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滹沱河倒虹吸工程管身段混凝土配合比优化实践

混凝土王爱生郝坤 2008-02-18

　　南水北调中线京石段应急供水工程滹沱河倒虹吸工程Ⅱ标承建的管身段55个管节，每管节过水断面3孔，长度20m，高6．2m，管身总宽23m，每孔宽6．0m，侧墙厚度1．3m，中墙厚度1．2m。截至2005年11月20日，55个管节施工全部完成，共浇筑混凝土10.4万m3。完成的管节没有出现一条裂缝，混凝土配合比优化起到了重要作用。

　　1.原材料

　　1.1水泥

　　河北省鹿泉市鼎鑫水泥有限公司(集团)的“鼎鑫”牌普通硅酸盐42．5水泥，其检测结果见表1。

　　1.2粉煤灰

　　河北省井陉上安电厂Ⅱ级粉煤灰，其检测结果见表2。

　　1.3骨料

　　1.3.1细骨料

　　细骨料为滹沱河河砂(常山砂厂)，其检测结果见表3。

　　1.3.2粗骨料

　　粗骨料为河北省鹿泉市石井乡石料厂生产的人工碎石，其检测结果见表4。

　　1.4外加剂

　　1.4.1高效缓凝减水剂

　　本工程选用2个品种的高效缓凝减水剂，分别为河北省石家庄市育才建材有限公司生产的GK-4A缓凝高效减水剂、河北省外加剂厂生产的DH4BG高效缓凝减水剂，一期工程选用DH4BG，二、三、四期工程选用GK-4A，其检测结果见表5。

　　1.4.2引气剂

　　在第二次混凝土配合比优化中，选用河北省石家庄市育才建材有限公司生产的GK-9A引气剂，其检测结果见表6。

　　2.管身段原混凝土配合比的第一次优化

　　2004年3～6月，一期工程共完成管身段14个管节，采用混凝土配合比见表7。

　　在一期工程中共成型混凝土抗压试块145组，其检测结果见表8。

　　本期工程混凝土从检测数据分析，混凝土生产水平达到优秀水平，但是混凝土普遍超强。为了降低混凝土发热量，提高混凝土的各种性能，更进一步节约成本，在原配合比的基础上，进行了第一次混凝土配合比的优化。将原0.47的水灰比调整至O．49，2004年1O月6日经专家组和本工程监理部批准，开始应用于二期工程。所用混凝土配合比见表9。

　　二期工程共完成管身段14个管节，用第一次优化后的混凝土配合比在二期工程中共成型混凝土抗压试块149组，其检测结果见表10。

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　　3.管身段混凝土配合比第二次优化

　　在二期工程中，混凝土施工质量严格按设计和规范的要求进行控制。但仍发现混凝土配合比存在一定的优化空间。

　　一是为了便于掌握混凝土内部温升情况，2004年10月16日，用北京基康公司生产的振孳式温度计3支，分别埋于管身段底板、墙体、顶板，对管身段3个部位内部温度进行观测。观测资料显示，混凝土内部温度超过50℃，内部温度峰值在53℃～53．5℃之间，且分别在浇筑后33h～52h出现，之后开始以一定速率下降，混凝土的水化热温升超过30℃ ，根据施工经验，为满足各项技术要求，无论是炎热的夏天或气温适中的春秋季都须对混凝土进行保温。

　　二是水泥原材，3d平均抗压强度值32．2Mpa，28d平均抗压强度54．2Mpa。这些数据表明P．042．5鼎鑫水泥，由于其本身活性富裕偏高，水泥细度平均值为0．3％，水泥性能良好。

　　三是从表10数据可以看出，混凝土强度平均值38．1MPa，是混凝土(C30)设计强度的1．27倍，是混凝土配置强度35．8MPa的1．06倍，说明混凝土普遍超强。

　　鉴于以上情况，在保证施工质量和温控方便的前提下，对表9中管身段混凝土配合比进行第二次优化调整，优化方法和思路如下：

　　3.1优化方法

　　用缓凝高效减水剂和引气剂联掺，进一步改善混凝土拌和性能，提高混凝土的抗裂能力。减少单方混凝土胶材用量，进一步降低成本，降低由于水泥水化热引起的负面效应。

　　3.2依据标准

　　《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001、《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001、《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-1999、《水工混凝土外加剂技术规程》DL／T5100-1999、《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》DL/T5055-1996。

　　3.3指导思路

　　在表8混凝土配合比的基础上调整优化。保持水胶比0．49。胶材总量278kg／m3不变。混凝土出机口坍落度60～80mm，粉煤灰掺量为20％～25％，分别用液态和粉状GK-4A高效缓凝减水剂和GK-9A引气剂联掺，其高效缓凝减水剂和引气剂的掺量根据出机口坍落度要求和粉煤灰掺量不同经过试拌确定。为方便施工，粉状高效缓凝减水剂配成20％浓度的溶液，引气剂配成1％浓度的溶液，用皮带机送混凝土入仓，为确保混凝土和易性，混凝土砂率不变。

　　3.4优化过程

　　本次配合比优化试验所用原材料中的GK-9A和液体GK-4A均取自生产厂家，其余混凝土材料取自工程现场，其中砂子的细度模数为2．57，优化混凝土配合比试验见表11，优化后混凝土抗压强度试验成果见表12。

　　虽然按上述配合比试拌的7个拌和物性能均能满足施工要求．但相比之下．序号1～6拌和物性能优于序号7。经专家组论证。认为序号6混凝土配合比适合于现场施工，并提出混凝土胶材不得少于280kg／m3。于是对优化后的混凝土配合比进步完善，对序号6做简单调整，成为第二次优化混凝土配合比，见表13。

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　　第二次混凝土配合比优化后用于三、四期工程．共完成27个管节，成型混凝土抗压试块275组。统计分析见表14。

　　混凝土配合比进行第二次优化后，于20o5年3月5日用于三、四期工程施工。现场质控与原材料检测进一步加强，管身段混凝土配合比优化后共浇筑26个管节，浇筑混凝土4．87万m3。混凝土观感良好，从表14数据分析，第二次优化混凝土配合比标准差为3．6Mpa，依据《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001评定标准混凝土生产水平属于良好等级。离差系数为0．089，根据《水利水电水工建筑物工程质量评定标准》混凝土质量属于优良等级。

　　4．结语

　　管身段C30W6F50混凝土配合比的优化，在工程应用中起到良好作用，它不仅降低了混凝土内部温升、提高了混凝土抗裂性能，也改变了混凝土观感。混凝土配合比在工程实际运用中，不要仅限于原配合比，应该在施工过程中针对不同情况进行优化，力求做到经济合理。技术可行。

　　作者简介：

　　王爱生，男，汉族，河北省石津灌区管理局，高级工程师。

　　郝坤，男，汉族，中国水利水电第十一局，助理工程师。

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