模袋混凝土技术指标分析

高 渊,吉仁古日巴,郑佳伟,张 亮

(内蒙古新禹水利水电工程建设有限公司，内蒙古 巴彦淖尔 015000，内蒙古自治区水利工程建设质量与安全监督中心站，内蒙古 呼和浩特 010000)

1 模袋混凝土现状

目前国家还没有制定出台模袋混凝土施工规范，为确保模袋混凝土质量能够达到设计指标要求，具有可操作性，本文对模袋混凝土配合比设计及关键技术指标进行分析。

2 模袋混凝土控制要点

2.1 原材料控制

粗、细骨料，粉煤灰，水泥及拌合水的品质应符合相应要求[1]。

模袋混凝土设计要求具有抗冻性能，应掺用引气剂。混凝土出机的含气量不宜超过7%。高效引气减水剂其减水率不得低于35%，否则混凝土达不到自密要求。

2.2 模袋混凝土特性

模袋混凝土拌合物性能除应满足普通混凝土拌合物对凝结时间、黏聚性和保水性等要求外，还应满足自密实性能的要求。

自密实模袋混凝土拌合物的坍落扩展度性能等级适用SF1级，技术要求满足550～655mm，扩展时间T500性能等级适用VS1，技术要求≥2s[2]。

2.3 模袋混凝土配合比设计

自密实混凝土配合比设计宜采用绝对体积法[3]。初始配合比设计宜符合下列规定。

(1)粗骨料体积及质量的计算满足下列要求：

粗骨料的体积Vg可按表1选用。

表1 每立方米混凝土中粗骨料的体积单位：m3

为了现场更好的满足自密实混凝土性能，Vg选取0.32。

粗骨料的质量mg:

mg=Vg*ρg

(1)

式中，ρg—粗骨料的表观密度，kg/m3。

河套地区5～20mm天然粗骨料的表观密度相对稳定，取平均值2540kg/m3。

mg=0.32*2540=813kg

(2)砂浆体积Vm：

Vm=1-Vg

(2)

Vm=1-0.32=0.68

(3)砂浆中砂的体积分数Φs可取0.42～0.45。

(4)砂的体积Vs和质量ms：

Vs=Vm*Φs

(3)

ms=VS*ρS

(4)

式中，ρS—砂的表观密度，kg/m3。

河套地区天然中砂的表观密度相对稳定，取平均值2350kg/m3。

Vs=0.68*0.45=0.306

ms=0.306*2350=719kg

根据大量实验室试配及现场实验，既能满足混凝土设计要求，又能满足现场施工要求，最优砂率不大于50%。

(5)砂浆体积Vp：

Vp=Vm-Vs

(5)

Vp=0.68-0.306=0.374

(6)胶凝材料表观密度ρb:

根据矿物掺合料和水泥的相对含量及各自的表观密度确定：

(6)

式中，ρm—矿物掺和料的表观密度，kg/m3；ρc—水泥的表观密度，kg/m3；β—每立方米混凝土中矿物掺和料占胶凝材料的质量分数，%。

ρc=2900kg/m3

ρm=2200kg/m3

β=25%

(7)水胶比mw/mb应符合下列规定：

当具备试验统计资料时，可根据工程所使用的原材料，通过建立的水胶比与自密实混凝土抗压强度关系式来计算得到水胶比[8]。

当不具备上述试验统计资料时，水胶比计算：

(7)

式中，mb—每立方米混凝土中胶凝材料的质量，kg；mw—每立方米混凝土中用水的质量，kg；fce—水泥的28d实测抗压强度，MPa；r—矿物掺合料的胶凝系数，粉煤灰(β≤0.3)可取0.4、矿物粉(β≤0.4)可取0.9。

=0.51

因考虑到此数值为未加减水剂算得的水胶比，按照JGJ/T283- 2015《自密实混凝土应用技术规程》的要求，最大水胶比为0.45，所以水胶比取0.45。

(8)自密实混凝土中胶凝材料的质量mb根据砂浆体积Vp、胶凝材料的表观密度ρb、水胶比mw/mb等参数确定：

(8)

式中，Va—每立方米混凝土中引入空气的体积，L，对于非引气型的自密实混凝土，Va可取10～20L；ρw—每立方米混凝土中拌合水的表观密度，kg/m3，取1000kg/m3。

含气量选取6%，Va=60L=0.06m3

(9)用水的质量mw应根据混凝土中胶凝材料质量mb以及水胶比mw/mb确定：

mw=mb*(mw/mb)

(9)

mw=383*0.45=172kg

(10)水泥的质量mc和矿物掺合料的质量mm应根据混凝土中胶凝材料的质量mb和胶凝材料中矿物掺合料的质量分数β确定：

mm=mb*β

(10)

mc=mb-mm

(11)

mm=383*30%=115kg

mc=383-115=268kg

(11)外加剂的品种和用量应根据试验确定，外加剂用量：

mca=mb*α

(12)

式中，mca—每立方米混凝土中外加剂的质量，kg；α—每立方米混凝土中外加剂占胶凝材料总量的百分数，%。

mca=383*3.4%=13kg

自密实混凝土配合比的试配、调整与确定，在水胶比不变、胶凝材料用量和外加剂用量合理的原则下调整胶凝材料用量、外加剂用量或砂的体积分数等，直到符合要求为止[5]。

2.4 模袋混凝土关键技术指标

经过几年的施工经验及实验室大量试验数据，我们得出，对模袋混凝土关键技术指标的控制，会直接影响到模袋混凝土的质量是否能够达到设计指标。以下列举部分具有代表性试验数据及抗冻融试验数据图表[6](见表2～4，如图1所示)。

表2 模袋混凝土配合比数据及试验结果(采用奈系外加剂)

表3 模袋混凝土配合比数据及试验结果(采用聚羧酸外加剂)

图1 模袋混凝土抗冻融试验中冻融循环次数与动弹性模量损失图

表4 河套灌区XXXXXX工程模袋混凝土配合比数据表

根据以上数据，我们得出以下关于模袋混凝土关键技术指标控制要求：

(1)模袋混凝土组成材料的计量均以质量计，组成材料称量的允许偏差水泥、掺和料、水、外加剂溶液允许偏差+1%，砂、石允许偏差+2%[7]。

(2)计量系统在混凝土生产中，各种原材料的配料称量、混凝土拌合物的均匀性和拌合时间设专业质检员进行检查并记录，每8h不少于2次[8]。

(3)模袋混凝土的水胶比不得大于0.45。

(4)模袋混凝土的砂率不得大于50%。

(5)模袋混凝土的含气量，拌合站出机口含气量要求为(6±1)%，运输到浇筑现场，通过泵车加压后，泵管出口处混凝土含气量要求不得小于5%。根据现场试验得出，使用奈系外加剂的混凝土，在经过高压泵送以后，混凝土的含气量仅能保持在2.5%～3.8%范围内。使用聚羧酸加剂的混凝土，在经过高压泵送以后，混凝土的含气量可以保持在5.0%～6.5%范围内。

(6)模袋混凝土在拌合站出机时坍落度控制为240～260mm，扩展度控制为580～600mm。混凝土从出机到现场浇筑，坍落度损失不得大于20mm，扩展度损失不得大于50mm。混凝土从出机到浇筑完成严禁二次加水，如现场停留时间较长，可向混凝土中加入适量外加剂[7]。

3 结语

模袋混凝土具有较好的抗冻抗渗性能，适宜寒冷地区渠道防渗衬砌工程。河套灌区模袋混凝土衬砌工程是国家重点水利工程，工程质量至上，严把每道工序是保证工程质量的关键。模袋混凝土做为一种特殊混凝土，在水胶比、砂率、含气量、扩展度等关键指标都有区别于普通混凝土。关键性指标的控制是模袋混凝土质量控制的基础点，模袋混凝土作为一种新型的防渗衬砌结构型式，在各种工程中逐步被推广应用。希望通过参考本文，给予广大读者一些见解，从而可以提高今后模袋混凝土施工质量，并为国家制定模袋混凝土规范提供一些经过实践检验的参数。