（水利工程专业论文）水工泵送混凝土特性及施工技术研究.pdf

摘要 天津市引滦入津水源保护工程是天津市的重点工程项目，是国内瞩目的一项 大型的跨流域长距离调水工程。针对工程实际，寻找一种最佳的施工工艺来满足 工期、质量、安全、环保的需要，又降低工程投资，是一个非常值得研究，且非 常有实际意义的课题。在这种情况下，开展了水工混凝土施工工艺、泵送混凝土 配合比优化设计及碱骨料反应的研究，主要工作和成果如下： 1 水工泵送混凝土不同于普通的建筑与工业建筑泵送混凝土，它既具有水工 混凝土的特点，也具有泵送混凝土的性能。根据工程线性结构的实际特点进行方 案的技术经济比较，正确选择了箱涵泵送混凝土施工工艺。根据选定的工艺，探 究了泵送混凝土原材料的要求和泵送粉煤灰混凝土的特点。 2 重点研究水工泵送混凝土的配合比优化设计。首先对原材料进行检测，按 照混凝土配合比设计原则、方法步骤进行混凝土配合比优化设计，共配制出1 9 种混凝土配合比，总结了粉煤灰掺量与强度的关系，水胶比与强度的关系。随后 对混凝土的性能指标进行了试验，通过试验研究了粉煤灰泵送混凝土的性能指 标。在混凝土添加粉煤灰，不仅可以提高混凝土的质量，改善混凝土的性能，提 高混凝土的耐久性，同时降低工程成本，还可以提高水工混凝土的性能指标。 3 鉴于碱骨料反应破坏严重性，近年来，国内外有关专家对骨料碱活性都高 度的重视。本工程北靠燕山山脉，是本工程砂石集料的主要来源地。燕山山脉富 含碱活性集料。鉴于工程的重要性，对混凝土碱一集料反应进行系统的试验研究， 从而找到了合理的解决办法：采用水泥熟料碱含量( 以钠当量计) o 6 的低碱水 泥和混凝土中应掺入一定数量的粉煤灰等。掺合料对抑制碱骨料反应具有很好的 作用，所以在混凝土中掺加粉煤灰。 4 限于引滦水源保护工程工期与质量的要求，寻求最佳的施工方案，是顺利 实施本工程的关键。泵送混凝土是现在常用于工业与民用建筑工程中高层的施 工，是一种高效率、机械化程度高的一种施工工艺，如果将此种工艺经过移植用 于大型水利工程建设，将是水利工程施工工艺与观念的突破。本文研究了泵送混 凝土的施工技术。从施工的角度阐述了混凝土的搅拌工艺和混凝土的运输工艺， 混凝土的排量、输出量和泵的数量的计算方法。同时对正式施工混凝土泵的布置、 泵管配制进行了设计，阐述了防止堵管的方法和堵管后采取的措施，对泵送混凝 土施工具有借鉴意义。 关键词：水工泵送混凝土配合比设计试验研究施工技术 碱骨料反应 a b s t r a c t t h er i v e r h e a dd e f e n d i n gp r o j e c to fl e a d i n gl u a nr i v e rt ot i a n j i ni nt i a n j i nc i t y i sn o to n l yt h ek e yp r o j e c ti t e mo ft i a n j i nc i t yb u ta l s oav e r yf a m o u sl a r g e s c a l e a e r o s s - v a i l e yl o n gw a t e rd i v e r s i o np r o j e e t 。i nt h el i g h to ft h er e a l i t yo ft h ep r o j e c t ， l o o k i n gf o ra no p t i m u mc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e ，w h i c hc a l lm e e tt h ed e m a n do ft i m e l i m i t ，q u a i i t y , s e c u r i t ya n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dr e d u c et h ei n v e s t m e n to f p r o j e c t ，i sw o r t h yo f b e i n gr e s e a r c h e da n di sav e r yr e a l i s t i cs i g n i f i c a n c et o p i c u n d e r t h i ss i t u a t i o n ，t h ea u t h o rd i ds o m er e s e a r c h e so nc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u eo fh y d r a u l i c c o n c r e t e ，m i xp r o p o r t i o nd e s i g no fp u m pc o n c r e t ea n da l k a l ia g g r e g a t er e a c t i o n t h e m a i nw o r ka n dr e s u i t ss h o w sa sf o l l o w ： l ，h y d r a u l i cp u m pc o n c r e t e ，w h i c hi sd i f f e r e n tf r o mc o m m o nb u i l d i n ga n d i n d u s t r yb u i l d i n gp u m pc o n c r e t e ，h a sb o t ht h ec h a r a c t e r i s t i co f h y d r a u l i cc o n c r e t ea n d t h ep e r f o r m a n c eo fp u m pc o n c r e t e b a s i n go nt h ep r a c t i c a lc h a r a c t e r i s t i co fp r o j e c t l i n e a rs t r u c t u r e ，t h ep a p e rd i dt e c h n o l o g ye c o n o m i c sc o m p a r eb e t w e e np l a n sa n d s e l e c tc o r r e c t l yb o xc u l v e r tp u m pc o n c r e t ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e o nt h eb a s i no f t h e s e l e c t e dt e c h n i q u e ，t h ea r t i c l ee x p l o r e dt h en e e do fr a wm a t e r i a l so fp u m pc o n c r e t e a n dt h ec h a r a c t e r i s t i co f p u m pf l y a s hc o n c r e t e 2 。砸l ep a p e rf o c u s e do nt h es t u d y i n go fm i xp r o p o r t i o no p t i m u md e s i g no f h y d r a u l i cp u m pc o n c r e t e f i r s t l y , t h i sr e s e a r c hc h e c k e da n dm e a s u r e dt h er a w m a t e r i a l s ，d e s i g n e dc o n c r e t em i xp r o p o r t i o no p t i m u ma c c o r d i n gt oc o n e r e t em i x p r o p o r t i o nd e s i g np r i n c i p l e s ，m e t h o da n ds t e p s ，a n dc o m p o u n d e d1 9k i n d so f c o n c r e t e m i xp r o p o r t i o n ，s ot h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea m o u n to ff l y a s ha n di n t e n s i t ya n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nr a t i oo fw a t e rt og l u ea n di n t e n s i t yc a nb es u m m a r i z e d n e x t ， t h i sr e s e a r c hd i ds o m et e s to nc o n c r e t ep e r f o r m a n c ei n d e x e sf o rs t u d y i n gt h e p e r f o r m a n c ei n d e x e so ff l y a s hp u m pc o n c r e t e a d d i n gf l y a s ht oc o n c r e t ec a l ln o to n l y i n c r e a s ec o n c r e t eq u a l i t y , i m p r o v ec o n c r e t ep e r f o r m a n c ea n dr e i n f o r c et h ee n d u r i n go f c o n c r e t e ，b u ta l s or e d u c ep r o j e c tc o s ta n di n c r e a s ec o n c r e t ep e r f o r m a n c ei n d e x e s 3 c o n s i d e r i n gt h es e r i o u sd e s t r o yo fa l k a l ia g g r e g a t er e a c t i o n ，i n t e r n a la n d f o r e i g ne x p e r t si nt h i sf i e l dp a ym u c ha t t e n t i o nt oa g g r e g a t ea l k a l ia c t i v i t y t h e n o r t h e mp a r to ft h ep r o j e c ti sn e a rt os w a l l o wm o u n t a i n ，w h i c hi st h em a i ns o u r c eo f s a n d s t o n em a t e r i a l s w a l l o wm o u n t a i nc o n t a i n sp l e n t i f u la l k a l ia c t i v i t ym a t e r i a l 。i n c o n s i d e r a t i o no ft h ei m p o r t a n c eo fp r o j e c t ，w ed i ds o m es y s t e m a t i ct e s ts t u d yo n r e a c t i o nb e t w e e nc o n c r e t ea l k a l ia n dm a t e r i a l t h u s ，r e a s o n a b l es e t t l e m e n tc a nb e f o u n d ：a d o p t i n gl o wc e m e n ti nw h i c ht h ec o n t e n to fa l k a l ii s s m a l l e rt h a n0 ，6 fc a l c u l a t eb ys o d i u m ) ；a d d i n gs o m ea m o u n to ff l y a s ht oc o n c r e t ea n ds oo n b e c a u s ea d m i x t u r ec a r lp r i m e l yr e s t r a i na l k a l ia g g r e g a t er e a c t i o n ，f l y a s hs h o u l db e a d d e dt oc o n c r e t e 4 b e c a u s eo ft h ed e m a n do ft i m el i m i ta n dq u a l i t yo ft h er i v e r h e a dd e f e n d i n g p r o j e c to f l e a d i n gl u a nr i v e rt ot i a n j i n ，i ti sv e r yc r u c i a lf o rc a r r y i n go u ts u c c e s s f u l l y t h i sp r o j e c tt of i n do p t i m u mc o n s t r u c t i o np l a n p u m pc o n c r e t e ，af a s tj o bs p e e da n d l i 珈m e c h a n i z a t i o nc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e ，i sn o wu s u a l l ya p p l i e di nh i g h - p r o f i l e c o n s t r u c t i o ni ni n d u s t r ya n dc i v i ls t r u c t u r a le n g i n e e r i n g i ft h i st e c h n i q u ec a nb eu s e d i nl a r g e - s c a l eh y d r a u l i cp r o j e c tc o n s t r u c t i o n ，i tw i l lb et h eb r e a k t h r o u 醴i nb o t h c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u ea n dc o n c e p t t h ep a p e rs t u d i e dp u m pc o n c r e t ec o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y a n de x p a t i a t e do nc o n c r e t em i l l t e c h n i q u e ，c o n c r e t et r a n s p o r t a t i o n t e c h n i q u ea n dc a l c u l a t em e t h o do fc o n c r e t ed i s c h a r g e dq u a n t i t y , s e n d o u ta n dp u m p q u a n t i t yi nt h ev i e wo fc o n s t r u c t i o n a tt h es a m et i m e ，t h ea r t i c l ed e s i g n e dc o n c r e t e p u m pd i s p o s i t i o na n dp u m pp i p ec o n f e c t i o ni nf o r m a lc o n s t r u c t i o n ，e x p l a i n e dt h e m e t h o do fs t o p p i n gp i p ef r o mp l u g g i n ga n dt h em e a s u r ea f t e rp l u g g i n gp j p c , w h i c h h a sr e f e r e n c em e a n i n gt op u m pc o n c r e t ec o n s t r u c t i o n k e y w o r d ：h y d r a u l i c ；p u m pc o n c r e t e ；m i xp r o p o r t i o nd e s i g n ；t e s ts t u d y ； c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ；a l k a l ia g g r e g a t er e a c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下避行的磺究工作和取褥的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云鞑堂或其他教育机构的学位或证 书丽使用过的材料。与我一词工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 靴敝储獬：乒虽栌替醐：一侈肘阳 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解醴太堂有关保留、馊羯学位论文的规定。 特授权丢鎏太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件祁磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 糙黻储鹳& 够 签字日期：莎癣肛月，习 导愿签名： 签字基期： 目、o 址阳够纷 第一章绪论 1 i 研究的意义 第一章绪论 天津市引滦入津水源保护工程是天津市的重点工程项目，是国内瞩目的一 项大型的跨流域长距离调水工程，全长3 4 k i n 。混凝土1 1 5 万m 3 ，工期3 年。 针对如此大量的工作量和比较紧的工期，如何寻找一种最佳的施工工艺来满足 工期、质量、安全、环保的需要，又降低工程投资，是一项非常值得研究，且 非常有实际意义的课题。在这种情况下，开展水工混凝土施工工艺、泵送混凝 土配合比优化设计及碱骨料反应的研究，对指导工程施工，保障工程的顺利实 施具有重要的实际意义。 为了提高混凝土的质量，改善混凝土的性能，提高混凝土的耐久性，同时 降低工程成本，在混凝土添加掺合料。对于水工混凝土，不仅可以降低成本， 最重要的是可以提高水工的抗渗等性能指标。 鉴于碱骨料反应破坏严重性，近年来，国内外有关专家对骨料碱活性都高 度的重视。正是由于碱骨料反应对混凝土耐久性的极大危害，碱一骨料反应已 成为混凝土工程的全球性问题。自1 9 7 4 年召开第一次国际碱一骨料反应会议以 来，已经召开了1 0 多次国际学术会议，专门研究讨论解决碱骨料问题。本工 程北靠燕山山脉，富含碱活性集料，是本工程砂石集料的主要来源地。鉴于工 程的重要性，需要对混凝土碱一集料反应进行系统的研究，从而找到一种合理 的解决办法。 由于引滦水源保护工程工期与质量的要求，寻求最佳的施工方案，是顺利 实施本工程的关键。泵送混凝土是现在常用于工业与民用建筑工程中高层的施 工，是一种高效率、机械化程度高的一种施工工艺，如果将此种工艺经过移植 用于大型水利工程建设，将是水利工程施工工艺与观念的突破。 1 2 研究背景 天津市位于海河流域尾闾，海河干流纵贯市区后入海。自5 0 年代末开始， 上游省、市大量修建拦蓄和引水工程，下泄水量逐渐减少，至7 0 年代后期、8 0 年代初，造成天津市连年发生水荒。为迅速解决城市生活、工业和港口用水的 严重匮乏，在市委、市政府的直接领导下，1 9 8 1 年1 1 月1 9 8 3 年9 月完成了 引滦入津输水工程。渠首分水闸设计引水流量6 0 m 3 s ，校核流量7 5m 3 s ， 第一章绪论 7 5 保证率年份可向天津市供水1 0 亿m 3 ，9 5 保证率年份可向天津市供水6 6 亿m 3 。 引滦入津工程是一项大型的跨流域长距离调水工程，其水源由滦河上游的 潘家口水库调供，由河北省大黑汀水库分水闸开始，穿燕山余脉，循黎河西行 入于桥水库，出库后水流转折西南，经州河、蓟运河进入输水明渠，部分注入 尔王庄水库调蓄，大部分经三级泵站提升、加压从明渠经新引河输入海河干流， 或从暗涵进入市内水厂，全长2 3 4 k m 。其中于桥水库总库容1 5 5 9 亿m 3 ，兴利 库容3 8 5 亿m 3 ，尔王庄水库调节库容o 3 8 亿m 3 。 引滦入津工程建成后，又由尔王庄水库开始，相继建成了引滦入塘、入经 济技术开发区、入港、入汉、入武清、聚酯等输水管道工程。 引滦入津工程通水2 0 多年来，发挥了巨大的经济效益和社会效益，是天津 市生存和发展的生命线。 本文以天津市引滦入津水源保护工程的实施为背景，展开对本工程的施工 工艺、水工泵送混凝土配合比优化设计、碱骨料反应与泵送混凝土施工技术进 行研究。 1 2 1 水源保护工程建设缘由 引滦入津工程建设时期，受资金和时间限制，采取了“先通后畅，逐步完善” 的方针，解决了当时天津市严重缺水的困难，但在运行中逐渐出现了一些问题， 特别是环境对水质污染问题使入津水质变坏趋势加快。海河流域和天津市的水 污染日趋严重引起了国家重视，1 9 9 9 年3 月国务院批准了海河流域水污染防 治规划，该规划把于桥水库及以下天津地区引滦工程治理列为优先安排项目， 于桥水库以上河北省地区治理工程亦纳入规划中，以后逐步实施。目前工程的 主要环境问题是： 于桥水库周边分布着1 2 8 个行政村、1 1 3 6 万人口、l o 余家工厂企业，1 0 余万亩耕地果园、2 5 万亩鱼池，形成对库区水体的点、面污染源，使于桥水 库水质逐渐发展到受周边环境污染为主的磷控制型富营养化水体。 于桥水库以下利用了5 7 4 k m 州河等河道输水，由于全年长时间占用天然 河道输水，造成了与河道原有泄洪、排沥、排污和蓄水灌溉功能的严重矛盾， 致使蓟县城关地区污沥水无出路，流迁于沟渠洼地之中。汛期急需行洪排沥时， 需暂停引滦输水为行洪排沥让路，交互使用河道。为冲洗排沥的河道，每年需 用引滦水1 0 0 0 万m 3 ，州河河道每年损失水量达1 6 0 0 万m 3 。当沟渠中积蓄的 污沥水位高于输水水位时即可漫溢进入河道，发生突发性的污染情况。州河已 经成为引滦水质受污染最严重和水量损失最严重的地段。 2 第一章绪论 州河以下引滦明渠为人工开挖土质渠道，由于渠床所处地质条件不良，建 设时期受资金紧张限制未加衬砌等保护措施，通水后即出现严重的渠床坍塌、 冲刷、淤积现象。土质渠床使渠内生长了大量的水草藻类，造成阻水、托地， 影响引滦输水，腐烂后又污染着引滦水质。部分渠段不良的地下水渗入渠内亦 影响引滦水质。另外，明渠上留有两座排水口门，也有因突发事件造成引滦输 水被污染的情况发生。 由于以上问题的存在，导致了引滦输水水质逐年下降。引滦通水后，前十 年水质总体均保持i i 类水标准，是优良的饮用水源；而最近几年的情况有时还 达不到类水标准，有的指标为类，乃至v 类水质标准，且超标率越来越 大，个别参数年超标率或汛期超标率达1 0 0 。如不及时针对主要污染源加以 治理，将会产生严重后果。引滦入津水源是天津市赖以生存和发展的生命线， 引滦水质的现状和恶化趋势，给自来水厂水处理造成很大的难度。解决引滦建 设中的遗留问题和严重的水污染问题已经刻不容缓。 1 2 2 工程建设内容 天津市引滦入津水源保护工程包括于桥水库水源保护、新建州河暗渠、引 滦明渠治理、工程管理及管理设施等工程。 新建州河段暗渠工程位于蓟县和宝坻县境内，暗渠渠首设在于桥水库电站 尾水处，渠线沿州河左侧至九王庄节制闸下游，与引滦专用明渠相接，全长 3 4 1 4 k i n ，暗渠以9 + 2 5 0 桩号处的调节池为界，上段9 2 5 k i n 为无压箱涵，下段 2 4 8 9 k i n 为有压箱涵。砼箱涵单孔净断面尺寸为4 3 x 4 3 m ，设计引水规模 5 0 m 3 s ，见图1 1 。 l塑避墅l趔趔 圈卜1 断面结构形式圈 引 第一章绪论 主要建筑物包括：渠首枢纽工程( 由进水闸，州河节制闸和前池组成) ，1 座调节池，6 座检修闸，2 座倒虹吸，3 座穿越铁路工程，4 座穿越公路工程，l 座出口闸等，共计1 9 座，另有进人孔7 座，以及其它小型工程，见表1 1 0 1 2 3 工程量及投资 工程合计工程量为：挖土方1 1 9 8 6 8 万n 1 3 ，填土方8 2 9 万m 3 ，砌石方1 8 9 万m 3 ，混凝土1 1 5 万m 3 。 新建州河暗渠工程设计概算总投资1 3 4 2 亿元。资金来源为亚行贷款、国 家开发银行贷款和地方配套资金三部分组成。 1 2 4 工期和工程效益 整个暗渠工程自2 0 0 2 年5 月开工，2 0 0 5 年5 月完成，历时3 年。 天津市引滦入津水源保护工程实施后可改善和提高源水的水质，保证天津 市广大人民群众的饮水安全，满足日益增长的工业用水对水质的高标准要求， 为天津市经济和社会可持续发展提供安全供水的必备条件。在上游来水达到 类水情况下，可保证进入天津市市区的引滦水质好于m 类水标准。本项目的建 设意义，其社会效益显著，并具较强的还贷和抗风险能力，项目是可行的，项 目实施后对提高天津市的综合经济实力，将起到非常重要的作用。 1 2 5 工程施工难点( 问题的提出) 本工程施工实施的主要技术难点在混凝土施工上，如果采用传统的常规混 凝土施工工艺进行施工，在三年内完工困难是比较大的，人力与设备投入较多， 工程成本较高，工程的组织管理难度较大，而且工程质量也得不到保障。在这 种情况下，寻求一种高效、快捷、能保证工程质量和安全的施工工艺便摆在承 包商的面前。 如果采用原始的搭设脚手架运输平台，由翻斗车运输混凝土，需要投入大 量的周转材料、人力和设备，而且工期和质量难以保证；如果渠道两侧安装行 走式塔吊，采用吊罐运输混凝土，则占地面积大，安装时间长，影响工期；若 采用皮带输送机运输混凝土，混凝土质量有保障，设备费用投入大，设备移动 频繁影响工期，资金投入大；若采用泵送混凝土，可以保证工期，资金投入可 以接受，但需要通过优化设计和试验保证混凝土的性能指标满足设计的要求。 为了达到以上提出的工艺要求，经过多方考察和比较，借鉴其它建筑领域 的施工经验，经过技术经济分析，决定采用水利工程上还很少采用，天津市大 4 第一章绪论 表1 1 新建州河暗渠工程主要技术特征性表 名称项目单位数量 1 、前池 前池淹没面积万m 2 3 5 衬砌型式全断面混凝土板护砌 2 、州河节制闸开敞式 枢纽 最大泄流量m 3 s1 5 0 闸孔尺寸( 孔宽)5 孔x 4 5 m 工程 消力池长度 2 0 闸室长度 1 1 5 3 、暗渠进口闸涵洞式 最大泄量 m 3 s5 0 闸孔尺寸( 孔- 宽高) 3 孔4 3 4 3 m 结构型式3 孔单联箱涵 单孔内径( 宽高)m 4 3 4 3 总长k m3 2 5 8 暗渠 上覆土厚度 m 6 5 2 5 地基特性砂层、粉质粘土，液化地基采用振 冲碎石桩处理 型式矩形 调节底板高程m 3 2 2 池尺寸( 长宽x 高) 2 2 1 7 1 x 1 3 2 2 闸孔尺寸( 孔数一宽高) 2 x 3 孔- 4 3 x 4 3 m 出口 型式涵洞式 底板高程m2 3 0 闸 闸孔尺寸( 孔数宽x 高) 3 孔4 3 4 3 m 检修 型式涵洞式 数量6 座 闸 闸孔尺寸( 孔数一宽x 高) 3 孔- 4 3 x 4 3 m 型式3 孔箱涵 倒虹 单孔净尺寸 4 3 4 3 m 长度 4 5 0 吸 基础特性含砾细砂层 铁路 型式尺寸3 孔箱涵( 4 3 4 3 m ) 长度 2 4 7 m 穿越 基础特性粉质粘土、细砂 1 、中昌路一次穿越无压流 公路 型式尺寸 3 孔箱涵( 4 3 x 4 3 m ) 穿越 长度 4 2 2 m 基础特性 砂层 第一章绪论 中型水利工程仍未采用过的泵送混凝土施工技术进行施工。 根据设计要求，箱涵混凝土设计等级为c 2 0 w 6 f 1 5 0 ，二级配。为了降低成 本，使泵送混凝土满足水工混凝土的要求，并提高混凝土的性能和可泵性，针 对泵送混凝土掺合料、配合比优化设计和泵送混凝土施工工艺展开研究。 在近几年对京津地区重点混凝土工程耐久性及碱集料反应问题进行大量调 查和较深入的试验研究的基础上，中国工程院于1 9 9 6 年8 月在京召开了预防碱集 料反应对重大混凝土工程的破坏作用的学术讨论会。会上南京化工学院等单位 以大量令人信服的工程实例，说明了京津地区某些工程遭受碱集料反应破坏的 严重性。大量的试验研究和工程实例已经证实，京津地区是个集料具有较高碱 活性，水泥又具有较高含碱量的地区。对于混凝土重大工程，一定要按有关标 准的要求对集料碱活性进行检验，严格控制混凝土碱含量的限值，并采取相应 的措施，以防止和减少碱集料反应破坏的发生，确保结构的安全使用。所以， 碱集料反应也是本文研究和解决的问题之一。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外混凝土研究现状 混凝土一词源于拉丁文术语“c o n c r e t u s ”，其意思是共同生存。“水泥”是一 个一般术语，适用于所有胶结材料。 1 9 7 6 年，【英】杰姆斯帕克( j a m e s p a r k e r ) 用含有粘土的石灰石烧制成了天 然水硬性胶结材料。1 8 2 4 年，【英】约瑟夫阿斯普丁( j o s e p h a s d i n ) 发明“波特兰” 水泥。 自从1 8 2 4 年，【英】约瑟夫阿斯普丁0 0 s e p h a s a i n ) 发明“波特兰”水泥至今， 混凝土发生了四次变革。 ( 1 ) 第一次变革：理论基础时代 1 8 8 7 年【英】m 科伦( m k o e n e n ) 发明了钢筋混凝土( r c ) 结构计算方法。 1 9 1 8 年 美 d a 艾布拉姆斯( d a a b r a m s ) 建立了水灰比( w c ) 强度公式。 当混凝土充分密实时，其强度与w c 成反比。1 9 3 0 年， 瑞士】鲍罗米( b e l o m e y ) 根据大量试验数据，应用数理统计方法，纳入了水泥强度因素后，提出了混凝 土强度与水泥实际强度及w c 之间的关系。确认了混凝土强度取决于水泥石性 能，而水泥石性能又取决于自身的孔隙率。 第一章绪论 ( 2 ) 第二次变革：预应力和干硬性混凝土时代 1 9 2 8 年，【法】e 弗列辛涅( e f r e y s s i n e t ) 提出了混凝土收缩和徐交理论a 采用了高强钢丝并研制了锚具，为预应力技术在混凝土中应用奠定了基础。1 9 3 4 年，美国发明了振动器，从此高标号混凝土飞速发展。前苏联根据w c 理论开 发了干硬性混凝土。 ( 3 ) 第三次变革：干硬性混凝土向流动性混凝土转变时代 1 9 3 7 年 美】e w 斯克里彻取得了用亚硫酸盐纸浆废液改善混凝土和易性， 提高强度和耐久性的专利，启动了现代外加剂的研究和使用序幕。1 9 6 2 年【日1 服部建一等将萘黄酸甲醛聚合物用于混凝土分散剂，制造出高效减水剂，1 9 6 3 年前联邦德国研制成功三聚氢氨黄酸盐甲醛缩聚物，并成功配制出坍落度 1 8 c m 2 2 c m 的流动性混凝土，标志流动性混凝土时代的开始。 1 9 7 3 年，德国采用的泵送混凝土占商品混凝土的2 0 8 ，近年又有所提高。 法国在2 0 世纪7 0 年代，泵送混凝土已占到混凝土总量的1 5 2 0 ，美国泵 送混凝土1 9 8 0 年占到混凝土总量的5 0 ，1 9 9 0 年发展至6 0 ，现在发展到7 0 以上。 日本的泵送混凝土使用较晚，至1 9 5 0 年研制出第一台机械式混凝土泵，其 排量只有1 0 m 3 h ，水平运距只有2 4 0 m ，但发展十分迅速。目前已成为采用泵 送混凝土比例最高的国家。就日本全国而言，1 9 7 3 年泵送混凝土所占的比例已 达到6 0 ，特别是东京地区，1 9 7 1 年已达到9 6 。 此外，英国、俄罗斯、意大利、澳大利亚、加拿大及南美的一些国家，都 有较高的泵送混凝土技术，从不同角度促进了泵送混凝土技术的发展。 ( 4 ) 第四次变革：高强混凝土( h s c ) 应用，高性能混凝土( h p c ) 萌芽时代 1 9 6 7 年，【美】芝加哥建成最早应用h s c 的高层建筑l a k ep o i n t 塔楼，底桩 使用c 6 5 混凝土。1 9 7 0 年小野田水泥公司和日本混凝土工业公司开发了9 0 m p a 桩用混凝土，c 7 0 公路桥混凝土。 1 9 9 0 年，美国国家标准与技术研究院( n i s t ) 和a c l 2 0 1 定义了“i - i p c ”。 1 3 2 国内混凝土研究现状 ( 1 ) 混凝土强度逐步提高，性能进一步改善 1 ) 现浇混凝土占主导地位 7 第一章绪论 改革开放以来，现浇混凝土技术开始进入建筑市场，使预制混凝土工业的 发展受到很大影响，形成预制和现浇混凝土相结合的局面。到9 0 年代，现浇混 凝土技术的发展更为迅速，特别是在高层，大跨等重大建设工程中，现浇混凝 土技术已占主导地位。 2 ) 混凝土原材料的发展达到新水平 首先是水泥品种已有6 0 余种，产量居世界首位。这为水泥用量较大的现浇 混土技术的发展创造了有利的物质条件。其次，混凝土外加剂的发展也达到一 个新的水平。9 0 年代初期，我国各种外加剂品种已较齐全，实际年产量达6 0 多万t ，比8 0 年代中期增长近5 倍。应用外加剂的混凝土量约为现浇混凝土工 程用量的3 0 左右。 3 ) 混凝土新品种、新技术大量涌现。 为适应现浇混凝土的发展，预拌混凝土、泵送混凝土、高强混凝土等混凝 土新品种、新技术的科研与应用呈现出新局面。特别是7 0 年代在我国刚起步、 8 0 年代在个别城市崭露头角的预拌混凝土，9 0 年代以来已在一些大中城市迅速 发展起来。预拌混凝土还促进了流态混凝土、泵送混凝土技术的发展，进一步 提高了混凝土工程文明施工的技术水平、工程质量和施工效率。 ( 2 ) 高强混凝土应用异军突起 我国高强混凝土的研究早在5 0 年代初已开始，但由于受当时各方面条件限 制，应用很少。8 0 年代由于高效减水剂的应用，使大流动性高强混凝土应用技 术的研究有了新的进展，9 0 年代，随着高层建筑和预拌混凝土技术的发展，高 强混凝土才进入了建筑市场。现在已经可用4 2 5 硅酸盐水泥和高效减水剂，掺 或不掺活性矿物粉料配制出c 6 0 和c 6 0 级以上的高强混凝土。在原材料的研究 中，6 2 5 高标号水泥和减水率达2 0 以上的高效减水剂新品种的出现，以及取 代硅灰的高细度粉煤灰，磨细矿渣粉和沸石粉的应用，更加扩大了高强混凝土 的应用范围。 ( 3 ) 高性能混凝土技术方兴未艾 高性能混凝土年在美国的一次国际学术会议上公开提出后，很快传入我国。 可以说，高性能混凝土是在高强混凝土研究与应用达到较高水平的基础上发展 起来的，是一项跨世纪的混凝土新品种、新技术课题。但对什么是高性能混凝 土，至今在国内外尚没有一个统一的认识和理解，更无标准可循。 第一章绪论 ( 4 ) 混凝土碱集料反应问题有突破性进展 碱集料反应是混凝土耐久性中的一个重要问题。早在本世纪4 0 年代混凝土 碱集料反应问题在美国被提出后，引起很多国家的重视。水利建设系统的某些 科研单位和南京化工学院从事这方面的研究工作，针对我国一些大型水利工程， 对所用的水泥、砂石等原材料及其混凝土可能发生的碱集料反应进行了大量的 调查和试验研究，提出了相应的措旎，卓有成效地避免了某些混凝土水利工程 可能发生的碱集料反应引起的危害。 进入9 0 年代后，在长期从事碱集料反应科研工作并已取得显著成就的唐明 述院士的积极倡导下，于1 9 9 1 年元月由建设部、国家建材局科技委和中国建筑、 土木、硅酸盐3 个学会在京联合召开的我国首次水泥混凝土碱集料反应学术讨 论会，才澄清了很多人的模糊认识和疑虑，引起了有关领导部门的重视。在近 几年对京津地区重点混凝土工程耐久性及碱集料反应问题进行大量调查和较深 入的试验研究的基础上，中国工程院又于1 9 9 6 年8 月在京召开了预防碱集料反 应对重大混凝土工程的破坏作用的学术讨论会。大量的试验研究和工程实例已 经证实，京滓地区是个集料具有较高碱活性，水泥又具有较高含碱量的地区。 在混凝土工程密集的地区，特别是混凝土重大工程，一定要按有关标准的要求 对集料碱活性进行检验，严格控制混凝土碱含量的限值，以防止和减少碱集料 反应破坏的发生，确保结构的安全使用。 ( 5 ) 预拌混凝土与泵送混凝土技术发展迅速 预拌混凝土技术是一项混凝土生产社会化的综合技术。它与混凝土原材料 的生产水平、水泥散装技术、混凝土搅拌微机控制技术、混凝土泵送施工技术 及其相关仪器设备工业技术水平等都有密切关系。虽然我国的预拌混凝土技术 在7 0 年代刚刚起步，但到9 0 年代，我国的预拌混凝土技术已迅速兴起。上海、 北京等1 6 个大中城市的统计资料表明，1 9 9 5 年已有预拌混凝土站4 5 2 个，预 拌混凝土实际年产量已达2 0 0 0 多万m 3 ，比8 0 年代末的2 0 0 多万m 3 增长约1 0 倍。 预拌混凝土技术的发展大大推动了泵送混凝土技术的发展，使我国现浇混 凝土工程的施工技术达到一个新的水平。实际上我国的泵送混凝土技术方面起 步较晚，自2 0 世纪5 0 年代才引进混凝土泵，2 0 世纪6 0 年代初开始仿照c 2 8 4 型固定式混凝土泵，但一直未得到推广应用。原一机部建筑机械研究所与原沈 阳振捣器厂于1 9 7 5 年试制成功i - i b 一8 型固定式活塞泵。1 9 7 9 年，上海第八建筑 工程公司仿制了德国以水为压力介质的带布料杆的混凝土泵车。进入2 0 世纪 8 0 年代，是我国混凝土泵研制和生产的兴旺发达时期，由于大规模基本建设的 第一章绪论 急需，促使生产企业竞相研制和生产新型的混凝土泵，使我国我国混凝土泵研 制和生产迈出了可喜的一步。湖北建设机械股份公司、沈阳建设机械总公司、 中联重工、三一重工业集团有限公司、山东方圆集团公司等生产企业所生产混 凝土泵和泵车的型号基本齐全，从小排量到大排量，从低压到高压基本都能生 产，为我国泵送混凝土技术的发展作出了一定的贡献。 进入2 0 世纪9 0 年代，高层建筑在我国大城市蓬勃兴起，其中大多数是用 泵送混凝土施工，创造了一个又一个泵送高度。如3 8 9 9 m 高的广州中天广场， 用b s c l 4 0 0 - h d c 盯型混凝土泵2 台，将c 6 0 高强混凝土泵至1 4 6 4 m ，将c 3 0 和c 5 0 混凝土泵泵至3 2 1 9 m ；3 8 4 m 高的深圳地王商业大厦，用 b s c l 4 0 0 h d c a t 型混凝土泵将混凝土送至3 2 5 m ；4 2 0 5 m 高的上海金茂大厦， 一泵的泵送高度达到3 8 2 m 。其他结构和构筑物在利用泵送混凝土方面也取得 了良好效果。如上海杨浦大桥的桥塔，泵送高度达2 0 8 m ，广东大亚湾核电站 反应堆的高强混凝土也是泵送混凝土。在大体积混凝土泵送施工方面，自2 0 世纪9 0 年代以来我国也取得了巨大成就。如上海中鑫大厦底板混凝土1 0 0 0 0 m 3 ， 采用6 台混凝土泵车、7 0 辆混凝土运输车5 3 小时浇筑完毕。上海世贸商城基 础工程，混凝土一次连续供应量可达2 4 万n 1 3 ，浇筑施工时集中了1 2 0 辆搅拌 运输车，2 0 台混凝土泵，在2 4 h 内完成。采用预拌混凝土集中供应和混凝土泵 送浇灌新技术，大大提高了混凝土施工速度，保证了混凝土的质量。有关施工 经验说明，掺入高效减水剂和粉煤灰的c 6 0 级高强混凝土，采用泵送施工，与 传统的施工方法相比，可提高施工速度1 5 3 倍，缩短工期三分之一以上，还 提高了混凝土质量。 我国地域辽阔，各地区的经济实力差距较大，在推广和应用泵送混凝土技 术方面发展很不平衡。由于我国预拌混凝土在混凝土总量中仅占8 左右，远 远落后于日本、德国等发达国家，泵送混凝土在我国水利工程上的应用还不多。 因此，推广泵送混凝土技术还相当艰巨，这是摆在建筑技术人员面前的一项重 要任务。 1 4 本文研究的内容 ( 1 ) 水工泵送混凝土不同于普通的建筑与工业建筑泵送混凝土，它既具有水工 混凝土的特点，也具有泵送混凝土的性能。根据工程线性结构的实际特点进行 方案的技术经济比较，选择了箱涵泵送混凝土施工工艺。根据选定的工艺，探 究了泵送混凝土原材料的要求和泵送粉煤灰混凝土的特点。 ( 2 ) 重点研究水工泵送混凝土的配合比优化设计。首先对原材料进行检测，达 1 0 第一章绪论 到泵送混凝土的要求。按照混凝土配合比设计原则、方法步骤进行混凝土配合 比优化设计，共配制出1 9 种混凝土配合比，根据数据要求，总结了粉煤灰掺量 与强度的关系，水胶比与强度的关系。随后对混凝土的性能指标进行了试验， 通过试验研究了粉煤灰泵送混凝土的性能指标。 ( 3 ) 研究了泵送混凝土的施工技术。混凝土的供应是混凝土施工的重要环节， 本文从施工的角度阐述了混凝土的搅拌工艺和混凝土的运输工艺，介绍了混凝 土的排量、输出量和泵的数量的计算方法。同时对正式旋工混凝土泵的布置、 泵管配制进行了设计，指出泵送工作必须提前对管道润滑，对于混凝土泵的操 作要先慢后快，逐步进入正常的施工程序，中间过程不宜中断，以防止堵泵。 阐述了防止堵管的方法和堵管后采取的措旅，对泵送混凝土施工具有借鉴意义。 ( 4 ) 研究讨论了碱骨料反应与解决方案。通过碱骨料活性试验选择骨料， 同时必须采取相应的抑制碱活性的措施。包括：采用水泥熟料碱含量( 以钠当量 计) o 6 的低碱水泥和混凝土中应掺