引水工程模袋混凝土配合比设计及性能研究

引水工程模袋混凝土配合比设计及性能研究

王春光

中国水利水电第十四工程局有限公司，云南省昆明市  650000

[摘要] 模袋混凝土，以双层高强度机织化学纤维织物制成连续(或单独)的袋状体作为柔性模板并由高压泵将混凝土充灌于袋中形成的防护结构。可用作土石坝,堤防护坡,河流、湖泊、海岸的护岸和护底等结构。其厚度、形状按需要设计,如可设置排水滤点以排除坡内积水、以铰链状连接各单元以适应坡面不均匀沉降、以框格状种植草皮以改善环境。具有整体性好、耐久性好、地形适应性强、施工速度快、设计灵活、施工便捷、质量可靠和可水下施工而无需构筑围堰等特点[1]。

[关键词] 模袋混凝土；配合比；施工控制；

0  引言

云南省滇中引水石鼓水源工程引水渠护坡采用C20F100模袋混凝土施工，需要达到不振动能自行密实，硬化后具有常态混凝土一样的良好物理力学性能。模袋混凝土因其施工工艺特点，需要混凝土接近达到自密实混凝土的要求。自密实性能包括填充性、间隙通过性和抗离析性，因此混凝土的拌合物性能直接决定了施工的顺利及浇筑质量，故对混凝土的配合比设计提出了较高要求。本文参照相关规范，通过试验，对模袋泵送混凝土的配合比设计进行了探讨。

1 试验原材料

1.1水泥

本次配合比设计水泥采用华润水泥（鹤庆）有限公司生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥，水泥品质检测结果满足《通用硅酸盐水泥》GB175-2007标准要求和设计文件要求。

1.2细骨料

采用洞挖料作为混凝土人工砂骨料母岩，细骨料采用冲江河右岸砂石加工系统生产的人工砂。细骨料颗粒级配及品质检测结果均满足《水工混凝土施工规范》SL677-2014对细骨料品质的要求[2]。

1.3粗骨料

采用洞挖料作为混凝土粗骨料母岩，粗骨料采用冲江河右岸砂石加工系统生产的5～20mm人工碎石。粗骨料品质检测结果满足《水工混凝土施工规范》SL677-2014中粗骨料品质的要求。

1.4粉煤灰

粉煤灰采用贵州盘江电投发电有限公司的F类I级粉煤灰，粉煤灰物理力学性能及化学指标检测结果均满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2017标准及设计文件要求。

1.5拌和用水

混凝土配合比拌和用水采用冲江河地表水，混凝土配合比试验用水品质检测结果满足《水工混凝土施工规范》SL677-2014拌和用水标准要求。

1.6外加剂

外加剂采用石家庄市长安育才建材有限公司生产的GK-3000型引气减水剂。外加剂品质检测结果满足《混凝土外加剂》GB8076-2008的要求。

2 模袋混凝土配合比设计

2.1模袋混凝土配合比设计的特点

1）水泥浆体量大

普通混凝土的配制原则，是在满足设计强度等其他要求性能指标的前提下，用最少的胶凝材料拌制的浆体填充最紧密堆积的骨料空隙。因模袋混凝土施工工艺特点，模袋混凝土的配制要求是，砂、石骨料较均匀地被包裹、悬浮在有一定黏度和流动性的胶凝材料浆体中，混凝土需泵送入仓填充模袋，混凝土也不能发生离析，因此需要大流动性混凝土，混凝土坍落度要满足要求，还要具有较大的扩展度，水泥浆体量要大，一般可占到混凝土总量的30%。

2）砂率大

普通混凝土的砂率一般根据水胶比、最大粒径、坍落度进行选择，模袋混凝土因要同时满足泵送及填充模袋的要求，按照泵送混凝土的砂率很难满足填充饱满的要求。模袋混凝土拌合物流动性要大以满足泵送要求，砂率要大，不然混凝土容易产生离析和泌水，达不到抗离析性的要求[3]。砂率过大会降低混凝土强度，因此在保障混凝土强度的前提下应选择较大砂率，一般50%为宜。

3）骨料最大粒径小

普通混凝土骨料最大粒径一般根据结构尺寸、钢筋间距、输送方式选取，模袋混凝土除考虑泵送要求外，主要由模袋混凝土厚度决定。模袋混凝土厚度一般为150～250mm，厚度较小，因此模袋混凝土骨料最大粒径比较小，一般不超过20mm。

4）掺合料用量大

模袋混凝土拌合物需要较多的胶凝材料，全部用水泥将使成本增加，造成浪费，因此要掺用一定量的掺合料，最常见的是粉煤灰。这样既可以增加混凝土拌合物的流动性，同时还可以替代一部分水泥，节约成本，为保证混凝土强度指标，一般采用超量取代法[4]。

5）掺入高效减水剂

高效减水剂对水泥有强烈分散作用，能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土坍落度，同时大幅度降低用水量，显著改善混凝土工作性，能大幅度降低用水量从而显著提高混凝土各龄期强度，在保持强度恒定时，则能节约水泥10%或更多。经验表明，掺入高效减水剂在模袋混凝土施工中已不可或缺[5]。

2.2模袋混凝土配合比设计

因模袋混凝土采用泵送直接灌入模袋中，混凝土的设计坍落度为180～220mm,对混凝土的填充性、间隙通过性和抗离析性要求较高，配合比设计采用JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》显然不适用。因此，对模袋混凝土配合比的设计技术线路，参考自密实混凝土配合比设计原理，依据JGJ/T 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》进行

[6]。

1）粗骨料体积及质量计算

依据《自密实混凝土应用技术规程》的表5.2.1，按照填充性指标，每立方米混凝土粗骨料体积Vg初步选取为0.30。经计算每立方米混凝土粗骨料用量mg=Vg×g=0.30×2700=810kg。

2）砂浆体积Vm计算

砂浆体积Vm=1- Vg=1-0.30=0.70

3）砂浆中砂的体积分数选取

依据《自密实混凝土应用技术规程》砂浆中砂的体积分数Фs初步选取为0.43。

4）每立方米混凝土中砂的体积Vs和质量ms计算

Vs=Vm×Фs=0.70×0.43=0.30

ms=Vs×ρs=0.30×2720=816㎏

5）浆体体积Vp计算

Vp= Vm- Vs=0.70-0.30=0.40

6）胶凝材料表观密度）可根据矿物掺合料和水泥的相对含量及各自的表观密度按照下式计算

2.775

7）混凝土配制强度计算

ƒcu,o=ƒcu,k+tσ=26.6 MPa

8）确定水胶比

水胶比计算按照工程所用原材料，通过建立的水胶比与混凝土抗压强度关系来计算得到，当前不具备统计资料，采用下式计算：

W/B==0.53

8）每立方米自密实混凝土中胶凝材料的质量（mb）可根据自密实混凝土中的浆体体积（Vp），由胶凝材料的表观密度、水胶比等参数，并按下式计算：

mb

因设计有抗冻要求，混凝土引入空气的体积取40L。

9）每立方米自密实混凝土中用水量（mw）按下式计算：

mw= mb× (W/B)=404×0.53=214

10）每立方米自密实混凝土中水泥和粉煤灰的质量按下式计算：

mc= mb× =404×(1-0.3)=283

mm= mb- mc=404-283=121

11）根据试验，确定外加剂的品种及掺量，外加剂用量按下式计算：

mca= mb×a=404×1%=4.04

12）试验室配合比

经过计算、试验调整得出C20模袋混凝土的试验室配合比，见下表：

                         试验室配合比                        kg/m3

3 结论

通过试验得出配制模袋混凝土要通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配和精心的配合比设计,将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服,使混凝土流动性增大,同时又具有足够的塑性粘度,令骨料悬浮于水泥浆中,不出现离析和泌水问题,能自由流淌并充分填充模袋内的空间,形成密实且均匀的胶凝结构。经过试验室试验及现场生产性试验，采用该配合比施工，混凝土和易性、可泵性、填充饱满度均良好，实测坍落度215mm，扩展度达到500cm，含气量为4.1%，混凝土28天抗压强度达到25.7MPa，抗冻等级达到F100，各项指标满足设计要求。

参考文献：

[1] 模袋混凝土施工工艺[J]. 张志满.水运工程. 2008(02)

[2] SL/T352-2020.水工混凝土试验规程[S]. 北京.中国水利水电出版社,2021.

[3] 内蒙古河套灌区模袋混凝土配合比优化设计及耐久性能研究[D]. 刘昱.内蒙古农业大学 2016.

[4] 高粉煤灰掺量自密实混凝土性能研究[J]. 周玲珠,郑愚,罗远彬,詹飞杨,孙璨.  混凝土. 2017(11)

[5] 模袋混凝土技术在南水北调东线工程中的应用[J]. 徐水平,王海周.  中国水利. 2014(02)

[6] JGJ/T 283-2012.《自密实混凝土应用技术规程》[S]. 北京.中国建筑工业出版社,2012.

作者简介：

王春光（1988-），男，河南商丘人，工程师，长期从事水利水电试验检测工作。联系方式：15837089115，电子邮箱：41774564@qq.com。

王春光;1988.11;男;汉;河南商丘;本科;工程师;建筑材料试验。

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