硅粉混凝土在昌马水库泄洪排沙洞的应用
左 绍 飞
(中国水利水电第五工程局,四川广元, 735211)
杜 桂 兰
(西北勘测设计研究院,西安, 710001)
关键词 硅粉混凝土 混凝土配合比 坍落度 抗冲磨强度 底拱滑模 昌马水库
摘 要 硅粉混凝土在昌马水库泄洪排沙洞的施工应用中已取得了明显效益。由硅粉混凝土配合比试验优选、拌制、坍落度调整等,分析总结出了适应底拱滑模、泵送混凝土入仓等施工方法,并进行有效的混凝土养护,使其硅粉掺量和水泥用量低于国内同类工程的用量标准,其抗冲磨强度、抗压强度及抗冻抗渗在已浇筑的硅粉混凝土取样检测结果中均超过设计指标;良好的和易性、均匀性既方便施工又加快了混凝土浇筑进度。在已浇筑的18个仓段检查混凝土外观平整无缺陷,表面均未出现裂缝或龟裂,这在现有的混凝土工程实例中实属罕见,应用效果显著。
昌马水库右岸泄洪排沙洞(以下简称“排沙洞”)施工期兼作导流洞,由导流流量确定其洞径为8 m,运行期兼作肩负水库的输沙和泄洪任务的有压隧洞。最大泄流量1 014 m³/s,洞内最大流速20m/s,隧洞出口最大流速24.2 m/s;每年7月份为空库排沙运行期,要求洞内明流最大控制排沙流量为450 m³/s,实测年最大输沙量880万t (1972年),汛期7、8月来沙量占全年的82%,多年平均含沙量为3.46 kg/m³;实测最大断面平均含沙量为99.3 kg/m³。
排沙洞在工作弧门前的总长度为400 m (其中进口段明拱为100 m),在工作弧门后有72.5 m的扩散段;检修门位于工作门前231 m处。检修门以前为城门洞型断面,检修门至工作门之间为圆形断面,洞径8 m、衬砌厚度0.6 m,接近工作门的30m段衬砌厚度为1 m。
1 硅粉混凝土设计要求
设计要求在城门洞型断面底板表面以上1 m、过水断面的边墙底板衬砌厚度范围内,及转弯段圆形断面下半圆内表面30 cm厚衬砌全部采用C50硅粉混凝土;直线段圆形断面内圆心角90°的底拱内表面10 cm衬砌采用C50铁钢砂混凝土;出口段底板、边墙在1 948.5 m以下内表面30 cm衬砌为C50硅粉混凝土,其余衬砌断面均为C20普通混凝土。
由于在厚度仅0.6 m薄型衬砌断面内浇筑两种混凝土,即C20、C50普通混凝土、硅粉混凝土或铁钢砂混凝土,很难保证高强混凝土的衬砌断面和成型。
况且衬砌较薄,钢筋很密,要将两种混凝土分期浇筑也不现实。为保证高强混凝土施工质量,减少施工难度,修改了混凝土衬砌种类,在有混凝土衬砌部位的两种混凝土均改为高强混凝土衬砌。经设计同意,取消铁钢砂混凝土,改为硅粉混凝土衬砌。硅粉混凝土设计指标为C50、W6、抗冲磨强度>1.3 h/ (kg.m²),出口段硅粉混凝土增加抗冻要求为D250。
2 硅粉混凝土的试验研究
2.1 原材料的鉴定和分析
胶凝材料水泥选用525号普通硅酸盐水泥,由甘肃永登水泥厂生产,初凝时间2 h30 min,终凝时间3 h40 min。抽样检测结果符合国标。硅粉选用NO98硅粉-46, Si含量88.6%,实物含量2%,由兰州西北铁合金厂出品。
外加剂试验选用山西生产的高效减水剂RT-B和高效缓凝泵送剂UNF-3C;引气剂系水电五局生产,混凝土养护剂HE-5为山西生产。
混凝土粗骨料(卵石)测试指标和混凝土细骨料河砂测试指标见表1、2。
2.2 硅粉混凝土试验及试拌
(1)为满足硅粉混凝土设计强度保证率90%,经计算分析,配合比试验保证强度应为62 MPa。为满足硅粉混凝土施工的和易性、流动性及混凝土运送过程时间长等条件,室内试验坍落度增大至12~16 cm。配合比试验参数的选定范围为:水胶比分为0.28、0.30、0.32、0.35四级;用水量为110~130kg;砂率分为32%、30%、28%、26%四级;含气量按以往工程经验对二级配混凝土抗冻D250时,含气量控制在5%~6%为宜,则引气剂掺量为胶凝材料重量的0.006%;高效减水剂掺量为胶凝材料重量的0.7%~1.2%。根据选定的配合比参数范围,进行了23组混凝土试拌、调整和试验研究,试验结果见表3。最终优选出Si-21、Si-22应用在昌马工程硅粉混凝土施工中。
(2)两组配合比成果表明:水泥用量337 kg、348 kg,硅粉掺量8%是国内同类工程水泥、硅粉用量最低的工程,并能满足抗压强度、抗冲磨强度、抗渗和抗冻等设计指标。减水剂有缓凝作用,为此分别加入RT-B及UNF-3C减水剂进行了试验,试验结果表明, RT-B虽然有缓凝和降低水胶比的作用,但掺加RT-B的混凝土坍落度1 h损失50%,混凝土由出机口至浇筑仓面时间需要1~3 h,因此不能满足施工需要。UNF-3C高效缓凝泵送剂具有良好的缓凝减水效果,坍落度试验f=18.6 cm, 1h后损失仅1.6 cm。对硅粉掺拌方式也作了大量试验,硅粉干掺拌和试验表明坍落度损失较快,将硅粉拌制成30%浓度的硅粉浆后,浸泡2 d再拌制混凝土,其坍落度损失小,为此将选用的两组配合比干掺硅粉改为湿掺。UNF-3C高效缓凝泵送剂及五局生产的引气剂应用于排沙洞工程硅粉混凝土施工获得了显著效果。
3 施工质量控制及重点控制的质量问题拌和系统距排沙洞浇筑场地约3 km,混凝土罐车运行约10~15 min,洞身底拱硅粉混凝土浇筑采用无轨滑模台车、混凝土泵输送混凝土入仓的施工工艺,对入仓混凝土坍落度要求甚严。由于滑模速度不能过快,混凝土罐车运行时间较长,泵管拆装的等待时间长等综合因素影响,要求硅粉混凝土入仓前的坍落度损失降低到最小值。同时要求仓面的硅粉混凝土有较好的和易性及均匀性。因对硅粉混凝土适应于滑模施工的性能和特点尚不了解,选择一块试验场地进行试拌浇筑,减水剂用RT-B。从机口出料进入混凝土罐车,运至浇筑场地,再用吊罐入仓,先后经过30 min,f=14.3 cm,至入仓测得f=11 cm,入仓后硅粉混凝土振捣不开,振捣器插入混凝土中,在其周边的混凝土原封不动,出现一种假凝现象;修正坍落度,改用UNF-3C高效缓凝泵送剂,硅粉干掺改为湿掺,其和易性、均匀性、坍落度均有显著改善。可见硅粉混凝土对坍落度要求严格。为了使泵输送混凝土不卡管,试拌初期选用入仓坍落度为f=15~16 cm的混凝土,入仓后在底拱滑模两侧塌滑,不能形成两侧边拱,并且浇筑速度缓慢。经过分析,调整入仓坍落度为f=13~14 cm时是最佳状态。改进后的混凝土入仓可以形成“小山”,振捣后能形成45°坡面,使其边拱成型并具备滑模滑动条件,容易振捣并能保证混凝土的密实性。
在施工过程中,泵输送混凝土经常卡管,经检查发现中石比例偏多,改变小石与中石为同比例拌制硅粉混凝土,则可以避免经常卡管。用泵输送混凝土时要求停泵时间不能过长,须每隔10 min混凝土泵运转一次,以免堵管。运输硅粉混凝土的罐车间隔1~2 h应冲洗一次,避免硅粉混凝土粘附在罐壁上。由于硅粉混凝土粘性大,易附着和假凝等特点,故罐车、泵、管在混凝土浇筑完毕后必须清洗干净。
3.1 拌和料的投放程序
拌和料的投放程序为:砂→小石→外加剂→中石→水泥→硅粉浆。加水后的混合液拌和2 min;成品混凝土到达出机口后应立即检测坍落度,调整坍落度至最佳状态。
3.2 圆形断面底拱滑模
泵管从滑模两侧入仓,由台车尾部向前进方向推进形成2 m平台,再从台车前沿浇筑混凝土长1m左右的水平段,略高出底拱滑模(均已振捣完毕),台车开始滑动,一般滑动距离为0.5~1 m左右。由于硅粉混凝土有粘着和假凝现象,故当硅粉混凝土形成滑动面时要及时滑动,即使不能进行正常滑动时亦应间隔30 min左右使滑模微滑一次,以免硅粉混凝土凝结附着于模板表面或脱模后破坏混凝土表面。实际施工表明,底拱混凝土入仓控制在f=13~14 cm时较易平仓、振捣和形成滑动面,滑行速度快并且滑过的混凝土表面比较平整光滑,但亦应及时压面抹光,修正符合设计要求的表面平整度。
3.3 混凝土养护
硅粉混凝土养护是最后一道关键工序,也是保证混凝土表面不龟裂的重要措施。混凝土终凝后(混凝土表面硬结),在表面喷洒HE-5混凝土养护剂,再在上面覆盖塑料薄膜养护15 d,就能获得表面完好无龟裂的混凝土。
4 影响硅粉混凝土施工质量的综合因素从已浇筑的18个仓段硅粉混凝土取样试验结果(见表4)评价,硅粉混凝土均超强,两组试件的抗冲磨强度分别为1.708 h/ (kg.m²)、1.720h/ (kg.m²)。
为保证硅粉混凝土各项指标达到设计要求,优选配合比及施工措施是关键;硅粉混凝土掺量和水泥用量是硅粉混凝土配合比的控制指标。硅粉掺量和水泥用量在一定数量的前提下与抗冲磨强度成正比,与抗压强度不一定成正比,其硅粉用量大,混凝土表面容易产生裂缝或龟裂;硅粉掺量8%是比较理想的控制值,既能满足抗冲磨强度1.3h/ (kg.m²),亦能满足所有设计指标。水泥用量是硅粉混凝土控制的第二个指标,在同等能满足C50抗压强度条件下,水泥用量愈低愈不容易产生龟裂,在已浇筑的18个仓段,硅粉混凝土表面完好无损,没有龟裂或裂缝,其水泥、硅粉与国内同类工程相比用量最低。这证明所选择的配合比是经济合理的。高效减水剂是控制硅粉混凝土和易性、流动性的外加剂,其性能的好坏直接影响施工质量,UNF-3C高效缓凝泵送剂是一种性能良好的外加剂,在水泥用量最低条件下掺入能拌制出和易性良好的硅粉混凝土,混凝土运输过程中坍落度损失最小,为施工提供了便利条件。影响混凝土施工的因素颇多,除合理优选混凝土配合比外,硅粉投入方式,施工组织严密及混凝土养护都不容忽视。硅粉湿掺法将硅粉拌制成30%浓度的硅粉浆,最后与水一次投入拌和机中的效果最好,不需要延长拌和时间,能够拌制出均匀性和和易性良好的混凝土。喷洒混凝土养护剂也是防止硅粉混凝土表面产生龟裂的重要措施。
试验配合比研究是在中国水利水电第五工程局吴广英同志的指导下进行的,特致谢意。
|
