南水北调东线工程高性能泵站混凝土试验研究

陈建国，周立新，胡智农

（1.广西壮族自治区水利科学研究院，南宁 530023；2.南京水利科学研究院，南京 210000）

南水北调东线工程高性能泵站混凝土试验研究

陈建国1，周立新1，胡智农2

（1.广西壮族自治区水利科学研究院，南宁 530023；2.南京水利科学研究院，南京 210000）

针对南水北调东线工程泵站混凝土高性能化的要求，通过掺入超细掺合料及高效外加剂，配置出了不同强度等级的高性能混凝土。并且研究了不同强度等级混凝土力学性能、耐久性能及体积稳定性。研究结果表明：掺入超细掺合料及高效外加剂，改善了混凝土力学性能、耐久性能及体积稳定性，实现了泵站混凝土高性能化的要求。

南水北调东线工程；泵站混凝土；力学性能；耐久性能；体积稳定性

南水北调东线工程利用江苏省江水北调工程，扩大规模，向北延伸。规划从江苏省扬州附近的长江干流引水，利用京杭大运河及与其平行的河道输水，连通洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖，并作为调蓄水库，经泵站逐级提水进入东平湖后，分水两路，一路向北穿黄河后自流到天津；另一路向东经新辟的胶东地区输水干线接引黄济青渠道，向胶东地区供水。因此，南水北调东线工程需要新建大量泵站，泵站混凝土质量直接关系到南水北调东线泵站工程的质量。

国内外大量学者对混凝土耐久性进行了比较深入的研究，许多论著［1-3］取得了一定成果。现今，掺合料的研究是使混凝土高性能的常见手段，比较常用的是单掺粉煤灰［4-7］可以改善新拌混凝土的工作性能，减少坍落度损失，而且对改善水泥浆体密实性，提高抗渗性乃至耐久性均有良好作用。但是系统研究泵站混凝土力学性能、耐久性及体积稳定性相关研究并未见报道。本文通过大量的室内研究，配置出了南水北调工程C20，C25，C30高性能泵站混凝土。

1 试验原材料及配合比

1.1 原材料

泵站工程采用淮安沂州水泥有限公司生产的沂州牌P·O42.5#水泥，粉煤灰采用了邳州市力源徐电有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰，纤维采用了江苏丹阳合成纤维厂生产的聚丙烯丹强丝，细骨料为骆马湖砂，骨料为盱眙产的玄武岩碎石。

1.2 配合比

试验配合比见表1、表2及表3。

表1 C20高性能泵站混凝土试验配合比单位：%

表2 C25高性能泵站混凝土试验配合比单位：%

表3 C30高性能泵站混凝土试验配合比单位：%

2 试验结果及讨论

2.1 抗压强度

试验参照SL352—2006《水工混凝土试验规程》中的规定进行。分别进行了C20，C25，C30不同强度等级的混凝土强度试验。试验结果见表4。

表4 C20，C25，C30立方体抗压强度试验结果

从表4可以看出，对于C20级混凝土，7d抗压强度随着粉煤灰掺量的增加先下降后增加，原因是粉煤灰在早期只起填充作用，而粉煤灰掺量从10%增加到30%，混凝土强度又在增加，这主要是因为增加粉煤灰掺量的同时进一步降低了水胶比，因此，水胶比是决定混凝土抗压强度的关键因数。对于C25，C30级混凝土早期7d和28d强度都比较接近，这说明降低水胶比是解决混凝土抗压强度和粉煤灰掺量之间矛盾的关键。而后期，90d混凝土抗压强度随着粉煤灰掺量的增加都有所提高，这是因为随着粉煤灰中活性SiO2和Al2O3与水泥水化产物Ca（OH）2作用，生成具有胶凝性能的二次产物水化硅酸钙和水化铝酸钙，使水泥石中的水化胶凝物质的数量增加，改善了混凝土的微观结构，使水泥浆体的孔隙率明显下降，强化了骨料界面的粘结力，提高了混凝土的强度。

2.2 轴心抗压强度与轴心抗压弹性模量

试验参照SL352—2006《水工混凝土试验规程》中的规定，分别进行了C20，C25，C30不同强度等级的混凝土轴心抗压强度与抗压弹模试验。试验结果见表5。

表5 混凝土轴心抗压强度与抗压弹性模量

由表5可知，混凝土轴心抗压强度和抗压弹性模量随着混凝土抗压强度的提高而提高，粉煤灰掺量增加的同时降低水胶比，可以提高混凝土的轴心抗压强度和抗压弹性模量，说明水胶比仍是影响混凝土轴心抗压强度和抗压弹性模量的关键因数。

2.3 抗渗性

试验参照SL352—2006《水工混凝土试验规程》中的规定。分别进行了C20，C25，C30不同强度等级的混凝土抗渗性试验。试验结果见表6。

表6 抗渗试验结果

由表6可以看出：①C30混凝土抗渗性好于C25和C20，其主要原因是C30的水胶比＜C25＜C20；②C20，C25，C30混凝土都随粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗渗性变好，这是因为粉煤灰效应的两次水化作用、减水作用和微骨料作用使混凝土的密实度大大提高，改善了混凝土的孔结构，降低了混凝土的孔隙率，有效地提高了混凝土的抗渗性能。再者，复合外加剂的加入所形成的微小气泡切断毛细孔连续性，隔断了水泥石中水的毛细渗透通道，从而降低了混凝土的渗透性。

2.4 抗冻性

试验参照SL352—2006《水工混凝土试验规程》中的规定。分别进行了C20，C25，C30不同强度等级的混凝土抗冻性试验。试验结果见表7。

表7 混凝土抗冻性能试验

由表7可知，经过300次冻融循环之后，C20混凝土动弹性模量损失不超过20%，C25，C30混凝土动弹性模量损失不超过15%，具有较好的抗冻性，能很好地满足泵站混凝土的抗冻要求。各组配比总的规律都是随着冻融次数的增加混凝土动弹性模量降低，300次冻融循环后，同一强度等级，不同粉煤灰掺量的混凝土相对动弹性模量接近。

2.5 干缩性能

试验参照SL352—2006《水工混凝土试验规程》中的规定。分别进行了C25，C30不同强度等级的混凝土干缩性能试验。试验结果见图1和图2。

由图1和图2可知：①C30混凝土干缩率＞C25混凝土的干缩率。虽然混凝土中胶凝相较为密实，但平均孔隙直径相差明显，C30要小于C25各组。根据毛细管应力理论，毛细孔越小则失水时引起的毛细管张力越大，造成干缩率增大，故C30各组干缩明显大于C25各组。②增加粉煤灰掺量的同时降低水胶比，混凝土干缩率增加，说明水胶比仍然是影响混凝土干缩率的关键因素。

图1 C25混凝土干缩率随龄期的变化

图2 C30混凝土干缩率随龄期的变化

3 结语

（1）C20，C25，C30配比混凝土试件各龄期的立方体抗压强度均达到设计指标，且显现出比较相似的规律，除C20混凝土7d强度随着粉煤灰掺量的增加先下降后提高，其余各组配比强度均随着粉煤灰掺量的增加而略有提高。混凝土轴心抗拉强度、轴心抗压强度、抗拉弹模和抗压弹性模量与混凝土抗压强度呈现出类似的规律，所有配比的拉压比都在0.1左右，拉压比较高，有利于提高泵站混凝土抗裂水平。

（2）C20，C25，C30各组配比混凝土的抗渗性随着粉煤灰掺量的增加而提高，说明粉煤灰可以优化混凝土孔结构，提高混凝土的抗渗性，抗渗等级都能达到W8；通过加入不超过30%的一级粉煤灰，同时加入0.75%左右的萘系减水剂和0.012%左右的松香热聚物类引气剂，控制混凝土含气量在4%左右，泵站混凝土抗冻等级能够达到F300。

（3）C25和C30各配比干缩率均比较，表现出相似规律，即早期干缩较大，而后期干缩趋于平稳，对泵站混凝土应加强早期养护。与此同时随着胶凝材料用量的增加，混凝土试件的干缩率有明显增加。

［1］赵国藩，金伟良，贡金鑫.结构可靠度理论［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.

［2］张誉.结构耐久性研究的展望——现代土木工程的新进展［M］.南京:东南大学出版社，1998.

［3］吴中伟，廉惠珍.高性能混凝土［M］.北京:中国铁道出版社，1999.

［4］尹茂，文梓芸.混凝土耐久性设计及寿命预测新思维［J］.混凝土与水泥制品，2000（2）:18-20.

［5］颜承越，颜小斌.粉煤灰混凝土碳化速度验评的几个问题［J］.粉煤灰，1995（3）：20-25.

［6］王维忠.对粉煤灰混凝土的碳化、钢筋锈蚀的调查研究［J］.科学研究，2002（2）：21-22.

［7］杨静，覃维祖.粉煤灰对高性能混凝土的影响［J］.混凝土与水泥制品，1998（5）:10-14.

Research on Concrete of Pump Station in the East Route of South-North Water Diversion Project

CHEN Jian-guo1，ZHOU Li-xin1，HU Zhi-nong2
（1.Guangxi Hydraulic Research Institute，Nanning 530023，China；
2.Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210000，China）

To achieve high performance concrete of pump station of the East Route in South-North Water Diversion Project，double-admixing with super fine powder and high efficient additives was used to make different strength concrete. Mechanical properties，durabilityand stability were studied.The results show that mechanical properties，durability and stability were improved by double-admixing with super fine powder and high efficient additives，Realized high performance concrete of pump station.

East Route in South-North Water Diversion Project；concrete of pump station；mechanical properties；durability；stability

TV431

A

1672-9900（2013）01-0047-04

2012-10-29

陈建国（1984-），男（汉族），江苏常州人，工程师，主要从事水工混凝土材料研究，（Tel）13878164958。