高流态混凝土在三峡工程中的应用

1 工程概况

由青云公司中标承建的三峡二期工程左岸厂·房坝段ⅡA标段，包括左岸非溢流坝段12#～18#坝段和左岸厂房坝段1#～10#坝段(含左安坝段)，沿坝轴线方向长561.3m，标内最大坝高150m，最大坝底宽度128m。主体工程主要工程量：混凝土300.6万m3/，钢筋制安5.4万t，机电金结安装3.4万t，固结和帷幕灌浆7.28万m，排水孔3.36万m。主体工程于1997年11月开工，至2004年3月完工，总工期6年4个月。计划年浇筑强度：1999年78万m3，2000年110万　m3，2001年52万m3，2002年22万m3，2003年5.3万m3。

公司承担的电站引水压力钢管道布置在左厂1#～10#钢管坝段，顺流向划分为进水口及渐变段、坝内上斜直段、上弯段、斜直段、下弯段、下平段和厂内明管段。其中坝内上斜直段至下平段按钢筋混凝土与钢板联合受力结构设计，钢管自径为12.4m，每条钢管外包混凝土厚度2m，混凝土工程量约为2.04万m3。坝内上斜直段、上弯段、下弯段及下平段钢管底部相对平缓，周圈钢筋多为3～4层，钢筋量大且密集，按常规混凝土施工，难度很大，钢管底部振捣困难，不易填充，很容易出现“脱空”现象。为解决这一问题，公司在充分试验和论证的基础上，将高流态混凝土用于该部位，并取得了比较满意的效果，为高流态混凝土在水利工程上的应用积累了一些经验。

2 高流态混凝土工作特性

高流态混凝土的一个显著特点是不用振捣而能自密实。它是70年代初期由西德发明并首先用之于工程的流态混凝土(自密实混凝土)发展而来的。这种混凝土在日本得到极其迅速的发展，我国也有部分工程使用。它是通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择和配合比的设计，使混凝土拌和物屈服值减小且又具有足够的塑性粘度，粗细骨料能悬浮于水泥浆体中不离析、不泌水，在不用或基本不用振捣的成型条件下，能充分填充模板和钢筋空隙，形成密实、均匀的混凝土结构。有人用相同的水量拌和的常规混凝土和高流态混凝土在硬化后进行真空脱水实验，后者的脱水量不多。高流态混凝土的塌落度能达到250～270mm，扩展度达550～700mm。

3 高流态混凝土试验

试验由青云公司试验室与日本前田株式会社合作完成，按照《水工混凝土试验规程》(SDl05 82)和日本《土木学会高流态混凝土施工指南》(JISA 1101)进行，目的是研究解决压力钢管周围和底部填充的配合比参数，并为其它类似工程提供经验。试验选择掺入粉体类外加剂和水深性纤维素醚增粘剂两类别配比进行研究选定。最终选择掺人粉煤体类外加剂进行了现场试用。

3.1 设计技术要求

表1 高流态混凝土设计指标
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编号 混凝土 级配 抗冻标号 抗渗标号 水泥品种 使用部位
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1 R28250 二 D250 S10 中热525＃ 管道周边
2 R90300 二 D250 S10 中热525＃ 孔口周边
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注：孔口周边，根据中国长江三峡工程标准，在混凝土中掺加了I级煤灰。

3.2 试验材料

本试验所采用的原材料为三峡工程施工所用，均满足中国长江三峡工程标准(TGPS)对各类原材料的要求。

水泥：采用葛洲坝水泥厂生产的525#中热硅酸盐水泥。

粉煤灰：掺用安徽平圩工级粉煤灰，掺量20％～30％。

骨料：细骨料采用下岸溪人工砂，其母岩为下岸溪鸡公岭矿山的斑状花岗岩，粗晶粒镶嵌结构，主要矿物成分为：石英、斜长石、白方石及磁铁矿等，三种混合成品砂，其中石屑为粗砂，巴马克机生产偏中砂，棒磨机生产细砂，在系统生产时，三种砂同时生产，调节搭配成人工砂。粗骨料采用基础开挖的微新和新鲜内云斜长花岗岩，矿物成份主要是长石、黑云母和少量角闪石和绿云母。骨料级配己选择：按照不同比例配合测定其紧密密度，从中选出密度大，空隙率较小的骨料级配为最优级配。根据级配选择试验和施工现场情况，骨料级配选定为二级配，中石：小石＝60：40。

外加剂：采用浙江龙游外加剂厂生产的ZB一1A，洞北石家庄外加剂厂生产的DH9，上海麦斯特公司生产的SP一8N和303A，日本信越化工厂生产的增粘剂SFCA2000等。这些外加剂均符合中国长江三峡工程标准《混凝土外加剂技术要收稿日期：200l一11作者简介：刘金山，青云公司质量部主任，高级工程师求及性能指标》(TGPSOS一1998)。

3.3、试验过程

混凝土拌和按照《水工混凝土试验规程》(SDl05 82)第4.0.1条〔401一80)“混凝土拌和物室内拌和方法”进行。混凝上配合比0.37～0.45，骨料级配为二级配，粉煤灰掺量20%～30％。拌和物和易性检测，设计扩散度为60±5cm，即拌和物自行流动后的两个相垂直的直径作为混凝土的扩散度，分别在混凝土流出后5mm、30min、60mln进行测量。自流填充模拟试验采用尺寸为长X宽X高＝75cmX60cmX15Cm的 端开口的方形槽，在槽的上方覆盖一带有通气孔的钢板，并在方形槽开口端搭接一略高于方形槽高度的灌注口。通过模拟试验发现混凝土通过自流，完全充满了方形槽，骨料分布均匀，无骨料分离现象。

3.4 试验结果分析

混凝土配合比加入不同掺量的粉体类外加剂ZB一1A、SP 8N。均选用外加剂。ZB一1A与DH9联掺；SP一8N与引气剂303A联掺。 掺ZB lA外加剂混凝土试验：ZB一1A掺量为0.8％，DH9掺量为0.005％，塌落度、含气量均满足要求。

掺入水溶性纤维素醚增粘剂试验：掺入一定量增粘剂后，混凝土粘聚性增加，基本无泌水，SP一8N掺量为1.45％，单位用水量177kg/m3，流动性、含气量均满足要求。

为检验高流态混凝土能否满足设计力学强度指标、抗压弹性模量和极限拉伸值、抗冻和抗渗等耐久性和变形性能，进行厂28天龄期的试验。从试验结果看，各项指标均满足设计要求。

最后试验选定使用的配合比见表2。
表2 高流态混凝土配合比
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设计标号 级配 水灰比 砂率 单位用水量
粉煤灰掺量
设计陷度
外加剂掺量
ZB－1A 设计含气量
DH9
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R90300
D250S10 二 0.37 44.5 160 25 25.27 0.8 0.0045.5
～6.5
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高流态混凝土加入高缓凝减水剂和引气剂，随着掺量增加，含气量增加，气泡增多在混凝土中起到一定的润滑作用，增大流动性，同时对抗冻有利，但含气量过大，混凝土强度降低较多，所以含气量应控制在7.5％～8.5％为好。其次，掺入一定量的增粘剂，对高流态混凝土粘聚性有利，减少因流动性大而容易产生的骨料分离及离析作用，满足其和易性要求；

掺入粉煤灰对高流态混凝土流动性影响很大，高质量的粉煤灰可代替部分细砂，并对水泥颗粒有分散作用，起到增加和易性、流动性的良好效果。

4 高流态混凝土在三峡工程中的应用

高流态混凝土具有高流动性，良好的抗材料分离性、间隙通过性和抗堵塞性等，针对这些特性，高流态混凝土主要被应用于管道底部、孔口周围、钢筋比较密集不易振捣的部位。本工程主要应用于左厂1#一10#坝段钢管坝内斜直段至下平段钢管底部，共需浇筑高流态混凝土约3.2万m3，目前共浇筑完成高流态混凝土约1.2万m3，对施工完的部位采取敲击法进行检查，结果表明，钢管底部充填密实性好，脱空面积小、部位少，脱空程度较常规采用高陷度?混凝土有明显改观，施工质量得到保证。

高流态混凝土的质量对原材料的受动很敏感，从拌和、运输、入仓、浇筑等各个环节都要求严格控制，因此对现场施工人员的要求不高，而对技术管理人员的要求较高，混凝土搅拌必须均匀，否则会产生离析，投料顺序最好是先搅拌砂浆，最后投入骨料。

根据现已施工完的高流态混凝土情况看，主要采用郑州产4X3m3自落式拌合楼拌合，6m3自卸车运输，门机或缆机吊6m3罐入仓。在浇筑钢管坝内斜直段底部时也采用了顶带机通过皮带流简直接入仓，效果良好。

在浇筑过程中考虑到高流态混凝土易流动，浇筑时首先用常规混凝土浇筑钢管两侧，在钢管底部8m范围内形成“U”形槽，其次，尽可能采用常规级配混凝土充填，缩小预留槽体积，减小高流态混凝土的用量。最后，采用高流态混凝土从一侧下料回填，待钢管底部充填密实后，从两侧下料填平收仓，浇筑过程中尽量降低下料口的高度，避免骨料分离。高流态混凝土虽然属门流密实混凝土，但浇筑时为保证施工质量要求在能振捣的情况下尽量振捣。

5 高流态混凝土配合比优化

高流态混凝土通过现场实际应用，现在使用的配合比已基本能够满足要求，但是施工过程中有粗骨料与砂浆分离的现象，针对这一情况，公司试验室对这一配合比进行了进一步优化。试验材料选择过程与前述相同，外加剂方面增加了增粘剂，减水剂采用了南京水科院生产的JM一Ⅱ泵送剂。

从试验结果看，粗骨料采用小石：中石＝60：40，减水剂掺量采用0.75％时混凝土拌和物流动性较好，增粘剂的使用更有效缓解了泌水较大和骨料分离的现象。JM一Ⅱ同ZB lA相比较，JM一Ⅱ与DH9的相溶性差，因此引气剂DH9的掺量相对高，具体控制含气量应达到设计含气量为准，从总体讲，掺用增粘剂和骨料级配、砂率的调整，使现存的骨料分离问题得到了解决。采用优化配合比预计浇筑高流态混凝土约2万m3，具体数据见表3。

表3高流态混凝土优化后配合比
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混凝土设
计要求 级配 水胶比 设计塌落度
设计扩散度
cm） 用水量
kg/m3 粉煤灰掺量
砂率
外加剂掺量
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增粘剂　 JM-II DH9
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R90300
D250S10 二 0.37 25～27 60±5 160 25 46 1.2 0.75 0.007

6 几点体会

(1)高流态混凝土用于浇筑引水压力钢管底部是成功的。其施工性能优异，可大大加快施工速度，减少劳动强度，可以避免因振捣不足而引起原混凝土质量问题，保证了混凝土施工质量。

(2)高流态混凝土从试验到现场使用情况看，配合比参数基本合理，满足设计指标要求，通过进步的优化配合比，使高流态混凝土的性能更好。

(3)高流态混凝土每方水泥用量都在300kg以上，因此，在有温控要求的结构部位，应采取有效的温控措施，控制好混凝土的出机口温度、入仓温度和浇筑温度，并且加强混凝土冷却及养护。

(4)高流态混凝土在现场施工中要严格管理，控制过程要准，浇筑时要认真细致，注意高流态混凝土的流动范围，注意骨料分离状况。

(5)高流态混凝土在三峡工程的试验及现场应用的成功，可使水利工程复杂结构施工水平和质量上一个台阶。特别是应用于钢管道底部，孔洞周边、预制结构、地下工程结构复杂、钢筋密集的隧洞，斜井、竖井等。同时，也为该技术的推广和应用展示了广阔的前景。

(6)高流态混凝土在钢管底部及其它钢筋密集的部位已普及使用，得到了业主、设计和监理单位的认可，在今后的施工中，我们将从现场管理方面总结经验，不断优化。