時不利于特細(xì)砂混凝土的泵送。本工程采用外加劑為四川宇砼建材有限公司生產(chǎn)的YT－122緩凝型聚羧酸高性能減水劑。其檢測結(jié)果見表6。

表6 YT－122緩凝型聚羧酸高性能減水劑性能檢測結(jié)果

2 特細(xì)砂混凝土的摻配設(shè)計

2.1 混凝土配制強度的確定

混凝土配置強度fcu，0＝fcu，k＋tσ，強度保證率為95%時，C25混凝土配制強度為31.6MPa，C30混凝土配制強度為37.4MPa。

2.2 骨料最佳級配選擇

本工程閘址區(qū)河段河床寬闊，河漫灘和Ⅰ級階地發(fā)育，第四系河流沖積層(Qal)廣布，天然砂礫石料源儲量豐富，有用儲量共為1928萬m3，滿足該工程所需砂礫石骨料儲量的要求。粗骨料最佳級配選取采用最大振實容重法，同時結(jié)合本工程骨料篩分的實際情況對二級配不同粒徑組合進行試驗，根據(jù)振實容重的試驗結(jié)果選擇各級配骨料最佳骨料級配比例為二級配(5～20)∶(20～40)＝40∶60，現(xiàn)場以進場骨料的實際檢測結(jié)果做相應(yīng)調(diào)整。

2.3 單位用水量與最優(yōu)砂率的確定

混凝土單位用水量對坍落度有直接影響。室內(nèi)常態(tài)混凝土試驗采用二級配混凝土、固定水膠比0.50、變換用水量的方法進行對其坍落度值測定，找出坍落度與用水量的變化關(guān)系，為混凝土坍落度調(diào)整和質(zhì)量控制提供依據(jù)。用水量與坍落度關(guān)系試驗結(jié)果表明，二級配混凝土坍落度每增減10mm，用水量相應(yīng)增減約2.5kg/m3。

混凝土砂率是否合適直接影響混凝土單位用水量的高低，以及拌合物和易性和硬化后的混凝土的各項性能。因此，必須通過試驗選出設(shè)定條件下混凝土和易性好、單位用水量最小時的砂率。本次試驗采用固定水膠比、用水量、變動砂率的方法，通過混凝土坍落度試驗插搗的難易程度、粘聚性、含砂、析水等比較，選出該坍落度范圍時相應(yīng)水膠比對應(yīng)的砂率，即最佳砂率?；炷磷罴焉奥试囼灲Y(jié)果表明:坍落度50mm～70mm范圍時，當(dāng)水膠比為0.50，二級配混凝土最佳砂率為32%；坍落度160mm～180mm范圍時，當(dāng)水膠比為0.50，二級配泵送混凝土最佳砂率為37%。

2.4 特細(xì)砂混凝土推薦配合比

室內(nèi)按照?水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程?(DL/T 5330－2015)、?水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)規(guī)范?(DL/T 5207－2005)、?水工混凝土試驗規(guī)程?(DL/T 5150－2017)進行混凝土配合比拌和物試驗。根據(jù)硬化混凝土試驗結(jié)果進行回歸分析，得出混凝土28d立方體抗壓強度與膠水比的關(guān)系，從而確定各混凝土設(shè)計強度的水膠比取值。最終依據(jù)以上參數(shù)綜合選定混凝土配合比單方用量見表7，混凝土性能試驗結(jié)果見表8。

表7 混凝土單方用量

表8 混凝土性能試驗結(jié)果

3 特細(xì)砂混凝土的施工

3.1 骨料及混凝土生產(chǎn)

本工程以航運為主，兼顧發(fā)電、防洪等綜合效益。左岸砂石骨料系統(tǒng)、混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)均布置于閘址上游800m處。其中，砂石骨料系統(tǒng)占地面積約6.6萬m2，主要承擔(dān)主體工程約146.53萬m3混凝土所需成品骨料的供應(yīng)；混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)占地面積約4.0萬m2，主要承擔(dān)樞紐擋水建筑物、泄水建筑物、發(fā)電廠房等工程的混凝土生產(chǎn)任務(wù)。本工程共需各級成品骨料及反濾料約310.46萬t，開采毛料約470萬t，折合天然砂卵石毛料約250萬m3。通過天然砂礫石骨料篩分試驗分析得出，特大石均需破碎，成品所需大石滿足生產(chǎn)需求且有富余，中石、小石、砂含量均不能滿足使用需求。

對此，砂石生產(chǎn)系統(tǒng)采取“篩分(含沖洗)＋兩段破碎”的工藝，不設(shè)粗碎車間，設(shè)中、細(xì)碎(生產(chǎn)粗砂)車間，通過破碎特大石和部分大石來彌補中石、小石、砂的不足。采用圓錐破和立軸破進行破碎的方式對天然砂礫料按照所需的級配要求進行平衡調(diào)整，通過天然砂和人工砂以35%:65%的比例在地弄膠帶機上摻配的方式解決細(xì)度模數(shù)偏低的問題。系統(tǒng)根據(jù)工程進度結(jié)合當(dāng)?shù)靥烊簧暗[石料的實際特點，在滿足混凝土高峰強度約11.1萬m3/月生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上，兼顧不同時段、不同混凝土品種澆筑引起的級配變化，具備為二級配供料的能力，即篩洗處理能力約950t/h，生產(chǎn)能力約750t/h。

3.2 特細(xì)砂混凝土溫控措施

本工程溫控重點是高溫和次高溫季節(jié)特細(xì)砂混凝土的澆筑，主要采取的溫控措施為骨料預(yù)冷和混凝土埋設(shè)水管通水冷卻。骨料預(yù)冷是在混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的骨料料倉內(nèi)分別設(shè)置風(fēng)冷設(shè)備，包括砂倉、中石倉、小石倉和大石倉。系統(tǒng)生產(chǎn)時，在其中經(jīng)過一段時間的冷風(fēng)降溫之后的骨料經(jīng)膠帶機運輸至拌和樓頂部的骨料倉分別堆存使用，同時拌合樓上的冷風(fēng)機對粗骨料再次風(fēng)冷保溫。地面一次風(fēng)冷料倉及拌和樓上二次風(fēng)冷由制冷車間提供冷源。制冷車間同時為拌和樓生產(chǎn)提供2℃拌合冷水?；炷脸鰴C口溫度控制在16℃，采用“骨料進行一、二次風(fēng)冷＋采用冷水拌和”的方式，以此降低混凝土的出機口溫度。

混凝土埋設(shè)的通水冷卻水管采用HDPE管(直徑32mm)，根據(jù)本工程的現(xiàn)場條件，在高溫季節(jié)通15℃冷卻水，次高溫季節(jié)通河水。冷卻水管間距1.5m×1.5m，管中水的流速控制在0.6m/s左右，每天改變一次水流方向，通水時間一般在20d左右，可根據(jù)埋設(shè)監(jiān)測儀器測得的溫度資料對通水參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整。混凝土降溫速度每天不大于1℃，冷卻水管進口水溫與混凝土最高溫度之差不超過20℃。此外，“兩摻技術(shù)”也有效控制了混凝土溫度變形及裂縫的產(chǎn)生，即混凝土配合比摻高量粉煤灰、摻高效減水劑，可降低水泥用量、降低水化熱溫升。

3.3 特細(xì)砂混凝土施工

本工程C25常態(tài)特細(xì)砂混凝土主要用于泄水建筑物的閘底板、發(fā)電廠房的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等部位，由6m3攪拌罐車運送混凝土至各工作面，由自行式布料機、M900建筑塔機、泵送混凝土或溜槽方式入倉，并通過人工振搗密實。C30自密實混凝土主要用于機組尾水管、管形座二期等部位，采用9m3混凝土罐車運輸，泵送方式入倉。運輸前車內(nèi)應(yīng)保持干凈不得有積水，卸料前攪拌運輸車應(yīng)保證高速1min以上。自密實混凝土一次澆筑的厚度為2m，澆筑點應(yīng)均勻布置于整個倉面，間距不得超過3m；澆筑過程應(yīng)做到單項順序、不可往復(fù)澆筑。澆筑完成后若表面塊石較少，可利用篩子選取小石塊拋入倉面進行平倉。除表面自密實混凝土外，澆筑頂面均應(yīng)有塊石棱角，且高度應(yīng)高于自密實混凝土表面5cm～20cm[6]，以便新老混凝土的粘結(jié)?；炷翝仓瓿?h～18h內(nèi)開始進行灑水養(yǎng)護，混凝土養(yǎng)護時間不宜少于28d。

4 結(jié)語

我國長江中下游流域特細(xì)砂儲量豐富，對于混凝土工程量巨大的水利水電工程利用特細(xì)砂摻入人工砂調(diào)整細(xì)度模數(shù)，既能滿足水工混凝土中砂技術(shù)要求又能有效控制工程成本。本工程結(jié)合“兩摻技術(shù)”摻高量粉煤灰(25%～30%)、摻高效減水劑(1%～1.2%)優(yōu)化了混凝土的性能，結(jié)合骨料預(yù)冷、通水冷卻等溫控措施防止了混凝土溫度變形及收縮開裂，在常態(tài)混凝土、泵送混凝土、自密實混凝土施工中應(yīng)用效果良好。