董艷青

(盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124010)

豎井施工技術(shù)在水利工程中已經(jīng)有所應(yīng)用，尤其在輸水隧洞施工中應(yīng)用相對較為廣泛[1- 6]。通過豎井投放混凝土拌和物，在井下利用自卸汽車承接后運輸至指定地點進行澆筑施工。隧洞工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)較高，而混凝土經(jīng)過豎井投放后由于受重力作用，在投放過程中速度很快，在豎井底部瞬時承接停止，可能導(dǎo)致混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)，主要包括混凝土拌和物和易性、硬化混凝土的強度及耐久性等發(fā)生變化，從而影響硬化混凝土質(zhì)量[7]?；炷梁鸵仔允腔炷涟韬臀镌谝欢ㄊ┕l件下，便于施工操作并能獲得質(zhì)量均勻、密實的混凝土的性能。和易性包括混凝土拌和物的流動性、黏聚性和保水性三方面[8]。而到目前為止，還沒有特別明確的指標(biāo)能全面的反映混凝土拌和物的和易性。一般常用坍落度來表示混凝土流動性的大小，混凝土的黏聚性和保水性常根據(jù)經(jīng)驗，需要通過試驗或現(xiàn)場施工的觀察來判斷其優(yōu)劣[9]。豎井投料過程中，混凝土拌和物在投放-承接過程中，骨料間經(jīng)歷了相互撞擊的作用。根據(jù)豎井結(jié)構(gòu)及深度的不同，骨料間的相互作用力也不同，對混凝土骨料的影響也不一樣[10- 14]。而這種撞擊的直接結(jié)果可能導(dǎo)致混凝土拌和物中大粒徑骨料破碎、小粒徑骨料含量增加，進而導(dǎo)致骨料的級配發(fā)生變化，從而改變混凝土的和易性和硬化后混凝土的強度、抗?jié)B性和抗凍性等[14]。鑒于以上分析及豎井投料過程中可能存在的問題，提出了“豎井投料還原試驗”方法。所謂“豎井投料還原試驗”是指，通過試驗將井上、井下混凝土拌和物中的骨料還原，重新測試其顆粒級配、壓碎指標(biāo)等，分析豎井投料對混凝土拌和物中骨料的影響程度，通過對井上和井下混凝土拌和物及硬化混凝土技術(shù)指標(biāo)測試，綜合分析研究豎井投料技術(shù)的應(yīng)用。

1 試驗內(nèi)容及方法

1.1 試驗內(nèi)容

為研究豎井投料方法對混凝土拌和物中粗細(xì)骨料級配及硬化后混凝土強度及耐久性指標(biāo)的影響程度，以遼寧省某水庫輸水工程中豎井工程為例，對其還原試驗測試數(shù)據(jù)進行比較分析本文豎井投料還原試驗檢測項目主要包括骨料、混凝土拌和物工作性、混凝土中骨料級配以及硬化混凝土性能進行試驗，其試驗結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 還原試驗結(jié)構(gòu)框圖

1.2 測試方法

混凝土原材料中的粗骨料是混凝土的骨架支持。在豎井投料的過程中可能對粗骨料性能產(chǎn)生一定的影響，從而改變了混凝土的原有級配，導(dǎo)致硬化混凝土某些性能指標(biāo)發(fā)生變化。故對混凝土原材料要進行相關(guān)的試驗、測試。

1.2.1骨料質(zhì)量

根據(jù)相關(guān)規(guī)范對細(xì)骨料(河砂)的含泥量、泥塊含量、表觀密度、飽和面干吸水率、堆積密度、空隙率、細(xì)度模數(shù)以及粗骨料的含泥量、泥塊含量、表觀密度、針片狀顆粒含量、堆積密度、空隙率等參數(shù)進行試驗。

1.2.2砂石混合料顆粒級配試驗

為了檢驗、測試豎井投料對混凝土拌和物中骨料級配的影響程度，進行混凝土拌和物中砂石混合料顆粒級配試驗?？紤]到原材料本身也存在一定的不均勻性，故對拌和前料、拌和后投料前混合料及拌和后投料后混合料分別進行級配測試。顆粒級配試驗要測出各粒徑級的累計篩余量(砂：SiL；碎石：GiL5-20、GiL20-40)，并依據(jù)混凝土配合比中砂的質(zhì)量比(miS)和碎石的質(zhì)量比(miG5-20、miG20-40)，根據(jù)公式計算砂石混合料的各粒徑級累計篩余量(miH)。各粒徑級累計篩余量的計算公式如下：

miH=SiL×miS+GiL5-20×miG5-20+miG20-40×GiL20-40

(1)

式中，i—第i級孔徑。

1.2.310～20mm粒徑級料壓碎指標(biāo)試驗

為了檢驗豎井投料對粗骨料抵抗壓碎能力的影響程度，依據(jù)DL/T 5151《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》，對混合料中10～20mm粒徑級料進行壓碎指標(biāo)試驗。壓碎指標(biāo)計算見公式(2)(準(zhǔn)確至0.1%)。

(2)

式中，C—壓碎指標(biāo)，%；G0—試樣質(zhì)量，g；G0—試樣壓碎后篩余量，g。

1.2.4混凝土拌和物性能指標(biāo)測試

為了檢驗豎井投料對混凝土拌和物和易性及含氣量的影響程度，依據(jù)DL/T 5150《水工混凝土試驗規(guī)程》，現(xiàn)場分別測試了投料前混凝土拌和物和投料后混凝土拌合物的坍落度和含氣量，此外對硬化后混凝土性能指標(biāo)主要測試力學(xué)指標(biāo)抗壓強度和耐久性指標(biāo)抗凍等級和抗?jié)B等級3個參數(shù)進行測試，其指標(biāo)測試方法可詳見參考文獻[15]。

2 試驗結(jié)果

2.1 混凝土原材料性能指標(biāo)測試

在本次試驗中砂為河砂，石為河卵石。將拌和前、拌和后投料前和拌和后投料后3種工況下的顆粒級配試驗結(jié)果進行匯總并分析，結(jié)果見表1，并按混凝土原材料性能指標(biāo)測試要求，對拌和前料及拌和后、投料前料和拌和后、投料后料中10～20mm粒徑級料進行壓碎指標(biāo)試驗，試驗結(jié)果見表2。

表1 豎井投料還原試驗—砂、石混合料顆粒級配試驗結(jié)果 單位：%

表2 豎井投料還原試驗—砂、石混合料10～20mm粒徑級料壓碎指標(biāo)試驗結(jié)果 單位：%

通過試驗分析篩余變化率在孔徑為4.75mm級以上變化率出現(xiàn)負(fù)值，分析其原因主要為混合料拌和的過程中機械損傷或損壞所致，而并非所有篩余變化率均為負(fù)值，正值的存在也恰是反映了混合料的不均勻性和骨料質(zhì)地的差異性以及拌和設(shè)備輸出功率的差異性；在孔徑為2.36mm處，篩余變化率出現(xiàn)拐點，粒徑越大影響程度越大，在2.36mm孔徑篩余累計變化率達到極大值，該孔徑以下累計篩余變化率逐漸減小并趨于0，這符合級配分布規(guī)律；在2.36mm孔徑以下累計篩余變化率以正值為普遍分布，但變化率逐漸減小，這種規(guī)律也證明了大粒徑骨料破碎，導(dǎo)致小粒徑料增加。

2.2 混凝土拌和物性能指標(biāo)測試

按混凝土拌和物性能指標(biāo)測試要求，對拌和后、投料前料和拌和后、投料后料的坍落度及含氣量進行測試，試驗分析結(jié)果見表3—4。

表3 豎井投料還原試驗—混凝土拌和物坍落度試驗結(jié)果 單位：mm

進行的4組試驗中有3組變化量為-3～-5mm(變化率為-15.4%～-2.9%)，1組變化量為39mm(變化率為31.5%)；投料后較拌和后、投料前混凝土拌和物坍落度變化量總體呈現(xiàn)變小趨勢，但隨著豎井深度的增加，變化量有變大的趨勢，但不是很明顯。綜上分析豎井投料對混凝土拌和物坍落度有一定的損失，但隨著豎井深度在一定范圍內(nèi)的增加，坍落度損失量并不是很大，而且規(guī)律性也不是很明顯。4組含氣量試驗中有2組變化量為-0.5%～-0.3%(變化率為-0.3%～-0.1%)，2組變化量為-0.0%～-0.0%(變化率均為0.0%)；豎井投料對混凝土拌和物含氣量有一定的影響，有損失，但損失量也甚微；隨著豎井深度在一定范圍內(nèi)增加，含氣量損失的規(guī)律性不是很強。豎井投料使混凝土拌和物中含氣量有一定的損失，但隨著豎井深度在一定范圍內(nèi)的增加，含氣量損失量并不是很大，而且規(guī)律性也不是很明顯。

表4 豎井投料還原試驗—混凝土拌和物含氣量試驗結(jié)果 單位：%

2.3 硬化后混凝土性能指標(biāo)測試

按硬化后混凝土性能指標(biāo)測試要求，對拌和后、投料前和拌和后、投料后混凝土拌和物進行成型、養(yǎng)護、試驗，試驗結(jié)果見表5—7。

表5 豎井投料還原試驗—硬化后混凝土抗壓強度試驗結(jié)果

表6 豎井投料還原試驗—硬化后混凝土抗?jié)B性能試驗結(jié)果

表7 豎井投料還原試驗-硬化后混凝土抗凍性能試驗結(jié)果

4組試驗中，有2組試件強度偏低，3組試件強度偏高，強度值變化量不大；投料后較投料前混凝土抗壓強度值變化范圍為-3.9～4.5MPa(變化率為-11.0%～17.6%)；隨著豎井深度在一定范圍內(nèi)增加，混凝土試塊抗壓強度并未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。豎井投料對混凝土強度影響很小，而且由于原材料、環(huán)境等諸多因素的影響，導(dǎo)致隨著豎井深度在一定范圍內(nèi)增加，混凝土抗壓強度的變化并未呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。拌和后、投料前和投料后混凝土試塊抗?jié)B性能均滿足設(shè)計要求(>W6)；拌和后、投料前和投料后混凝土試塊抗凍性能均滿足設(shè)計要求(>F100)。

3 結(jié)語

(1)豎井投料對混凝土中大粒徑骨料有一定的損害，在本文研究的豎井深度范圍內(nèi)，其破壞程度要小于機械拌和過程中對大粒徑骨料的破壞程度。

(2)豎井投料對混凝土強度影響很小，而且由于原材料、環(huán)境等諸多因素的影響，導(dǎo)致隨著豎井深度在一定范圍內(nèi)增加，混凝土抗壓強度的變化并未呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

(3)隨著豎井深度在一定范圍內(nèi)的增加，含氣量損失量并不是很大，而且規(guī)律性也不是很明顯，在緩沖措施適當(dāng)?shù)那闆r下豎井投料技術(shù)還可應(yīng)用到更深的隧洞施工中。