特高压工程自密实混凝土性能试验研究

刘林田，林家兴，韩荣国，郝同亮，华烨，居乐

（山东送变电工程公司，山东济南250000）

特高压工程自密实混凝土性能试验研究

刘林田，林家兴*，韩荣国，郝同亮，华烨，居乐

（山东送变电工程公司，山东济南250000）

自密实混凝土性能规律的研究可对不同等级变电站防火墙的施工提供重要的参考及借鉴作用。文章基于临沂当地自自密实混凝土原材料，开展自密实混凝土工作性能及力学试验，研究了不同水胶比、砂率和高效减水剂含量参数下自密实混凝土的性能规律，并对试验结果在临沂1000 kV特高压变电站防火墙的应用进行效益分析。结果表明：当水胶比为0.39、砂率为0.39、高效减水剂为1.0% 时，自密实混凝土工作性能达到最佳状态，流动性较好且成型密实均匀；抗压及抗拉强度在3～7 d增长最快，抗压强度在28 d时均值为37 MPa，满足了防火墙C30的等级要求；临沂1000 kV变电站自密实混凝土防火墙采用减水剂、水泥、粉煤灰、矿粉、水、砂和碎石分别为 3.7、185、130、55、144、668、1045 kg／m3的配合比，提高了经济和社会效益，同时满足了防火墙的耐久性能和力学性能要求。

特高压工程；自密实混凝土；防火墙；试验研究

0 引言

变电站防火墙通常采用普通C30混凝土浇筑，其质量强度依赖于施工工人的振捣水平，尤其容易出现漏振现象，致使混凝土的密实均匀程度差，强度达不到要求［1-3］。但是采用自密实混凝土防火墙施工可以在混凝土浇筑过程中无需振捣只靠自重便可均匀、密实地填充复杂模型，而且高性能混凝土硬化后，满足了防火墙强度和耐久性要求［4-5］。自20世纪80年代以来，国内外学者对自密实混凝土进行了大量的研究工作。Okamura等提出了自密实混凝土概念［6］；Ozawa通过对自密实混凝土的研究，证明了自密实混凝土具有良好的流动性、间隙通过性、抗离析性［7］。试验过程中发现自密实混凝土良好的工作性能，不仅降低了噪声污染，节约了劳动力，缩短了工期，而且满足了结构耐久性和强度要求［8-12］。冯乃谦提出了流态混凝土概念［13］；北京城建集团构件厂在大流动性高强度混凝土基础上研制了免振捣高性能混凝土，并将研究成果应用到了工程实践中［14］。综上所述，自密实混凝土在国内外大型复杂工程上得到了充分广泛的应用。

但是，由于特高压防火墙结构细薄、高细，内部钢筋稠密复杂，强度等级要求高，目前并未见到自密实混凝土应用到特高压变电站防火墙工程。文章收集查阅临沂当地自密实混凝土的原材料，开展自密实混凝土工作性能及力学试验，研究不同水胶比、砂率和高效减水剂含量参数下自密实混凝土的性能规律，并对试验结果在临沂1000 kV特高压变电站防火墙的应用进行效益分析，可对不同等级变电站防火墙的施工提供重要的参考及借鉴作用。

1 材料与方法

1.1 原材料的选择

自密实混凝土原材料就地取材，水泥选用沂南中联水泥有限公司生产的P.O42.5R普通硅酸盐水泥；粗骨料选用石灰石碎石，5～10 mm级配和10～20 mm级配复合使用；细骨料选用级配良好的临沂沭河中粗砂；粉煤灰选用日照海能有限公司生产的Ι级粉煤灰；矿渣粉选用日照京华；减水剂选用临沂高强建材有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂（SUNBO PC-1016）；水采用饮用水。

1.2 试验内容

采用旋转流变仪测试自密实混凝土的屈服应力和塑性黏度；通过坍落扩展度试验、T500试验、L型仪试验、U型仪试验分别测试自密实混凝土填充性、间隙通过性、抗离析性等工作性能；采用WE-30B液压式万能试验机、YNS2000电液伺服压力试验机分别测试自密实混凝土试件的抗压和抗拉强度。

1.3 试验方法

自密实混凝土防火墙配合比按固定砂石体积含量法［15-16］设计计算。试验方案分别选取不同水胶比（0.35、0.37、0.39、0.41、0.43）、砂率（0.35、0.37、0.39、0.41）、高效减水剂掺量（0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%）配制自密实混凝土，并分别进行流变仪试验、坍落扩展度试验、T500试验、L型仪试验、U型仪试验测试自密实混凝土的工作性能，分析对比数据，找出最佳自密实混凝土配合比。

自密实混凝土力学性能试验主要包括抗压强度和抗拉强度试验。自密实混凝土均采用100 mm×100 mm×100 mm的标准试块，保持适宜温度及湿度对试块进行养护，养护至龄期取出进行试验。试验中分别选取上述不同的水胶比、砂率、高效减水剂掺量配制的自密实混凝土试块，然后多组试块分别通过液压式万能试验机和电液伺服试验机，分别在龄期3、7、28 d情况下，进行抗压强度和抗拉强度试验，研究水胶比、砂率和减水剂用量3个因素对自密实混凝土力学性能的影响。

2 结果与分析

2.1 不同水胶比对自密实混凝土性能的影响

2.1.1 对自密实混凝土工作性能的影响

采用水胶比为 0.35、0.37、0.39、0.41、0.43，分别进行5组自密实混凝土工作性能试验，其结果如图1所示。

由图1（a）、（b）可知，随着水胶比的增加，自密实混凝土的屈服应力呈现逐渐下降趋势，特别是水胶比为0.39时，屈服应力最小，塑性黏度最大。由图1（c）～（g）可知，随着水胶比的增加，自密实混凝土的坍落度、坍落扩展度、阻滞率、填充高度均相应的增大；而T500的时间逐渐减小，说明了水胶比含量对于自密实混凝土工作性能有很大的提高，较小的水胶比会导致混凝土工作性能的损失。特别是水胶比为0.39时，自密实混凝土的填充高度及阻滞率均有很大的拐点，表明了此时自密实混凝土的工作性能较佳。

图1 不同水胶比下自密实混凝土的工作性能曲线图

2.1.2 对自密实混凝土力学性能的影响

为了分析不同水胶比对自密实混凝土抗压强度和抗拉强度的影响，试验中采用不同水胶比，分别进行自密实混凝土试块在龄期3、7、28 d的抗压强度和抗拉强度试验。不同水胶比对自密实混凝土力学性能的影响如图2所示。

图2 不同水胶比对自密实混凝土力学性能的影响曲线图

由图2（a）可知，随着水胶比的增大，自密实混凝土的抗压强度逐渐下降，并且在3～7 d的龄期内，自密实混凝土的抗压强度迅速增大，而7 d后增长较缓。特别是水胶比为0.39时，自密实混凝土的抗压强度在3～7 d增加最快，在28 d抗压强度达到37.6 MPa，满足了自密实混凝土防火墙C30的等级要求。由图2（b）可知，自密实混凝土的抗拉强度随着水胶比的增大呈现逐渐下降趋势。同样，自密实混凝土的抗拉强度在3～7 d的龄期内增长较快，7 d后增长较缓。

2.2 不同砂率对自密实混凝土性能的影响

2.2.1 对自密实混凝土工作性能的影响

采用砂率为 0.35、0.37、0.39、0.41，分别进行 4组自密实混凝土工作性能试验，其结果如图3所示。

由图3（a）、（b）可知，随着砂率的增加，自密实混凝土屈服应力呈现先低后高趋势。特别是当砂率为0.39时，自密实混凝土屈服应力最小，而塑性黏度呈现上升趋势。由图3（c）～（g）可知，当砂率小于0.39时，随着砂率的增加，自密实混凝土的坍落度、坍落扩展度、阻滞率及填充高度逐渐升高，而T500时间逐渐减少，表明了自密实混凝土的工作性能随着砂率的增加逐渐得到改善；当砂率大于0.39时，自密实混凝土的坍落度、坍落扩展度、阻滞率及填充高度随着砂率增加而降低，而T500时间逐渐增加，表明自密实混凝土的工作性能开始变差。特别是砂率为0.39时，自密实混凝土各项工作性能均到达了峰值，而T500所用时间最短，此时自密实混凝土的工作性能最佳。

2.2.2 对自密实混凝土力学性能的影响

保持砂和碎石总量恒定，通过改变砂率分别进行自密实混凝土3、7、28 d的抗压强度和抗拉强度试验，其结果如图4所示。

由图4（a）可知，自密实混凝土的抗压强度随着砂率的增大均降低。其抗压强度在3～7 d迅速增大，而7 d后增长较缓。尤其是当砂率为0.39时，自密实混凝土的抗压强度在3～7 d斜率最大，增加最快，在28 d抗压强度达到35.2 MPa，同样满足了自密实混凝土防火墙C30的等级要求。因此，适当增加砂率有助于提高自密实混凝土的流动性，但同时砂率的增加也会导致混凝土硬化强度的降低。由图4（b）可知，自密实混凝土的抗拉强度随着砂率的增大反而减小。

2.3 不同高效减水剂含量对自密实混凝土性能影响

2.3.1 对自密实混凝土工作性能的影响

采用聚羧酸系高效减水剂含量为 0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%，分别进行 5组自密实混凝土工作性能试验，其结果如图5所示。

由图5（a）、（b）可知，随着高效减水剂含量的增加，自密实混凝土的屈服应力和塑性黏度呈现逐渐降低的趋势。当减水剂为1.0%时，自密实混凝土的屈服应力出现明显的的转折点，塑性黏度最大。此时自密实混凝土流变性能较好。由图5（c）～（f）可知，自密实混凝土的工作性能随着高效减水剂含量的增加呈现逐渐升高趋势，而T500时间逐渐减少，表明了自密实混凝土的工作性能随着高效减水剂含量的增加而逐渐得到改善。当高效减水剂含量为1.0% 时，自密实混凝土的坍落扩展度、T500、填充高度在此点的曲线斜率显著，说明减水剂含量为1.0%时，对自密实混凝土工作性能影响较大。

图3 不同砂率下自密实混凝土的工作性能曲线图

图4 不同砂率对自密实混凝土力学性能的影响曲线图

图5 不同减水剂含量下自密实混凝土的工作性能曲线图

2.3.2 对自密实混凝土力学性能的影响

保持砂石用量和胶凝材料恒定，通过改变聚羧酸系高效减水剂含量分别进行自密实混凝土3、7、28 d抗压强度和抗拉强度试验。不同减水剂含量对自密实混凝土力学性能的影响，如图6所示。

图6 不同减水剂含量对自密实混凝土力学性能的影响曲线图

由图6（a）可知，减水剂含量为 0.8%、0.9%、1.0%时，自密实混凝土的抗压强度逐渐增加，特别是当减水剂含量为1.0% 时，抗压强度最大为38.2 MPa。而随着减水剂含量的增加，自密实混凝土的抗压强度开始出现降低趋势，表明减水剂含量过多时，混凝土拌合物发生离析分层现象，从而使自密实混凝土的屈服应力和塑性黏度降低，改变了混凝土的力学性能，使得自密实混凝土抗压强度降低。由图6（b）可知，适量的减水剂可以增加自密实混凝土的抗拉强度。当减水剂含量超过1.0%时，自密实混凝土的抗拉强度开始降低。因此，自密实混凝土防火墙掺入减水剂含量为1.0%时，可达到预期的强度等级。

3 效益分析

结合自密实混凝土工作性能试验和力学试验结果分析，临沂1000 kV特高压变电站自密实混凝土防火墙采用减水剂、水泥、粉煤灰、矿粉、水、砂和碎石。分别为 3.7、185、1130、55、144、668、1405 kg／m3的配合比。

3.1 经济效益

临沂1000 kV特高压变电站防火墙采用自密实混凝土施工工艺符合国家电网公司“两型一化”和“绿色环保”的要求。自密实混凝土的高流动性保证了混凝土穿过高细复杂钢筋结构，均匀充分地填充模板，达到混凝土防火墙良好的密实效果；自密实混凝土的高稳定性保证了混凝土质量均匀一致，不泌水、骨料不离析［17］。采用自密实混凝土防火墙，不仅提高了工作效率，改善了工作环境，而且降低了工人的劳动强度，缩短了工期，实现了防火墙的耐久性和高强度要求。

采用C30自密实混凝土防火墙的结合经济效益主要表现为

（1）成型密实均匀，表观质量较佳，减少了修补气泡和麻面等修复费用。

（2）无需振捣，节省了劳动力和工器具，减少了电费、机械费及人工费。

（3）施工荷载降低，危险源隐患减少，降低了搭设脚手架及脚手板的费用。

（4）依靠自重密实成型，无需振捣，缩短了施工工期，保证了预埋管件、钢筋位置，减少了相应的加固费用。

3.2 社会效益

临沂1000 kV特高压变电站采用C30自密实混凝土防火墙的社会效益主要体现为

（1）自密实混凝土原材料采用粉煤灰、矿渣，有利于废物的利用和环境的保护。

（2）自密实混凝土无需振捣，降低了噪音污染，缩短了工程建设周期。

（3）自密实混凝土施工工艺荣获山东送变电工程公司2016年度科学技术进步一等奖。

4 结论

通过上述研究可知：

（1）当水胶比为 0.39、砂率为 0.39、高效减水剂为1.0%时，自密实混凝土屈服应力最小，塑性黏度逐渐增大，工作性能达到了最佳状态，呈现出较好的流动性及密实均匀程度。自密实混凝土抗压强度在3～7 d增加最快，在28 d时抗压强度均值为37 MPa，满足了防火墙C30的等级要求。同时，抗拉强度在3～7 d迅速增加，在28 d时抗拉强度为4.4 MPa。

（2）临沂1000 kV特高压变电站自密实混凝土防火墙采用减水剂、水泥、粉煤灰、矿粉、水、砂和碎石分别为3.7、185、130、55、144、668、1045 kg／m3的配合比。混凝土依靠自重及高流动性能够均匀、密实地填充模板，节省劳动力和工器具费用，提高了经济和社会效益，同时满足了防火墙耐久及力学性能要求，并且墙面色泽均匀密实，美观漂亮。

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Experimental study on performance of self-compacting concrete of UHV engineering

Liu Lintian，Lin Jiaxing*，Han Rongguo，et al.
（Shandong Electrical Power Supply＆Transformation Engineering Co.，Ltd.，Jinan 250000，China）

The research on thematerial performance regularity of self-compacting concrete can provide important reference for the construction of differentgrade substation firewall.Based on Linyi local selfcompacting raw materials，to carry out the performance and mechanical tests of self-compacting concrete，the properties of self-compacting concrete under differentwater-cement ratio，sand rate and superplasticizer content were studied.And the benefits of the test results applied to Linyi 1000kV substation firewallwere analysed The test results were applied to Linyi 1000 kV substation firewall.The results show that when the water-cement ratio is 0.39，the sand rate is 0.39 and the superplasticizer is 1.0%，self-compacting concrete working performance has reached the best condition with better liquidity forming dense uniform.The compressive and tensile strength grows fastest during 3～7 d，and the compressive strength is at average of 37 MPa in 28th d，meeting the requirements of the firewall C30.Linyi1000 kV substation self-compacting concrete firewall is at the following ratio：water reducing agent3.7 kg／m3，cement185 kg／m3，fly ash 130 kg／m3，slag 55 kg／m3，water 144 kg／m3，sand 668 kg／m3，gravel 1045 kg／m3，improving the economic and social benefits and meeting the requirements of the durability and mechanical performance of the firewall.

UHV engineering；self-compacting concrete；firewall；experimental study

TU502

A

1673-7644（2017）05-0447-08

10.12077／sdjz.2017.05.007

2017-09-21

刘林田（1982-），男，工程师，学士，主要从事变电站工程施工及管理等方面的研究.E-mail：38183771＠qq.com

*：林家兴（1989-），男，助理工程师，硕士，主要从事变电站工程施工等方面的研究.E-mail：980860359＠qq.com

（学科责编：赵成龙）