高流態(tài)混凝土在三峽工程中的應用
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1 工程概況 由青云公司中標承建的三峽二期工程左岸廠·房壩段ⅡA標段，包括左岸非溢流壩段12#～18#壩段和左岸廠房壩段1#～10#壩段(含左安壩段)，沿壩軸線方向長561.3m，標內(nèi)最大壩高150m，最大壩底寬度128m。主體工程主要工程量：混凝土300.6萬m3/，鋼筋制安5.4萬t，機電金結安裝3.4萬t，固結和帷幕灌漿7.28萬m，排水孔3.36萬m。主體工程于1997年11月開工，至2004年3月完工，總工期6年4個月。計劃年澆筑強度：1999年78萬m3，2000年110萬 m3，2001年52萬m3，2002年22萬m3，2003年5.3萬m3。 公司承擔的電站引水壓力鋼管道布置在左廠1#～10#鋼管壩段，順流向劃分為進水口及漸變段、壩內(nèi)上斜直段、上彎段、斜直段、下彎段、下平段和廠內(nèi)明管段。其中壩內(nèi)上斜直段至下平段按鋼筋混凝土與鋼板聯(lián)合受力結構設計，鋼管自徑為12.4m，每條鋼管外包混凝土厚度2m，混凝土工程量約為2.04萬m3。壩內(nèi)上斜直段、上彎段、下彎段及下平段鋼管底部相對平緩，周圈鋼筋多為3～4層，鋼筋量大且密集，按常規(guī)混凝土施工，難度很大，鋼管底部振搗困難，不易填充，很容易出現(xiàn)“脫空”現(xiàn)象。為解決這一問題，公司在充分試驗和論證的基礎上，將高流態(tài)混凝土用于該部位，并取得了比較滿意的效果，為高流態(tài)混凝土在水利工程上的應用積累了一些經(jīng)驗。 2 高流態(tài)混凝土工作特性 高流態(tài)混凝土的一個顯著特點是不用振搗而能自密實。它是70年代初期由西德發(fā)明并首先用之于工程的流態(tài)混凝土(自密實混凝土)發(fā)展而來的。這種混凝土在日本得到極其迅速的發(fā)展，我國也有部分工程使用。它是通過外加劑、膠結材料和粗細骨料的選擇和配合比的設計，使混凝土拌和物屈服值減小且又具有足夠的塑性粘度，粗細骨料能懸浮于水泥漿體中不離析、不泌水，在不用或基本不用振搗的成型條件下，能充分填充模板和鋼筋空隙，形成密實、均勻的混凝土結構。有人用相同的水量拌和的常規(guī)混凝土和高流態(tài)混凝土在硬化后進行真空脫水實驗，后者的脫水量不多。高流態(tài)混凝土的塌落度能達到250～270mm，擴展度達550～700mm。 3 高流態(tài)混凝土試驗 試驗由青云公司試驗室與日本前田株式會社合作完成，按照《水工混凝土試驗規(guī)程》(SDl05 82)和日本《土木學會高流態(tài)混凝土施工指南》(JISA 1101)進行，目的是研究解決壓力鋼管周圍和底部填充的配合比參數(shù)，并為其它類似工程提供經(jīng)驗。試驗選擇摻入粉體類外加劑和水深性纖維素醚增粘劑兩類別配比進行研究選定。最終選擇摻人粉煤體類外加劑進行了現(xiàn)場試用。 3.1 設計技術要求 表1 高流態(tài)混凝土設計指標 3.2 試驗材料 本試驗所采用的原材料為三峽工程施工所用，均滿足中國長江三峽工程標準(TGPS)對各類原材料的要求。 水泥：采用葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的525#中熱硅酸鹽水泥。 粉煤灰：摻用安徽平圩工級粉煤灰，摻量20％～30％。 骨料：細骨料采用下岸溪人工砂，其母巖為下岸溪雞公嶺礦山的斑狀花崗巖，粗晶粒鑲嵌結構，主要礦物成分為：石英、斜長石、白方石及磁鐵礦等，三種混合成品砂，其中石屑為粗砂，巴馬克機生產(chǎn)偏中砂，棒磨機生產(chǎn)細砂，在系統(tǒng)生產(chǎn)時，三種砂同時生產(chǎn)，調(diào)節(jié)搭配成人工砂。粗骨料采用基礎開挖的微新和新鮮內(nèi)云斜長花崗巖，礦物成份主要是長石、黑云母和少量角閃石和綠云母。骨料級配己選擇：按照不同比例配合測定其緊密密度，從中選出密度大，空隙率較小的骨料級配為最優(yōu)級配。根據(jù)級配選擇試驗和施工現(xiàn)場情況，骨料級配選定為二級配，中石：小石＝60：40。 外加劑：采用浙江龍游外加劑廠生產(chǎn)的ZB一1A，洞北石家莊外加劑廠生產(chǎn)的DH9，上海麥斯特公司生產(chǎn)的SP一8N和303A，日本信越化工廠生產(chǎn)的增粘劑SFCA2000等。這些外加劑均符合中國長江三峽工程標準《混凝土外加劑技術要收稿日期：200l一11作者簡介：劉金山，青云公司質(zhì)量部主任，高級工程師求及性能指標》(TGPSOS一1998)。 3.3、試驗過程 混凝土拌和按照《水工混凝土試驗規(guī)程》(SDl05 82)第4.0.1條〔401一80)“混凝土拌和物室內(nèi)拌和方法”進行?；炷吓浜媳?.37～0.45，骨料級配為二級配，粉煤灰摻量20%～30％。拌和物和易性檢測，設計擴散度為60±5cm，即拌和物自行流動后的兩個相垂直的直徑作為混凝土的擴散度，分別在混凝土流出后5mm、30min、60mln進行測量。自流填充模擬試驗采用尺寸為長X寬X高＝75cmX60cmX15Cm的 端開口的方形槽，在槽的上方覆蓋一帶有通氣孔的鋼板，并在方形槽開口端搭接一略高于方形槽高度的灌注口。通過模擬試驗發(fā)現(xiàn)混凝土通過自流，完全充滿了方形槽，骨料分布均勻，無骨料分離現(xiàn)象。 3.4 試驗結果分析 混凝土配合比加入不同摻量的粉體類外加劑ZB一1A、SP 8N。均選用外加劑。ZB一1A與DH9聯(lián)摻；SP一8N與引氣劑303A聯(lián)摻。 摻ZB lA外加劑混凝土試驗：ZB一1A摻量為0.8％，DH9摻量為0.005％，塌落度、含氣量均滿足要求。 摻入水溶性纖維素醚增粘劑試驗：摻入一定量增粘劑后，混凝土粘聚性增加，基本無泌水，SP一8N摻量為1.45％，單位用水量177kg/m3，流動性、含氣量均滿足要求。 為檢驗高流態(tài)混凝土能否滿足設計力學強度指標、抗壓彈性模量和極限拉伸值、抗凍和抗?jié)B等耐久性和變形性能，進行廠28天齡期的試驗。從試驗結果看，各項指標均滿足設計要求。 最后試驗選定使用的配合比見表2。 高流態(tài)混凝土加入高緩凝減水劑和引氣劑，隨著摻量增加，含氣量增加，氣泡增多在混凝土中起到一定的潤滑作用，增大流動性，同時對抗凍有利，但含氣量過大，混凝土強度降低較多，所以含氣量應控制在7.5％～8.5％為好。其次，摻入一定量的增粘劑，對高流態(tài)混凝土粘聚性有利，減少因流動性大而容易產(chǎn)生的骨料分離及離析作用，滿足其和易性要求； 摻入粉煤灰對高流態(tài)混凝土流動性影響很大，高質(zhì)量的粉煤灰可代替部分細砂，并對水泥顆粒有分散作用，起到增加和易性、流動性的良好效果。 4 高流態(tài)混凝土在三峽工程中的應用 高流態(tài)混凝土具有高流動性，良好的抗材料分離性、間隙通過性和抗堵塞性等，針對這些特性，高流態(tài)混凝土主要被應用于管道底部、孔口周圍、鋼筋比較密集不易振搗的部位。本工程主要應用于左廠1#一10#壩段鋼管壩內(nèi)斜直段至下平段鋼管底部，共需澆筑高流態(tài)混凝土約3.2萬m3，目前共澆筑完成高流態(tài)混凝土約1.2萬m3，對施工完的部位采取敲擊法進行檢查，結果表明，鋼管底部充填密實性好，脫空面積小、部位少，脫空程度較常規(guī)采用高陷度?混凝土有明顯改觀，施工質(zhì)量得到保證。 高流態(tài)混凝土的質(zhì)量對原材料的受動很敏感，從拌和、運輸、入倉、澆筑等各個環(huán)節(jié)都要求嚴格控制，因此對現(xiàn)場施工人員的要求不高，而對技術管理人員的要求較高，混凝土攪拌必須均勻，否則會產(chǎn)生離析，投料順序最好是先攪拌砂漿，最后投入骨料。 根據(jù)現(xiàn)已施工完的高流態(tài)混凝土情況看，主要采用鄭州產(chǎn)4X3m3自落式拌合樓拌合，6m3自卸車運輸，門機或纜機吊6m3罐入倉。在澆筑鋼管壩內(nèi)斜直段底部時也采用了頂帶機通過皮帶流簡直接入倉，效果良好。 在澆筑過程中考慮到高流態(tài)混凝土易流動，澆筑時首先用常規(guī)混凝土澆筑鋼管兩側，在鋼管底部8m范圍內(nèi)形成“U”形槽，其次，盡可能采用常規(guī)級配混凝土充填，縮小預留槽體積，減小高流態(tài)混凝土的用量。最后，采用高流態(tài)混凝土從一側下料回填，待鋼管底部充填密實后，從兩側下料填平收倉，澆筑過程中盡量降低下料口的高度，避免骨料分離。高流態(tài)混凝土雖然屬門流密實混凝土，但澆筑時為保證施工質(zhì)量要求在能振搗的情況下盡量振搗。 5 高流態(tài)混凝土配合比優(yōu)化 高流態(tài)混凝土通過現(xiàn)場實際應用，現(xiàn)在使用的配合比已基本能夠滿足要求，但是施工過程中有粗骨料與砂漿分離的現(xiàn)象，針對這一情況，公司試驗室對這一配合比進行了進一步優(yōu)化。試驗材料選擇過程與前述相同，外加劑方面增加了增粘劑，減水劑采用了南京水科院生產(chǎn)的JM一Ⅱ泵送劑。 從試驗結果看，粗骨料采用小石：中石＝60：40，減水劑摻量采用0.75％時混凝土拌和物流動性較好，增粘劑的使用更有效緩解了泌水較大和骨料分離的現(xiàn)象。JM一Ⅱ同ZB lA相比較，JM一Ⅱ與DH9的相溶性差，因此引氣劑DH9的摻量相對高，具體控制含氣量應達到設計含氣量為準，從總體講，摻用增粘劑和骨料級配、砂率的調(diào)整，使現(xiàn)存的骨料分離問題得到了解決。采用優(yōu)化配合比預計澆筑高流態(tài)混凝土約2萬m3，具體數(shù)據(jù)見表3。
6 幾點體會 (1)高流態(tài)混凝土用于澆筑引水壓力鋼管底部是成功的。其施工性能優(yōu)異，可大大加快施工速度，減少勞動強度，可以避免因振搗不足而引起原混凝土質(zhì)量問題，保證了混凝土施工質(zhì)量。 (2)高流態(tài)混凝土從試驗到現(xiàn)場使用情況看，配合比參數(shù)基本合理，滿足設計指標要求，通過進步的優(yōu)化配合比，使高流態(tài)混凝土的性能更好。 (3)高流態(tài)混凝土每方水泥用量都在300kg以上，因此，在有溫控要求的結構部位，應采取有效的溫控措施，控制好混凝土的出機口溫度、入倉溫度和澆筑溫度，并且加強混凝土冷卻及養(yǎng)護。 (4)高流態(tài)混凝土在現(xiàn)場施工中要嚴格管理，控制過程要準，澆筑時要認真細致，注意高流態(tài)混凝土的流動范圍，注意骨料分離狀況。 (5)高流態(tài)混凝土在三峽工程的試驗及現(xiàn)場應用的成功，可使水利工程復雜結構施工水平和質(zhì)量上一個臺階。特別是應用于鋼管道底部，孔洞周邊、預制結構、地下工程結構復雜、鋼筋密集的隧洞，斜井、豎井等。同時，也為該技術的推廣和應用展示了廣闊的前景。 (6)高流態(tài)混凝土在鋼管底部及其它鋼筋密集的部位已普及使用，得到了業(yè)主、設計和監(jiān)理單位的認可，在今后的施工中，我們將從現(xiàn)場管理方面總結經(jīng)驗，不斷優(yōu)化。 |
| 原作者： 劉金山 孫建明 |
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