劉林田，林家興，韓榮國，郝同亮，華燁，居樂

（山東送變電工程公司，山東濟(jì)南250000）

特高壓工程自密實(shí)混凝土性能試驗(yàn)研究

劉林田，林家興*，韓榮國，郝同亮，華燁，居樂

（山東送變電工程公司，山東濟(jì)南250000）

自密實(shí)混凝土性能規(guī)律的研究可對不同等級變電站防火墻的施工提供重要的參考及借鑒作用。文章基于臨沂當(dāng)?shù)刈宰悦軐?shí)混凝土原材料，開展自密實(shí)混凝土工作性能及力學(xué)試驗(yàn)，研究了不同水膠比、砂率和高效減水劑含量參數(shù)下自密實(shí)混凝土的性能規(guī)律，并對試驗(yàn)結(jié)果在臨沂1000 kV特高壓變電站防火墻的應(yīng)用進(jìn)行效益分析。結(jié)果表明：當(dāng)水膠比為0.39、砂率為0.39、高效減水劑為1.0% 時(shí)，自密實(shí)混凝土工作性能達(dá)到最佳狀態(tài)，流動(dòng)性較好且成型密實(shí)均勻；抗壓及抗拉強(qiáng)度在3～7 d增長最快，抗壓強(qiáng)度在28 d時(shí)均值為37 MPa，滿足了防火墻C30的等級要求；臨沂1000 kV變電站自密實(shí)混凝土防火墻采用減水劑、水泥、粉煤灰、礦粉、水、砂和碎石分別為 3.7、185、130、55、144、668、1045 kg／m3的配合比，提高了經(jīng)濟(jì)和社會效益，同時(shí)滿足了防火墻的耐久性能和力學(xué)性能要求。

特高壓工程；自密實(shí)混凝土；防火墻；試驗(yàn)研究

0 引言

變電站防火墻通常采用普通C30混凝土澆筑，其質(zhì)量強(qiáng)度依賴于施工工人的振搗水平，尤其容易出現(xiàn)漏振現(xiàn)象，致使混凝土的密實(shí)均勻程度差，強(qiáng)度達(dá)不到要求［1-3］。但是采用自密實(shí)混凝土防火墻施工可以在混凝土澆筑過程中無需振搗只靠自重便可均勻、密實(shí)地填充復(fù)雜模型，而且高性能混凝土硬化后，滿足了防火墻強(qiáng)度和耐久性要求［4-5］。自20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)外學(xué)者對自密實(shí)混凝土進(jìn)行了大量的研究工作。Okamura等提出了自密實(shí)混凝土概念［6］；Ozawa通過對自密實(shí)混凝土的研究，證明了自密實(shí)混凝土具有良好的流動(dòng)性、間隙通過性、抗離析性［7］。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)自密實(shí)混凝土良好的工作性能，不僅降低了噪聲污染，節(jié)約了勞動(dòng)力，縮短了工期，而且滿足了結(jié)構(gòu)耐久性和強(qiáng)度要求［8-12］。馮乃謙提出了流態(tài)混凝土概念［13］；北京城建集團(tuán)構(gòu)件廠在大流動(dòng)性高強(qiáng)度混凝土基礎(chǔ)上研制了免振搗高性能混凝土，并將研究成果應(yīng)用到了工程實(shí)踐中［14］。綜上所述，自密實(shí)混凝土在國內(nèi)外大型復(fù)雜工程上得到了充分廣泛的應(yīng)用。

但是，由于特高壓防火墻結(jié)構(gòu)細(xì)薄、高細(xì)，內(nèi)部鋼筋稠密復(fù)雜，強(qiáng)度等級要求高，目前并未見到自密實(shí)混凝土應(yīng)用到特高壓變電站防火墻工程。文章收集查閱臨沂當(dāng)?shù)刈悦軐?shí)混凝土的原材料，開展自密實(shí)混凝土工作性能及力學(xué)試驗(yàn)，研究不同水膠比、砂率和高效減水劑含量參數(shù)下自密實(shí)混凝土的性能規(guī)律，并對試驗(yàn)結(jié)果在臨沂1000 kV特高壓變電站防火墻的應(yīng)用進(jìn)行效益分析，可對不同等級變電站防火墻的施工提供重要的參考及借鑒作用。

1 材料與方法

1.1 原材料的選擇

自密實(shí)混凝土原材料就地取材，水泥選用沂南中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥；粗骨料選用石灰石碎石，5～10 mm級配和10～20 mm級配復(fù)合使用；細(xì)骨料選用級配良好的臨沂沭河中粗砂；粉煤灰選用日照海能有限公司生產(chǎn)的Ι級粉煤灰；礦渣粉選用日照京華；減水劑選用臨沂高強(qiáng)建材有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑（SUNBO PC-1016）；水采用飲用水。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

采用旋轉(zhuǎn)流變儀測試自密實(shí)混凝土的屈服應(yīng)力和塑性黏度；通過坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)、T500試驗(yàn)、L型儀試驗(yàn)、U型儀試驗(yàn)分別測試自密實(shí)混凝土填充性、間隙通過性、抗離析性等工作性能；采用WE-30B液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)、YNS2000電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)分別測試自密實(shí)混凝土試件的抗壓和抗拉強(qiáng)度。

1.3 試驗(yàn)方法

自密實(shí)混凝土防火墻配合比按固定砂石體積含量法［15-16］設(shè)計(jì)計(jì)算。試驗(yàn)方案分別選取不同水膠比（0.35、0.37、0.39、0.41、0.43）、砂率（0.35、0.37、0.39、0.41）、高效減水劑摻量（0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%）配制自密實(shí)混凝土，并分別進(jìn)行流變儀試驗(yàn)、坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)、T500試驗(yàn)、L型儀試驗(yàn)、U型儀試驗(yàn)測試自密實(shí)混凝土的工作性能，分析對比數(shù)據(jù)，找出最佳自密實(shí)混凝土配合比。

自密實(shí)混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)主要包括抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。自密實(shí)混凝土均采用100 mm×100 mm×100 mm的標(biāo)準(zhǔn)試塊，保持適宜溫度及濕度對試塊進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)至齡期取出進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)中分別選取上述不同的水膠比、砂率、高效減水劑摻量配制的自密實(shí)混凝土試塊，然后多組試塊分別通過液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)和電液伺服試驗(yàn)機(jī)，分別在齡期3、7、28 d情況下，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，研究水膠比、砂率和減水劑用量3個(gè)因素對自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水膠比對自密實(shí)混凝土性能的影響

2.1.1 對自密實(shí)混凝土工作性能的影響

采用水膠比為 0.35、0.37、0.39、0.41、0.43，分別進(jìn)行5組自密實(shí)混凝土工作性能試驗(yàn)，其結(jié)果如圖1所示。

由圖1（a）、（b）可知，隨著水膠比的增加，自密實(shí)混凝土的屈服應(yīng)力呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，特別是水膠比為0.39時(shí)，屈服應(yīng)力最小，塑性黏度最大。由圖1（c）～（g）可知，隨著水膠比的增加，自密實(shí)混凝土的坍落度、坍落擴(kuò)展度、阻滯率、填充高度均相應(yīng)的增大；而T500的時(shí)間逐漸減小，說明了水膠比含量對于自密實(shí)混凝土工作性能有很大的提高，較小的水膠比會導(dǎo)致混凝土工作性能的損失。特別是水膠比為0.39時(shí)，自密實(shí)混凝土的填充高度及阻滯率均有很大的拐點(diǎn)，表明了此時(shí)自密實(shí)混凝土的工作性能較佳。

圖1 不同水膠比下自密實(shí)混凝土的工作性能曲線圖

2.1.2 對自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響

為了分析不同水膠比對自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)中采用不同水膠比，分別進(jìn)行自密實(shí)混凝土試塊在齡期3、7、28 d的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。不同水膠比對自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響如圖2所示。

圖2 不同水膠比對自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響曲線圖

由圖2（a）可知，隨著水膠比的增大，自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸下降，并且在3～7 d的齡期內(nèi)，自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度迅速增大，而7 d后增長較緩。特別是水膠比為0.39時(shí)，自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度在3～7 d增加最快，在28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到37.6 MPa，滿足了自密實(shí)混凝土防火墻C30的等級要求。由圖2（b）可知，自密實(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度隨著水膠比的增大呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。同樣，自密實(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度在3～7 d的齡期內(nèi)增長較快，7 d后增長較緩。

2.2 不同砂率對自密實(shí)混凝土性能的影響

2.2.1 對自密實(shí)混凝土工作性能的影響

采用砂率為 0.35、0.37、0.39、0.41，分別進(jìn)行 4組自密實(shí)混凝土工作性能試驗(yàn)，其結(jié)果如圖3所示。

由圖3（a）、（b）可知，隨著砂率的增加，自密實(shí)混凝土屈服應(yīng)力呈現(xiàn)先低后高趨勢。特別是當(dāng)砂率為0.39時(shí)，自密實(shí)混凝土屈服應(yīng)力最小，而塑性黏度呈現(xiàn)上升趨勢。由圖3（c）～（g）可知，當(dāng)砂率小于0.39時(shí)，隨著砂率的增加，自密實(shí)混凝土的坍落度、坍落擴(kuò)展度、阻滯率及填充高度逐漸升高，而T500時(shí)間逐漸減少，表明了自密實(shí)混凝土的工作性能隨著砂率的增加逐漸得到改善；當(dāng)砂率大于0.39時(shí)，自密實(shí)混凝土的坍落度、坍落擴(kuò)展度、阻滯率及填充高度隨著砂率增加而降低，而T500時(shí)間逐漸增加，表明自密實(shí)混凝土的工作性能開始變差。特別是砂率為0.39時(shí)，自密實(shí)混凝土各項(xiàng)工作性能均到達(dá)了峰值，而T500所用時(shí)間最短，此時(shí)自密實(shí)混凝土的工作性能最佳。

2.2.2 對自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響

保持砂和碎石總量恒定，通過改變砂率分別進(jìn)行自密實(shí)混凝土3、7、28 d的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，其結(jié)果如圖4所示。

由圖4（a）可知，自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著砂率的增大均降低。其抗壓強(qiáng)度在3～7 d迅速增大，而7 d后增長較緩。尤其是當(dāng)砂率為0.39時(shí)，自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度在3～7 d斜率最大，增加最快，在28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到35.2 MPa，同樣滿足了自密實(shí)混凝土防火墻C30的等級要求。因此，適當(dāng)增加砂率有助于提高自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性，但同時(shí)砂率的增加也會導(dǎo)致混凝土硬化強(qiáng)度的降低。由圖4（b）可知，自密實(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度隨著砂率的增大反而減小。

2.3 不同高效減水劑含量對自密實(shí)混凝土性能影響

2.3.1 對自密實(shí)混凝土工作性能的影響

采用聚羧酸系高效減水劑含量為 0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%，分別進(jìn)行 5組自密實(shí)混凝土工作性能試驗(yàn)，其結(jié)果如圖5所示。

由圖5（a）、（b）可知，隨著高效減水劑含量的增加，自密實(shí)混凝土的屈服應(yīng)力和塑性黏度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。當(dāng)減水劑為1.0%時(shí)，自密實(shí)混凝土的屈服應(yīng)力出現(xiàn)明顯的的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，塑性黏度最大。此時(shí)自密實(shí)混凝土流變性能較好。由圖5（c）～（f）可知，自密實(shí)混凝土的工作性能隨著高效減水劑含量的增加呈現(xiàn)逐漸升高趨勢，而T500時(shí)間逐漸減少，表明了自密實(shí)混凝土的工作性能隨著高效減水劑含量的增加而逐漸得到改善。當(dāng)高效減水劑含量為1.0% 時(shí)，自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度、T500、填充高度在此點(diǎn)的曲線斜率顯著，說明減水劑含量為1.0%時(shí)，對自密實(shí)混凝土工作性能影響較大。

圖3 不同砂率下自密實(shí)混凝土的工作性能曲線圖

圖4 不同砂率對自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響曲線圖

圖5 不同減水劑含量下自密實(shí)混凝土的工作性能曲線圖

2.3.2 對自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響

保持砂石用量和膠凝材料恒定，通過改變聚羧酸系高效減水劑含量分別進(jìn)行自密實(shí)混凝土3、7、28 d抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。不同減水劑含量對自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響，如圖6所示。

圖6 不同減水劑含量對自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響曲線圖

由圖6（a）可知，減水劑含量為 0.8%、0.9%、1.0%時(shí)，自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸增加，特別是當(dāng)減水劑含量為1.0% 時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大為38.2 MPa。而隨著減水劑含量的增加，自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度開始出現(xiàn)降低趨勢，表明減水劑含量過多時(shí)，混凝土拌合物發(fā)生離析分層現(xiàn)象，從而使自密實(shí)混凝土的屈服應(yīng)力和塑性黏度降低，改變了混凝土的力學(xué)性能，使得自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度降低。由圖6（b）可知，適量的減水劑可以增加自密實(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)減水劑含量超過1.0%時(shí)，自密實(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度開始降低。因此，自密實(shí)混凝土防火墻摻入減水劑含量為1.0%時(shí)，可達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度等級。

3 效益分析

結(jié)合自密實(shí)混凝土工作性能試驗(yàn)和力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果分析，臨沂1000 kV特高壓變電站自密實(shí)混凝土防火墻采用減水劑、水泥、粉煤灰、礦粉、水、砂和碎石。分別為 3.7、185、1130、55、144、668、1405 kg／m3的配合比。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

臨沂1000 kV特高壓變電站防火墻采用自密實(shí)混凝土施工工藝符合國家電網(wǎng)公司“兩型一化”和“綠色環(huán)?！钡囊?。自密實(shí)混凝土的高流動(dòng)性保證了混凝土穿過高細(xì)復(fù)雜鋼筋結(jié)構(gòu)，均勻充分地填充模板，達(dá)到混凝土防火墻良好的密實(shí)效果；自密實(shí)混凝土的高穩(wěn)定性保證了混凝土質(zhì)量均勻一致，不泌水、骨料不離析［17］。采用自密實(shí)混凝土防火墻，不僅提高了工作效率，改善了工作環(huán)境，而且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了工期，實(shí)現(xiàn)了防火墻的耐久性和高強(qiáng)度要求。

采用C30自密實(shí)混凝土防火墻的結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益主要表現(xiàn)為

（1）成型密實(shí)均勻，表觀質(zhì)量較佳，減少了修補(bǔ)氣泡和麻面等修復(fù)費(fèi)用。

（2）無需振搗，節(jié)省了勞動(dòng)力和工器具，減少了電費(fèi)、機(jī)械費(fèi)及人工費(fèi)。

（3）施工荷載降低，危險(xiǎn)源隱患減少，降低了搭設(shè)腳手架及腳手板的費(fèi)用。

（4）依靠自重密實(shí)成型，無需振搗，縮短了施工工期，保證了預(yù)埋管件、鋼筋位置，減少了相應(yīng)的加固費(fèi)用。

3.2 社會效益

臨沂1000 kV特高壓變電站采用C30自密實(shí)混凝土防火墻的社會效益主要體現(xiàn)為

（1）自密實(shí)混凝土原材料采用粉煤灰、礦渣，有利于廢物的利用和環(huán)境的保護(hù)。

（2）自密實(shí)混凝土無需振搗，降低了噪音污染，縮短了工程建設(shè)周期。

（3）自密實(shí)混凝土施工工藝榮獲山東送變電工程公司2016年度科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

4 結(jié)論

通過上述研究可知：

（1）當(dāng)水膠比為 0.39、砂率為 0.39、高效減水劑為1.0%時(shí)，自密實(shí)混凝土屈服應(yīng)力最小，塑性黏度逐漸增大，工作性能達(dá)到了最佳狀態(tài)，呈現(xiàn)出較好的流動(dòng)性及密實(shí)均勻程度。自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度在3～7 d增加最快，在28 d時(shí)抗壓強(qiáng)度均值為37 MPa，滿足了防火墻C30的等級要求。同時(shí)，抗拉強(qiáng)度在3～7 d迅速增加，在28 d時(shí)抗拉強(qiáng)度為4.4 MPa。

（2）臨沂1000 kV特高壓變電站自密實(shí)混凝土防火墻采用減水劑、水泥、粉煤灰、礦粉、水、砂和碎石分別為3.7、185、130、55、144、668、1045 kg／m3的配合比?；炷烈揽孔灾丶案吡鲃?dòng)性能夠均勻、密實(shí)地填充模板，節(jié)省勞動(dòng)力和工器具費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)和社會效益，同時(shí)滿足了防火墻耐久及力學(xué)性能要求，并且墻面色澤均勻密實(shí)，美觀漂亮。

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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

劉林田（1982-），男，工程師，學(xué)士，主要從事變電站工程施工及管理等方面的研究.E-mail：38183771＠qq.com

*：林家興（1989-），男，助理工程師，碩士，主要從事變電站工程施工等方面的研究.E-mail：980860359＠qq.com

（學(xué)科責(zé)編：趙成龍）