海屿闸改建工程混凝土研究思维导图

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2023-04-12

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海屿闸改建工程混凝土研究

某海屿闸改建工程浇筑混凝土基本性能较差 , 导致堵管以及通过间隙性能差等质量问题 , 引入品质优异的粉煤灰、矿粉、硅灰 , 通过研究配合比设计方法 , 研究矿物掺合料的种类及比例对于混凝土基本性能的影响。

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思维导图大纲

0引言

混凝土配合比设计影响要素较多,设计过程中需要考虑工作性能要求、施工性能要求、力学性能及耐久性能等要求。配合比设计过程中除了良好的砂率,胶凝材料体系的种类及搭配也至关重要,胶凝材料选取合理,一定程度上可以降低胶凝材料水化热,确保混凝土不同龄期的抗压强度保持不变甚至略有提升。优异的流动性、粘聚性以及保水性,混凝土容易通过复杂密集钢筋、异形结构,不跑浆、不泌水。高性能混凝土施工过程中容易出现配合比设计不合理导致的混凝土和易性差等质量问题,其本质原因在于原材料选取及配合比设计[1-2]。品质优异的粉煤灰、矿粉以及硅灰,对于改善混凝土和易性能,延缓混凝土水化放热量,避免结构由于热量过高出现裂缝等问题,台州市椒江区海屿闸改建工程浇筑混凝土基本性能较差导致堵管等质量问题,研究不同影响因素对坍落扩展度、倒筒时间以及力学性能的影响规律,结合模拟实验,开展高性能混凝土配合比设计的影响因素研究。

1工程概况

海屿闸改建工程位于沿海地区,为重建水闸工程。本次海屿闸提级加固,保留边墩、护坦、内外海侧翼墙,对底板、中墩、启闭机室、检修桥、背海侧交通桥拆除重建。加高原翼墙。新建临海侧、背海侧导流墙,与原翼墙平顺连接。新建海屿闸总净宽为85m,孔口尺寸8.5m×4.0m,共10孔,闸室底板顶高程-2.5m,顺水流方向闸室总长为17.5m。中墩为缝墩,厚度2.0m,边墩厚度1.0m。临海侧闸室起点距离2.0m处设外港检修闸门,5.5m处设工作闸门,7.9m处设内港检修闸门。临海侧闸墩、检修桥及胸墙顶高程为8.8m,背海侧闸墩、检修桥顶高程为5.0m。背海侧墩顶设交通桥,桥宽8.0m,厚度为0.5m,桥面顶高程为5.0m,采用钢筋混凝土预制空心板结构。桥左右两侧采用石材栏杆。原排架及启闭机室拆除重建,启闭机室采用全封闭设计,门窗采用防腐结构,外露钢结构采用不锈钢。两侧翼墙采用钢筋混凝土加高,宽度0.5m,混凝土与原翼墙接触处设锚筋连接,翼墙顶部设石材栏杆。边墩上下游新建钢筋混凝土导流墙,导流墙为扭面结构,墙厚约为1.0m,高度与加高后的原翼墙相同。导流墙和原翼墙接触面设锚筋连接。临海侧墙长10m,背海侧墙长5m。

2混凝土配合比设计

混凝土总粉料用量确定在500kg/m3~520kg/m3之间,矿物掺合料取代率如下所示,粉煤灰取代率确定为0~40%之间,硅灰取代率确定为0~4%之间,矿粉取代率确定为0~30%之间,研究不同矿物掺合料取代率对混凝土性能的影响规律,混凝土具体配合比见表1。

3实验结果分析

3.1不同因素对高性能混凝土基本性能的影响

研究混凝土工作性能等关键指标的变化规律,通过变化规律挑选较优配合比,具体测试结果及混凝土性能见表2。矿物掺合料的加入,起到了促进作用,其中粘聚性、流动性改善作用最为明显。尤其是粉煤灰的降粘作用、硅灰的提升包裹性作用最为显著。而矿粉作为磨细产品,破坏颗粒结构,对于混凝土和易性能改善没有积极作用,相反掺入过多的矿粉,会导致轻微泌水等问题产生。当过多加入硅灰,混凝土需水量提升显著,粘度增加,不利于混凝土泵送,而过多加入粉煤灰后,由于球形颗粒的减水作用的上限限制,混凝土扩展度基本保持不变。通过实验对比性能检测后,当粉煤灰掺量达到30%,硅灰掺量达到2.9%时,混凝土和易性达到最优状态,混凝土软度好,泵送过程中与管道的摩擦力小,U型箱高度差为0,表明流动性佳。同时,基于各项性能检测数据,确定混凝土配合比中总粉料用量为500kg/m3,后续各项性能测试按照此用量开展。

3.2不同因素对高性能混凝土抗压强度的影响

混凝土早期、中后期力学性能的变化规律随矿物掺合料的掺入而呈现不同的变化,具体抗压强度测试结果见图2。矿物掺合料的水化速率各有不同,因此水化产物形成的时间不同,贡献强度的效率也各不相同,硅灰水化速率最快,因此硅灰和早期强度的形成密不可分,而粉煤灰、矿粉需要和水泥水化产物反应,因此贡献强度主要集中在中后期。通过性能检测数据发现,混凝土力学强度达到最佳值的矿物掺合料取代率如下,粉煤灰达到30%,硅灰掺量达到2.9%,矿粉掺量达到20%,此矿物掺合料取代率下混凝土不同龄期的力学强度最优,28d水化龄期抗压强度达到60.1MPa,28d水化龄期抗压强度增长率为37.7%,增长幅度明显,表明体系水化产物填充均匀,混凝土结构密实,空隙率低。