基于回歸分析的長距離水工隧洞泵送混凝土抗壓強度研究

梁 爽，黃劍峰，丁紅春，陸金才

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201；2.中國水利水電第十四工程局有限公司勘察設(shè)計研究院，云南 昆明 650051)

在云南省多山地區(qū)大多數(shù)水工隧洞泵送混凝土施工工藝選擇在混凝土里摻粉煤灰用于更好的泵送[1]。秦子鵬[2-3]等在混凝土摻加粉煤灰時發(fā)現(xiàn)隨著水灰比的增大，泵送混凝土在抗壓強度指標方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。在國外研究中Kaplan 與Nanayakkara[4-5]只對短距離泵送混凝進行了研究，得出比較先進的泵送混凝土施工工藝。本次試驗依托于云南省龍開口水電站一期工程主要研究小斷面長距離泵送混凝土的抗壓強度是否因為摻加劑的摻入量而受到影響[6-7]，適量摻入摻加劑且不影響最終混凝土的抗壓強度是至關(guān)重要的[8-9]。

本次試驗分為三個距離段：L<500 m；500 m

1 試驗材料

1.1 細骨料

選用金沙江江砂Ⅱ區(qū)域中砂，其中砂的物理性能見表1。

表1 細骨料性能試驗成果

1.2 粗骨料

以金沙江卵石為母材生產(chǎn)的機制碎石，其碎石物理性能見表2。

1.3 水泥

水泥就近采用云南省永保持特種水泥有限公司生產(chǎn)的“永保牌”P.O42.5普通硅酸鹽水泥和大理昆鋼金鑫建材有限公司生產(chǎn)的“雞足山牌”P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥各項指標檢測成果見表3。

本次試驗選擇大理昆鋼金鑫建材有限公司生產(chǎn)的“雞足山牌”P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

表2 粗骨料性能試驗成果

表3 水泥性能試驗成果

1.4 粉煤灰

主要由攀枝花市寶利源粉煤灰開發(fā)利用有限公司生產(chǎn)的F類Ⅰ級灰，粉煤技術(shù)指標要求滿足《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》GB50146T-2014規(guī)范要求，其物理性能見表4。

表4 粉煤灰性能試驗成果 %

1.5 外加劑

根據(jù)試驗及分析比較，本工程外加劑主要采用高效減水劑，由昆明泥康建筑材料有限公司生產(chǎn)的FDN-MTG緩凝高效減水劑及，經(jīng)試驗檢測減水劑各項物理性能指標見表5。

表5 外加劑性能試驗成果

2 試驗方法設(shè)計

本次試驗一共分為三個組，分別為Ⅰ類：L<500 m，Ⅱ類：500 m

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 抗壓強度隨灰水比的變化規(guī)律

根據(jù)隧洞特性以及混凝土的特性，對Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ類泵送混凝土進行混凝土抗壓強度試驗。試驗結(jié)果如表6。

表6 混凝土抗壓強度試驗結(jié)果表

抗壓強度與水灰比形成的曲線圖未能直觀的表現(xiàn)其關(guān)系，根據(jù)公式(1)灰水比與抗壓強度關(guān)系式，故用灰水比作為縱坐標。

Ⅰ類抗壓強度與灰水比線性關(guān)系如圖1，根據(jù)圖中散點圖進行線性回歸分析得出Ⅰ類7d，28d粉煤灰摻量為0%與粉煤灰摻加量為15%的抗壓強度與灰水比的回歸方程見表7。

以此類推，通過圖2得出Ⅱ類組回歸方程，見表8。通過圖3得出Ⅲ類組回歸方程，見表9。

圖1 Ⅰ類灰水比與抗壓強度線性對比

表7 Ⅰ類7 d，28 d實測抗壓強度與灰水比線性關(guān)系式

表8 Ⅱ類7 d，28 d實測抗壓強度與灰水比線性關(guān)系式

圖2 Ⅱ類灰水比與抗壓強度線性對比

圖3 Ⅲ類灰水比與抗壓強度線性對比

表9 Ⅲ類7 d，28 d實測抗壓強度與灰水比線性關(guān)系式

3.2 試驗成果分析

試驗結(jié)果回歸分析后，得出回歸方程，7 d，28 d齡期混凝土抗壓強度回歸方程相關(guān)系數(shù)R2均大于0.95，表明擬出的回歸方程符合要求。C25型混凝土試配強度(fca)為31.60 MPa，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：灰水比[(C+F)/W，F(xiàn)為粉煤灰摻量]與試驗測出的混凝土抗壓強度(fcu,σ)成線性關(guān)系，所以混凝土水灰比值可以根據(jù)回歸方程修改后的鮑米羅公式(如式1)：

fcu,σ=αafca[(C+F)/W-αb]

(1)

式中，αa，αb為回歸系數(shù)。本工程所用的水泥及骨料，通過試驗建立灰水比與混凝土強度關(guān)系式確定。當(dāng)不具備上述試驗統(tǒng)計資料時其回歸系數(shù)，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為混凝土試配抗壓強度，MPa。

最終確定Ⅰ類每方混凝土不摻粉煤灰水灰比為：0.49；摻粉煤灰水灰比為：0.45。Ⅱ類：不摻0.49，摻 0.46。Ⅲ類不摻為0.48，摻0.46。根據(jù)計算得出的水灰比重新在實驗室內(nèi)進行試驗，最終復(fù)核成果見表10。

表10 室內(nèi)混凝土配合比試驗復(fù)核成果

3.3 長距離泵送混凝土問題研究

由于泵送管道截面是小斷面并且此次試驗屬于長距離泵送混凝土，多條管道的泵送距離超過800 m，所以實驗過程中以泵送距離為800 m以上來檢測粉煤灰摻入量的情況。低于800 m的不摻入粉煤灰。理論分析，粉煤灰具有微珠球形顆粒，由形態(tài)各異的球形顆粒的玻璃體組成，表面圓滑密實，起到增加砂漿及混凝土流動性、保水性，改善混凝土和易性，減少水泥用量降低水化熱作用[10]。泵送混凝土普遍采用超量取代法[11]，在混凝土強度等級不高(如C25型)情況下，粉煤灰最大摻量可設(shè)置在10%～30%之間。

4 結(jié) 語

1)在長距離泵送混凝土試驗中，測試出摻粉煤灰的混凝土7 d，28 d抗壓強度與試配強度31.60 MPa相差無幾，證明適當(dāng)?shù)膿椒勖夯也挥绊懫淇箟簭姸?。并且得出解決長距離泵送混凝土粉煤灰摻量的參考值，值在10%～30%之間。

2)本次試驗結(jié)果通過擬定三個個水灰比值測試抗壓強度，進行回歸分析得出回歸方程，利用方程算出真正需要的水灰比值，為以后施工試驗提供參考與借鑒。