亚热带地区砂石料不稳定情况下泵送混凝土试拌问题分析

文摘 2025-01-04 07:05 河南

0　引言

某工程地处亚热带地区，当地岩石以灰岩为主，由灰岩加工生产的砂石料，含粉量较高，且颗粒通常多棱角、表面粗糙，采用该地区砂石料用于生产性混凝土试拌时，对混凝土和易性等性能有较大影响。对此，在确保混凝土强度的前提下，选择合理的砂率、外加剂掺量，使混凝土具有良好的和易性，保证混凝土性能，确保混凝土质量起着很重要的作用。因此，在相同和易性和强度等级条件下，通过调整混凝土的砂率和外加剂掺量，研究不同砂率和外加剂掺量混凝土配合比的差异，以期为机制砂混凝土的配合比设计提供参考。

1　工程概况

本工程地处亚热带地区，导流兼输水隧洞全长538m，布置于大坝左岸，由进水渠段、圆形有压洞段（包括方变圆渐变段和圆变方渐变段）、竖井段、城门洞型无压段、泄槽段、消力池段和出水渠段组成。

进水渠段长13m，矩形断面，过流断面净尺寸2.4m×3.0m；有压洞身段包括方变圆渐变段和圆变方渐变段，段长55.7m，方变圆段长6m，圆变方段长9.7m，有压洞断面为直径2m圆形；无压洞身段长373.3m，洞身断面形式为城门洞，断面尺寸1.8m×2.3m；泄槽段长65m，为矩形断面，断面尺寸1.8m×2.3m；消力池段长15m，出水渠段长10m，断面为矩形，过流断面净尺寸3m×3m。隧洞采用C25W8混凝土进行衬砌，混凝土坍落度要求为18～22cm，扩散度要求为34～40cm，坍落度保持15cm以上时间不小于1mｉｎ，水胶比小于0.55，砂率大于41%。

2　实验室配合比

2.1　实验室配合比

实验室配合比如表1所示。

2.2　原材料检测情况

2.2.1　水泥

采用P·O42.5水泥。水泥的凝结时间、安定性、比表面积和抗压抗折强度均达到国标GB175-2007《通用硅酸盐水泥》要求，试验结果如表2所示。

由表2可知，所检项目标准稠度为26.0%；凝结时间、安定性、胶砂强度均满足《通用硅酸盐水泥》中P·O42.5水泥要求。

2.2.2　粗骨料

采用碎石粒径为5～20mm、20～40mm，所检测的技术指标均满足SL677-2014《水工混凝土施工规范》要求。碎石物理性能试验结果如表3所示。水工大体积混凝土宜尽量使用最大粒径较大的骨料，石子最佳级配（或组合）应通过试验确定，一般以紧密堆积密度较大、用水量较小时的级配为宜。碎石在5，10，20，40，60，80mm筛孔尺寸下的累计筛余分别为99.7%，99.2%，86%，0，0，0。

经检测，该骨料松散堆积密度为1460，1480kg/m³，紧密堆积密度为1540，1590kg/m³，松散空隙率44%，紧密空隙率41%，40%；其余检测结果均满足《水工混凝土施工规范》要求。

2.2.3　细骨料

采用机制砂，所检测的技术指标均满足SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》、《水工混凝土施工规范》要求。砂的物理性能指标检测成果如表4所示。

砂在10，5，2.5，1.25，0.63，0.315，0.16mm筛孔尺寸下的累计筛余分别为：0，1.4%，16.2%，38.9%，62.7%，79.4%，89.5%。依据《水工混凝土试验规程》《水工混凝土施工规范》的各项规定，检测指标符合标准要求。

2.2.4　聚羧酸高性能减水剂

采用聚羧酸高性能减水剂，掺量为2.2%。聚羧酸高性能减水剂的各项指标试验成果如表5所示。

根据DL/T5100-2014《水工混凝土外加剂技术规程》，该聚羧酸高性能减水剂所检项目中减水率、含气率、凝结时间、抗压强度比均满足高性能减水剂规定的要求。

2.2.5　拌和用水

采用工地现场混凝土拌和用水进行试配拌和，各项指标试验成果如表6所示。

所检ｐＨ值、不溶物、氯化物、硫酸盐均满足ＪＧＪ63-2006《混凝土用水标准》对钢筋混凝土拌和用水的要求。

3　生产性配合比试拌

对某水库工程隧洞混凝土C25W8F50配合比进行试配，坍落度要求为18～22cm，扩散度要求为34～40cm，坍落度保持15cm以上时间不小于1ｈ，水胶比小于0.55，砂率＞41%。混凝土试块采用机械拌和、振动成形，采用标准养护。

3.1　不同砂率试验

根据泵送混凝土的砂率、水灰比设计要求，在保证坍落度（18～22cm）、扩散度（36～42cm）的基础上，结合现场实际情况，配合比试拌过程中选择0.55，0.50，0.45三种水胶比，选择45%，44%，43%三种砂率，确定混凝土配合比各原材料用量如表7所示，进行试验。

采用所确定的原材料进行混凝土试拌，测定各配比7ｄ和28ｄ抗压强度，得到砂率及强度结果如表8所示。

经试验，所得水胶比与强度相关，由混凝土配制强度值，根据混凝土水胶比与抗压强度关系，结合混凝土的设计要求及相关规定选择水胶比为0.50，砂率为44%，得到符合设计、规程规范和技术要求，满足施工要求的配合比。混凝土的配合比如表9所示。

3.2　外加剂掺量试验

根据3.1节中确定的配合比，选择1.6%，1.8%，2.0%，2.2%四种掺量，进行坍落度、扩散度、收缩率的关系试验。配制泵送混凝土减水剂用量如表10～13所示。

通过对上述表格混凝土试拌的数据进行分析，得到混凝土不同减水剂掺量的混凝土1ｈ的状态，通过混凝土试拌混凝土的坍落度、扩散度、流动性、和易性，得出该隧洞泵送混凝土的减水剂掺量为2.2%时满足现场施工要求。

4　结果分析

理论配合比和试验配合比统计表分别如表14，15所示。

4.1　不同砂率试验结果分析

经试验，所得水胶比与强度相关，由混凝土配制强度值，根据混凝土水胶比与抗压强度关系，结合混凝土的设计要求及相关规定选择水胶比为0.50，砂率为44%，得到符合设计、规程规范和技术要求，满足施工要求的配合比。

4.2　外加剂掺量试验结果分析

通过对混凝土试拌的数据进行分析，得到混凝土不同减水剂掺量的混凝土1h的状态，通过混凝土试拌混凝土的坍落度、扩散度、流动性、和易性，得出该隧洞泵送混凝土的减水剂掺量为2.2%时满足现场施工要求。

根据上述结果分析，施工所采用的实际配合比与基准配合比存在一定差异，原材料的微小偏差，可能会对混凝土性能产生很大差异，影响混凝土质量。结合本工程的经验，在进行混凝土施工前，需对原材料进行严格分析，验证基准配合比，并通过现场试验，确定适用于本工程的配合比，尤其是对于砂石料不稳定地区，可采取调整砂率及外加剂掺量的方式进行试验，确定适合工程实际的配合比，确保混凝土性能，保证施工质量。

5　结语

1）泵送混凝土应限制水灰比，水灰比大，混凝土稠度减小，流动性好，泵送压力明显下降，但由于在压力作用下，混凝土过稀，骨料间的润滑膜消失，混凝土的保水性不好，容易发生离析而堵塞管道，因此应限制水灰比。根据分析结果，本工程水灰比确定为0.5。

2）为保证混凝土的流动性、黏聚性和保水性，以便于运输泵送和浇筑，泵送混凝土的砂率要比普通流动性混凝土的砂率增大6%以上，即38%～45%，本次试拌的泵送混凝土，经现场调配，砂率为44%，满足泵送混凝土施工要求。

3）在掺有等量同种减水剂的情况下，减水剂能对混凝土的工作性能有较好的改善作用，坍落度60mｉｎ损失值相差不大，结合现场实际，减水剂掺量影响混凝土坍落度，掺量不够将导致保坍度不够，不能满足隧洞泵送混凝土施工要求。随着减水剂掺量的增加，混凝土的流动性、和易性逐渐升高，在减水剂掺量为2.2%时，混凝土的流动性好，和易性好，坍落度、扩散度1ｈ基本无损失，满足现场浇筑要求；随着减水剂掺量的增加，混凝土的流动性能逐渐增强，坍落度60min损失值相差不大，流动性变好，根据外加剂不同掺量与强度、坍落度、扩散度关系进行分析，本工程外加剂最优掺量为2.2%。

结合本工程实际情况，综合泵送混凝土的工作性能、抗压强度、流动性、和易性及混凝土收缩率等要求分析，砂率是泵送混凝土配合比设计的3个基本参数之一，在砂石料不稳定的情况下，确定合理的砂率、外加剂掺量，在保证混凝土强度的前提下，可使混凝土拌和物具有良好的性能，在搅拌、运输、成形过程中，能满足施工所需的和易性。通过掺入减水剂对混凝土工作性能、抗渗、抗冻以及混凝土收缩率的影响，可以根据实际情况，结合混凝土的强度及工作性能等要求，选择适宜的减水剂掺量，配制满足要求的混凝土。

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