某地下工程自防水泵送混凝土应用研究

赵兴杰，张忠陵，孙厚坤

（济南军区第七空防工程处，江苏 徐州 221000）

某地下工程自防水泵送混凝土应用研究

赵兴杰，张忠陵，孙厚坤

（济南军区第七空防工程处，江苏 徐州 221000）

针对地下工程泵送混凝土施工时易产生裂缝、渗水现象，采用粉煤灰、膨胀剂、缓凝高效减水剂“三掺”技术，优化配合比设计，配制自密实混凝土，可以有效控制裂缝，达到自防水效果。试验研究和工程实践表明复合外掺剂有效地提高了混凝土流动性，增加了混凝土的密实度，提高了混凝土的抗渗性能，可以满足地下工程结构自防水的设计要求。

地下工程；混凝土；自防水；泵送

地下混凝土结构在浇筑硬化过程中，由于温差收缩和干燥收缩而产生温度裂缝和干缩裂缝，是混凝土早期开裂的主要因素。混凝土开裂引起渗漏，严重影响了使用和美观，更加危险的是裂缝在长期荷载及地下水压、土压作用下会加深加大，引起结构内部钢筋的锈蚀，从而缩短建筑物的使用寿命。裂缝的产生严重影响地下结构的防水功能，对结构的抗渗性、整体性、耐久性和承载能力十分不利。抗裂是防渗的前提，通过掺入粉煤灰、膨胀剂和缓凝高效减水剂并合理选择混凝土配合比来提高混凝土自身的抗渗能力，配制满足设计要求的自密实自防水混凝土以达到防水效果，具有施工简便，抗渗性和耐久性优良，造价低和工程进度快的优点。可以预见，自防水混凝土因为具有防水和承重双重功能，作为一种特殊的刚性自防水材料必将有巨大的发展空间。

1 自防水泵送混凝土技术方案与配合比设计

1.1 技术方案

根据自密实混凝土应用技术规程的要求，［1］并参考地下工程防水技术［2］和混凝土泵送施工技术［3］的要求精心选材。采用掺入膨胀剂、粉煤灰、缓凝高效减水剂的“三掺”技术方法，并考虑骨料粒径及砂率等因素的影响，解决新拌混凝土高流动性和抗离析性之间的矛盾，并通过降低水化热和膨胀补偿收缩的方式有效提高硬化水泥的体积稳定性，同时满足和易性、强度与耐久性要求。

1.2 配合比设计

1.2.1 原材料选用

（1）水泥：42.5RP·O水泥，28 d抗压强度48 MPa。

（2）粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，细度（45μm筛筛余量）2%，需水量比89%，密度2.5 g/cm3。

（3）砂子：中砂，级配合格，密度2.61 g/cm3，堆积密度1 480 kg/cm3，含泥量1.3%。

（4）石子：花岗岩碎石，粒径5～20 mm，密度2.78 g/cm3，堆积密度1 650 kg/cm3，含泥量0.3%。

（5）膨胀剂：硫铝酸盐型膨胀剂（UEA）。

（6）外加剂：FDN－5缓凝高效减水剂。

1.2.2 混凝土配合比

试验设计自密实混凝土的强度等级为 C60。参考普通混凝土配合比设计和混凝土泵送施工技术要求，［4］综合考虑水灰比、水泥用量、砂率、外加剂用量等因素，经过试拌调整，确定了5个混凝土配合比，每个配比分别成型6组（18个）标准抗压强度试件，在标准条件下养护28 d进行强度测定。具体配合比与抗压强度结果见表1。

表1 混凝土配合比与试验结果

根据表1的结果，施工混凝土均方差按5 MPa考虑，3号、4号及5号配比均能满足C60强度等级要求。综合考虑强度、水泥用量等因素，3号配比为最优配合比。

2 自防水混凝土试验与分析

参照混凝土外加剂应用技术规范和自密实混凝土应用技术规程，［5］对混凝土的自密实自防水性能进行试验验证。

2.1 混凝土自密实性试验

2.1.1 混凝土流动性试验

用坍落度、倒坍落度和坍落扩展度试验检测混凝土的流动性，并进行坍落度损失试验，测定30 min、60 min混凝土坍落度保留值，试验结果见表2。

表2 混凝土流动性、抗离析性试验结果

从表2可以看出，5种配比的坍落度、倒坍落度都满足设计要求，坍落度经时损失小，1 h坍落度损失值仅为5～10 mm，完全满足泵送混凝土施工规定的最不利条件下1 h坍落度损失值35～50 mm的要求。

2.1.2 混凝土抗离析性试验

用T50时间检测混凝土的抗离析性，试验结果见表2。

从T50试验和肉眼观测，所配混凝土具有良好的匀质性、抗离析性，坍落的浆体中部没有石子堆积现象，四周没有分层离析和泌水流浆现象，密实性很好。

2.2 混凝土自防水性能试验

2.2.1 混凝土抗裂性能试验

根据GB50119－2003规范中掺膨胀剂混凝土性能的要求，参照其附录 B进行了混凝土限制膨胀率和限制干缩率性能试验，结果见表3。

表3 混凝土抗裂性能试验

从表 3可以看出，四个配比混凝土的限制膨胀率均大于1.5×10－4，限制干缩率均小于3.0×10－4，表明这些混凝土的膨胀量很大，而收缩量很小，起到了补偿混凝土收缩的作用，增加了混凝土的密实度，能防止裂缝的出现，达到自防水效果。

2.2.2 混凝土抗渗性能试验

抗渗性能试验根据 GBJ82－85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行，每个配比用6个圆台形试件（尺寸为175×150 mm），从0.8 MPa开始加水压，每隔8 h水压增加0.1 MPa，直至水压力达到4.5 MPa，仍没有出现渗水现象，停止试验，取出试件，劈开试件观测渗水高度。另外根据ASTM C1202进行了抗氯离子渗透试验，结果见表4。［6］

表4 混凝土抗渗性能检验结果

从表4可以看出，静水压力试验达到4.5 MPa时试件全部不透水，试件劈开后观测其渗水高度仅为10 mm左右。氯离子渗透性能试验，6 h通过电量均小于600 C，根据ASTM C1202判断，属于氯离子渗透能力很低，说明上述混凝土抗渗性极高，能有效防渗漏，具有自防水功能。

2.3 混凝土自防水性能机理分析

粉煤灰中含有大量玻璃微珠，使水泥砂浆粘度和颗粒之间的摩擦力降低，水泥颗粒均匀分散，起到减水的作用，降低水泥用量和水胶比，减少水化热，防止温度裂缝产生，达到混凝土结构自防水的目的。混凝土中掺入一定量的膨胀剂，在钢筋和边界条件的约束下，可产生0.2～0.7 MPa自应力值，大致抵消由于混凝土干缩和徐变产生的拉应力，起到补偿收缩、防渗抗裂的作用。缓凝高效减水剂可使水泥浆体絮凝性结构变成均匀的分散结构，包裹的游离水被释放出来，有效地增加了拌和物的流动性，可大幅减少拌和用水量，减少混凝土的离析和泌水，提高混凝土的密实性，改善混凝土的孔隙结构，从而使混凝土的抗渗性有较大提高。

3 工程应用

某地下工程，所处山体岩石结构以页岩、砂岩、片岩为主，且有软弱夹层，地下水很丰富。根据防护等级要求，设计混凝土抗压等级为C60。为防止地下水渗漏洞体结构，取消后浇带，采用超长无缝设计。由于洞室断面狭小，且洞体较长，必须采用超长距离泵送免振捣自密实混凝土施工方式。采用本文中所配制的3号配合比，通过现场试验室试拌调整和搅拌站试泵，混凝土拌合物和易性、可泵性良好。搅拌机出口坍落度260 mm，入泵坍落度250 mm，泵送距离400 m左右，泵口混凝土坍落度220 mm，浇筑了长度分别为36 m、28 m的洞室，拆模后洒水养护7～14 d，观测洞内侧墙和拱顶均未发现裂缝和渗水现象，表明本文研究确定的混凝土配合比完全能够达到自密实、自防水的效果。现场预留混凝土试件12组，28d抗压强度为70MPa，满足设计强度要求。

1《自密实混凝土应用技术规程》（CECS 203：2006）

2《地下工程防水技术规范》（GB 50108－2001）

3《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T 10－95）

4《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55－2000）

5《混凝土外加剂应用技术规范》（GB 50119－2003）

6《Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloridelon Penetration》（ASTM C 1202－05）

The Research of Self－water Proofing and Deliver by Pum ping Concrete of a Undergrround Project

Zhao Xingjie, Zhang Zhongling, Sun Houkun

Directed against the problem of crack and water penetrating in the construction of underground project using pump sending concrete, according to m ix fly ash, expansive admixture and retarded high efficient water reducing admixture, optimize m ix proportion design, prepare self－compacting concrete in order to control the crack and meet the require of self－water proofing. Through the laboratory test and engineering practice, it prove that compound besides m ix agent effectively improve the fluidity and compactness of the concrete, therefore improve the anti－penetrability of concrete, satisfied the design requirement of self－compacting and self－water proofing concrete.

underground project; concrete; self－water proofing; deliver by pumping

TU528

A

1000－8136（2010）33－0006－02