SK系列混凝土外加劑在飲用水源工程中的應(yīng)用
2006-08-01 00:00
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關(guān)鍵詞： 抗裂性； 耐久性； 引氣劑； 防凍劑； 泵送劑
天津市為迅速解決城市生活、工業(yè)和港口用水的嚴(yán)重匱乏，1981～1983年完成了引灤入津輸水工程。這是一項(xiàng)大型的跨流域長(zhǎng)距離調(diào)水工程，工程建設(shè)時(shí)期，受資金和時(shí)間限制，采取了“先通后暢，逐步完善”的方針，因此在以后的運(yùn)行中逐漸出現(xiàn)了一些比較嚴(yán)重的問(wèn)題，導(dǎo)致了引灤輸水水質(zhì)逐年下降。天津市飲用水源保護(hù)工程針對(duì)主要污染源加以治理，以保證城市供水質(zhì)量。該工程包括于橋水庫(kù)水源保護(hù)、州河輸水段新建暗渠、現(xiàn)有明渠襯砌治理三項(xiàng)工程。其中州河段新建輸水暗渠工程，暗渠總長(zhǎng)34．17km，斷面為3孔4．3 m×4．3 m 鋼筋混凝土箱，涵長(zhǎng)33．37 km，混凝土總量為116．42萬(wàn)m3。
中國(guó)水利水電科學(xué)研究院為該工程進(jìn)行了新建長(zhǎng)距離輸水暗渠混凝土原材料優(yōu)選、配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)及混凝土性能試驗(yàn)研究。
1 工程原材料及施工配合比
混凝土配合比優(yōu)化應(yīng)在滿足工程設(shè)計(jì)和施工要求的強(qiáng)度、容重、抗裂性、耐久性及和易性的條件下，提高混凝土質(zhì)量，降低工程造價(jià)。新建暗渠混凝土主要以C20泵送混凝土為主。工程要求混凝土技術(shù)指標(biāo)為C20、F150、W6，混凝土強(qiáng)度保證率為95%，入倉(cāng)混凝土坍落度控制在14～18 cm。
工程用水泥主要為天津振興水泥廠的425#低堿普通硅酸鹽水泥，總堿含量0．41% ，ω（MgO）=4．16% ，ω（SO3）=2．48% 。3 d、7 d水化熱分別為244 kJ／kg和272 kJ／kg。粉煤灰為陡河電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰，ω（總堿）=0．54 %，ω（SO3）=o．22 ，燒失量為1．72% ，需水量比96 %，細(xì)度為12% 。外加劑為中國(guó)水科院（北京中水科海利工程技術(shù)有限公司）專為天津供水項(xiàng)目生產(chǎn)的SK 復(fù)合泵送劑，液態(tài)，摻量1．8 %／5～2．0 %。骨料采用天然河砂和石灰?guī)r人工碎石。河砂細(xì)度模數(shù)2．58，碎石為二級(jí)配：5～20 mm和20～ 40 mm。
根據(jù)原材料性能檢測(cè)和幾十組混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，推薦施工用C20泵送混凝土配合比見(jiàn)表1。表中砂、石料重量均以飽和面干狀態(tài)為準(zhǔn)。中、小石比例50：50。
 2 泵送混凝土的性能
2．1 混凝土力學(xué)及變形性能
混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由于新建暗渠混凝土澆筑時(shí)間在至12月份，此時(shí)天津地區(qū)最低氣溫達(dá)-15℃。因此，在SK泵送劑中復(fù)合了防凍組分，該組分不含氯鹽、尿素、氨等受限成份，可明顯降低混凝土中水溶液的冰點(diǎn)，使混凝土的水化作用在負(fù)溫環(huán)境中正常進(jìn)行。根據(jù)《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行了負(fù)溫強(qiáng)度試驗(yàn)室試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。可見(jiàn)，摻入防凍組分后，極大地消弱了凍害對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞作用。實(shí)際施工中，即使環(huán)境最低氣溫在-15℃左右，也不會(huì)像在冷凍機(jī)中那樣保持恒定的-15℃惡劣條件，且現(xiàn)場(chǎng)混凝土體積遠(yuǎn)較試塊為大，因此在實(shí)際施工中抗壓強(qiáng)度比都能達(dá)到和超過(guò)試驗(yàn)值。另外，試驗(yàn)表明預(yù)養(yǎng)時(shí)間對(duì)受凍混凝土強(qiáng)度影響很大。因此，不可忽視混凝土初期養(yǎng)護(hù)及保溫措施的重要意義，要使混凝土的初期養(yǎng)護(hù)階段在可能條件下盡量延長(zhǎng)。以有利于混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)?；炷翝仓?，應(yīng)加以適當(dāng)覆蓋保護(hù)，如遇寒流，應(yīng)加以保溫。
混凝土體積變形試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由于采用二級(jí)配混凝土，膠凝材料用量只有300 kg／m3左右，因此混凝土的干縮值較低，干縮45天齡期后趨于平緩。由于工程采用水泥中MgO 含量4．1 6%，因此混凝土的自生體積變形均為微膨脹型，這可以補(bǔ)償混凝土因干縮和溫降而產(chǎn)生的收縮變形，對(duì)提高混凝土抗裂性是有利的。
 2．2 混凝土的耐久性
經(jīng)試驗(yàn)，混凝土28 d齡期抗?jié)B標(biāo)號(hào)大于W6，滲水高度均小于6．0 cm?；炷量箖鋈?50次以后（含氣量5．0% ），混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量為97．1 %，抗凍性能優(yōu)良。在含氣量等其它條件基本相同的情況下，混凝土的抗凍融耐久性主要取決于氣泡性能。硬化混凝土的氣泡間距系數(shù)、氣泡比表面積、氣泡直徑和單位體積氣泡個(gè)數(shù)與混凝土的抗凍性有著較好的相關(guān)性，氣泡間距系數(shù)大于一定數(shù)值后，混凝土的抗凍性能將明顯地下降。為提高混凝土的抗凍性，SK復(fù)合泵送劑中摻入了中國(guó)水科院最新研發(fā)的高性能引氣劑，硬化混凝土中的氣泡平均半徑只有70．8 µm，氣泡間距系數(shù)l33µm，硬化混凝土含氣量達(dá)3．6% ，氣泡性能測(cè)試參數(shù)優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)水平（見(jiàn)表5）。含氣量3．2%時(shí)，混凝土的抗凍融性即可達(dá)到600次（見(jiàn)表6）。可見(jiàn)SK 復(fù)合泵送劑對(duì)提高混凝土抗凍性效果顯著。
  碳化試驗(yàn)是按照GBJ82-85碳化試驗(yàn)的要求進(jìn)行的。v （CO 2）一20% ，介質(zhì)溫度（20±5）℃，介質(zhì)濕度（70±5）% 。摻25 %的粉煤灰，0．50水灰比時(shí)，混凝土3 d、7 d、l 4 d、28 d碳化深度分別為1．05 mm、5．10mm、8．85mm、15．05mm。
氯鹽對(duì)鋼筋銹蝕作用是影響鋼筋混凝土耐久性的一個(gè)重要問(wèn)題。若混凝土中存在可溶性氯鹽，在水和空氣中O2的氧化作用下，會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。外加劑是帶人混凝土中氯鹽的主要途經(jīng)之一。SK 復(fù)合泵送劑中氯離子含量極少，新拌砂漿法陽(yáng)極極化試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7及圖1，混凝土不會(huì)發(fā)生鋼筋銹蝕。
  2．3 混凝土的熱學(xué)性能
混凝土的絕熱溫升-歷時(shí)測(cè)定結(jié)果列于表8，溫升過(guò)程曲線見(jiàn)圖2。采用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，得出混凝土的最終絕熱溫升值為35．1℃。對(duì)雙曲線方程和指數(shù)方程兩種線形進(jìn)行優(yōu)選，結(jié)果以雙曲線方程為最優(yōu)?；炷恋慕^熱溫升-歷時(shí)最優(yōu)擬合表達(dá)式為
T=35．1t／（0．723+ t）
式中，T為混凝土的絕熱溫升（℃）；t為從加水時(shí)間起的歷時(shí)（d，f> 1），相關(guān)系數(shù)R=0．998，置信度為95% 時(shí)的誤差在+1．1℃內(nèi)。
  3 SK 復(fù)合泵送劑在新建暗渠中的應(yīng)用情況
北京中水科海利工程技術(shù)有限公司在混凝土配合比及性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將多種不同作用的組分復(fù)合到泵送劑中，簡(jiǎn)化了拌合操作程序，保證了混凝土拌合質(zhì)量。采用SK復(fù)合泵送劑，混凝土的坍落度損失很小。從拌合站到施工地點(diǎn)的運(yùn)距最短10 km，最長(zhǎng)40 km?；炷脸鰴C(jī)坍落度一般控制在16～18cm，通過(guò)在澆筑地點(diǎn)的多次抽檢，混凝土坍落度均在14 cm 以上，坍落度損失很小。SK 復(fù)合泵送劑拌制的混凝土粘聚性也很好，雖然坍落度較大，但混凝土沒(méi)有出現(xiàn)離析現(xiàn)象，極大地提高了施工進(jìn)度。以前采用其它品種的復(fù)合泵送劑時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)因混凝土離析而造成的堵泵現(xiàn)象，對(duì)于施工進(jìn)度有很大的影響。SK 復(fù)合泵送劑還較好地解決了泌水問(wèn)題。另外，公司在施工現(xiàn)場(chǎng)常駐一名高級(jí)工程技術(shù)人員，隨時(shí)解決出現(xiàn)的各種技術(shù)問(wèn)題，保證了混凝土的質(zhì)量，從而保證了工程的質(zhì)量。 |
| 原作者： 馬鋒玲 高俊林 陸 平 |
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