三峡永久船闸地下输水系统混凝土配合比设计龄期调整试验小结

三峡永久船闸地下输水系统混凝土配合比设计龄期调整试验小结朱文华（三联总公司 湖北 宜昌 三峡）摘 要三峡永久船闸地下输水系统标准段混凝土施工初期混凝土设计龄期为28天，由于三峡工程采用的是人工骨料，混凝土又为泵送混凝土，因而混凝土单位用水量高，从而造成混凝土单位水泥用量高，混凝土水化热温升大，由此给温控防裂带来了巨大的困难。后根据永久船闸结构混凝土承受设计荷载时间均在一年以后，可以利用混凝土的后期强度这一特点，将混凝土的设计龄期从28天调整为90天，降低了混凝土温升，减少了混凝土裂缝的可能性，施工实践证明，在以后浇筑的南、北坡混凝土几乎没有产生温度裂缝。根据结构混凝土承受设计荷载时间，调整混凝土配合比设计龄期，充分利用混凝土的后期强度，这为其它水利施工混凝土配合比设计提供了很好的借鉴作用。关键词混凝土设计龄期 后期强度 混凝土温升 水工结构混凝土 1概述三峡永久船闸输水系统工程由南坡、中隔墩、北坡三条输水隧洞和36条竖井组成，隧洞总长度为5296m，竖井总长度为2173m，石方总开挖量72万m3，衬砌混凝土总工程量45万m3，工期为5年零3个月。 衬砌混凝土主要为泵送混凝土。竖井和输水隧洞混凝土设计标号分别为：二级配 R28250、R28300，抗冻、抗渗标号均为D150 、S8。三峡永久船闸地下输水系统标准段混凝土施工初期混凝土设计龄期为28天，由于三峡工程采用的是人工骨料，混凝土施工手段又为泵送混凝土，因此混凝土单位用水量高，造成单位水泥用量高，混凝土水化温升大，给温控防裂带来了巨大的困难，在混凝土施工初期部分结构混凝土表面出现了温度裂缝。后根据永久船闸结构混凝土承受设计荷载时间均在一年以后，可以利用混凝土的后期强度这一特点，将混凝土的设计龄期从28天调整为90天，同时掺加粉煤灰，利用混凝土的后期强度，降低了混凝土温升，减少了混凝土裂缝的可能性。施工实践证明，在以后浇筑的南、北坡混凝土几乎没有产生温度裂缝。以下就是混凝土配合比设计调整过程及调整后混凝土绝热温升对比情况。2混凝土原材料22.1水泥：采用石门中热525硅酸盐水泥，品质检验结果满足TGPS 03-1998技术要求（见表1）。水泥物理性能检测结果 表1水泥品种比重细度%标准稠度需水量 %凝结时间h:min安定性抗压强度MPa抗折强度MPa水化热 （J/g）初凝终凝3d7d28d3d7d28 d3d7d“坝道”牌3.124.026.53:154:30合格34.543.861.06.07.19.72362682.2砂：下岸溪斑状花岗岩质人工砂，品质检验结果满足TGPS 02-1998技术要求（见表3）。砂子物理性能检测结果表 表2 比重松散容重kg/m3振实容重kg/m3吸水率%细度模数石粉含量%云母含量%轻物质%SO3 %坚固性%有机质2.65146116701.112.764.0310.10.13.0合格2.3粗骨料：下岸溪斑状花岗岩质人工碎石，品质检验结果满足TGPS 01-1998技术要求（见表3）。石子物理性能检测结果表 表3粒径mm比重松散容重kg/m3振实容重kg/m3含泥量%吸水率%压碎指标%竖固性%有机物SO3%超径%逊径%针片状%5202.67151016910.450.498.91.0合格0.16.51.67.3820402.71162017450.20.30/1.8合格100JM-II0.619.484.4302.5+7：25+6：151331421281201002.6引气剂：河北省混凝土外加剂厂生产的DH9型引气剂，检验结果满足TGPS 05-1998技术要求（见表6）。DH9引气剂物理性能检测结果 表6掺量%00减水率%泌水率%60分坍落度损失%含气量增加%凝结时间差 min抗压强度比 %抗冻比%初凝终凝3d7d28d90d0.58.374504.0 40 5590.48883813003原混凝土配合比设计混凝土试验采用L9（34）正交表，试验因素、水平如下表：二级配混凝土试验因素水平表 表7 因素水平AW/CBF%C10.35020.401030.4520混凝土配合比计算采用容重法。外加剂使用前均配置成水溶液。粗、细骨料以饱和面干控制，中、小石比例为50：50，室内试验混凝土坍落度控制16-18cm，含气量控制50.5%。现将混凝土试验成果分述如下。3.1胶材用量与砂率关系通过大量混凝土试拌和试验，找出的胶材用量与砂率关系如下表： 二级配泵送混凝土胶材用量与砂率关系表 表8 C+F（kg/m3） F% SP%2753003253503754004254500，1045444342414039382044434241403938 3.2混凝土试验成型主要参数及试验成果 “坝道”牌中热硅酸盐525水泥，试验成果如表9；对上述试验成果进行回归分析，结果如表10。混凝土成型参数及试验成果表 表9W/CF %Sp %M-II %DH9 0/万坍落度cm含气量%W kg/m3C kg/m3F kg/m3C+F kg/m3抗压强度（MPa）抗拉强度（MPa）极限拉伸(28d) (10-4)7d28d60d90d7d28d90d0.350390.60.3185.5153437043742.060.862.263.42.623.443.871.320.40420.60.2517.55.3148370037032.449.450.953.32.343.053.401.120.450440.60.25164.3146324032430.143.043.851.41.962.653.170.940.3510400.60.318.65.31483814342332.247.946.647.52.162.882.930.410420.60.2517.25.11452873636328.141.142.543.82.202.743.000.4510440.60.25164.61462863231825.436.741.043.11.452.862.970.3520390.60.35185.01453318341426.739.744.245.31.552.883.140.940.420410.60.319.74.91422867235824.836.039.542.11.252.242.970.880.4520430.60.2174.81402496231124.133.036.238.11.282.142.800.82试验成果回归分析结果 表10相关关系式相关系数剩余方差（MPa）R28=7.985+16.645X10.742X20.9433.216注：以上方程中，X1灰水比，X2粉煤灰掺量（%）3.3混凝土含气量、坍落度损失试验 混凝土含气量、坍落度损失试验选择系列试验中的配合比，水泥使用石门“坝道”牌中热525，粉煤灰使用珞璜灰，泵送剂用JM-II，引气剂DH9。试验结果（见表11）。含气量、坍落度损失结果 表11粉煤灰品种W/CF %含气量测值(%)坍落度测值(cm)0分30分60分0分30分60分90分珞璜灰0.352018.717.016.514.10.4204.94.03.619.018.515.813.40.452018.517.816.012.5 （ 注： 试验环境温度25度）3.4混凝土凝结时间、泌水率试验 混凝土凝结时间、泌水率试验选择系列试验中的配合比，水泥使用石门“坝道”牌中热525，粉煤灰使用珞璜灰，外加剂同6.4。试验结果（见表12）。 混凝土凝结时间、泌水率试验结果 表12粉煤灰品种W/CF %泌水率 %凝结时间（h：min）初凝终凝珞璜灰0.35203.714:3016:150.40204.914:4518:250.45205.115:3519:05 （ 注： 试验环境温度25度）3.5砼抗冻、抗渗试验 砼抗冻、抗渗试验选择性的进行。水泥使用石门“坝道”牌中热525，粉煤灰使用珞璜，砼含气量在45.5%范围内，在系列试验时选用较大水灰比的配合比成型抗冻、抗渗试件。抗冻、抗渗试验结果（见表13）。 抗冻试验结果表 表13W/C F%相对冻弹摸%重量损失%结论0.45097.40.07D150合格0.452096.40.2D150合格0.52091.30.36D150合格3.6混凝土施工配合比的确定 据施工技术要求和水工混凝土施工规范，混凝土强度保证率（P）、离差系数（Cv），以及施工控制水平，确定试配强度Rp，具体参数（见表14）。混凝土配制强度表 表14标号R28250R28300P（%）9090Cv0.180.15K1.31.24Rp32.537.2 综合分析上述试验资料，结合现场施工工艺和质量控制水平，混凝土施工配合比（见表15）。 调整前施工配合比 表15混凝土级配混凝土标号W/CF%Sp %M-II %DH9 0/万W kg/m3Ckg/m3Fkg/m3C+Fkg/m3二R282500.4520420.60.2514024962311R283000.420410.60.2514529073363注：R28250为竖井施工配合比， R28300输水隧洞施工配合比4混凝土设计龄期调整后的配合比设计 在混凝土施工初期部分结构混凝土表面出现了温度裂缝，后根据永久船闸结构混凝土承受设计荷载时间均在一年以后，可以利用混凝土的后期强度这一特点，将混凝土的设计龄期从28天调整为90天，同时掺加粉煤灰。混凝土配合比调整是在原配合比试验资料的基础上进行调整，混凝土强度保证率及配制强度等相关参数保持不变，调整后的混凝土施工配合比（见表16）调整后施工配合比 表16混凝土级配混凝土标号W/CF%Sp %M-II %DH9 0/万W kg/m3Ckg/m3Fkg/m3C+Fkg/m3二R903000.4820440.60.2514023458292R903000.4520430.60.2514024962311注：W/C=0.48为竖井施工配合比，W/C=0.45输水隧洞施工配合比5混凝土配合比调整前后绝热温升比较水泥水化热检验试验时，粉煤灰采用珞璜灰，水泥用华新中热525硅酸盐水泥。水泥水化热检验结果见表17水泥水化热检验结果表 表17珞璜灰（%）外加剂品种及掺量（%）水化热（kJ/kg）1d2d3d4d5d6d7d015720423425627028128720JM-II 0.843121160181193201207 由计算结果表18可以看出，竖井混凝土的绝热温升在调整前后变化不大，但是节约胶凝材料19kg/m3；输水隧洞混凝土的绝热温升在调整前后变化明显，3天和7天的混凝土绝热温升分别降低3.6和4.6，节约胶凝材料48kg/m3。混凝土配合比调整后，经济效果明显。混凝土绝热温升计算结果表 表18工程部位混凝土标号胶凝材料总量(kg/m3)胶材水化热（kJ/kg）混凝土绝热温升(）3d7d3d7d竖井R2825031116020721.627.9R9030029216020720.226.2平洞R2830036316020725.232.5R9030031116020721.627.9 混凝土绝热温升采用T=WQ/cp式计算，式中各符号含义及取值如下； W每m3混凝土中胶凝材料用量，按表胶凝材料总量确定； Q每kg胶凝材料水化热（kJ/kg），20%粉煤灰掺量时，水化热取表17中试验结果，计算结果为初始温度20条件下的推定值； C混凝土的比热，在计算时取0.97（kJ/kg.）； P混凝土容重，取2380kg/m3。6结语 混凝土设计龄期调整后，技术、经济效果明显。施工实践也证明，调整