基于回归分析的长距离水工隧洞泵送混凝土抗压强度研究

2019-05-30黄剑峰丁红春陆金才

水电与新能源 2019年5期

梁爽，黄剑峰，丁红春，陆金才

(1.云南农业大学水利学院，云南昆明 650201；2.中国水利水电第十四工程局有限公司勘察设计研究院，云南昆明 650051)

在云南省多山地区大多数水工隧洞泵送混凝土施工工艺选择在混凝土里掺粉煤灰用于更好的泵送[1]。秦子鹏[2-3]等在混凝土掺加粉煤灰时发现随着水灰比的增大，泵送混凝土在抗压强度指标方面表现出明显的优势。在国外研究中Kaplan 与Nanayakkara[4-5]只对短距离泵送混凝进行了研究，得出比较先进的泵送混凝土施工工艺。本次试验依托于云南省龙开口水电站一期工程主要研究小断面长距离泵送混凝土的抗压强度是否因为掺加剂的掺入量而受到影响[6-7]，适量掺入掺加剂且不影响最终混凝土的抗压强度是至关重要的[8-9]。

本次试验分为三个距离段：L<500 m；500 m

1 试验材料

1.1 细骨料

选用金沙江江砂Ⅱ区域中砂，其中砂的物理性能见表1。

表1 细骨料性能试验成果

1.2 粗骨料

以金沙江卵石为母材生产的机制碎石，其碎石物理性能见表2。

1.3 水泥

水泥就近采用云南省永保持特种水泥有限公司生产的“永保牌”P.O42.5普通硅酸盐水泥和大理昆钢金鑫建材有限公司生产的“鸡足山牌”P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥各项指标检测成果见表3。

本次试验选择大理昆钢金鑫建材有限公司生产的“鸡足山牌”P.O42.5普通硅酸盐水泥。

表2 粗骨料性能试验成果

表3 水泥性能试验成果

1.4 粉煤灰

主要由攀枝花市宝利源粉煤灰开发利用有限公司生产的F类Ⅰ级灰，粉煤技术指标要求满足《粉煤灰混凝土应用技术规程》GB50146T-2014规范要求，其物理性能见表4。

表4 粉煤灰性能试验成果 %

1.5 外加剂

根据试验及分析比较，本工程外加剂主要采用高效减水剂，由昆明泥康建筑材料有限公司生产的FDN-MTG缓凝高效减水剂及，经试验检测减水剂各项物理性能指标见表5。

表5 外加剂性能试验成果

2 试验方法设计

本次试验一共分为三个组，分别为Ⅰ类：L<500 m，Ⅱ类：500 m

3 试验结果与分析

3.1 抗压强度随灰水比的变化规律

根据隧洞特性以及混凝土的特性，对Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类泵送混凝土进行混凝土抗压强度试验。试验结果如表6。

表6 混凝土抗压强度试验结果表

抗压强度与水灰比形成的曲线图未能直观的表现其关系，根据公式(1)灰水比与抗压强度关系式，故用灰水比作为纵坐标。

Ⅰ类抗压强度与灰水比线性关系如图1，根据图中散点图进行线性回归分析得出Ⅰ类7d，28d粉煤灰掺量为0%与粉煤灰掺加量为15%的抗压强度与灰水比的回归方程见表7。

以此类推，通过图2得出Ⅱ类组回归方程，见表8。通过图3得出Ⅲ类组回归方程，见表9。

图1 Ⅰ类灰水比与抗压强度线性对比

表7 Ⅰ类7 d，28 d实测抗压强度与灰水比线性关系式

表8 Ⅱ类7 d，28 d实测抗压强度与灰水比线性关系式

图2 Ⅱ类灰水比与抗压强度线性对比

图3 Ⅲ类灰水比与抗压强度线性对比

表9 Ⅲ类7 d，28 d实测抗压强度与灰水比线性关系式

3.2 试验成果分析

试验结果回归分析后，得出回归方程，7 d，28 d龄期混凝土抗压强度回归方程相关系数R2均大于0.95，表明拟出的回归方程符合要求。C25型混凝土试配强度(fca)为31.60 MPa，结果发现：灰水比[(C+F)/W，F为粉煤灰掺量]与试验测出的混凝土抗压强度(fcu,σ)成线性关系，所以混凝土水灰比值可以根据回归方程修改后的鲍米罗公式(如式1)：

fcu,σ=αafca[(C+F)/W-αb]

(1)

式中，αa，αb为回归系数。本工程所用的水泥及骨料，通过试验建立灰水比与混凝土强度关系式确定。当不具备上述试验统计资料时其回归系数，碎石混凝土αa可取0.46，αb可取0.07，卵石混凝土αa可取0.48，αb可取0.33。fca为混凝土试配抗压强度，MPa。

最终确定Ⅰ类每方混凝土不掺粉煤灰水灰比为：0.49；掺粉煤灰水灰比为：0.45。Ⅱ类：不掺0.49，掺 0.46。Ⅲ类不掺为0.48，掺0.46。根据计算得出的水灰比重新在实验室内进行试验，最终复核成果见表10。

表10 室内混凝土配合比试验复核成果

3.3 长距离泵送混凝土问题研究

由于泵送管道截面是小断面并且此次试验属于长距离泵送混凝土，多条管道的泵送距离超过800 m，所以实验过程中以泵送距离为800 m以上来检测粉煤灰掺入量的情况。低于800 m的不掺入粉煤灰。理论分析，粉煤灰具有微珠球形颗粒，由形态各异的球形颗粒的玻璃体组成，表面圆滑密实，起到增加砂浆及混凝土流动性、保水性，改善混凝土和易性，减少水泥用量降低水化热作用[10]。泵送混凝土普遍采用超量取代法[11]，在混凝土强度等级不高(如C25型)情况下，粉煤灰最大掺量可设置在10%～30%之间。