1、本标段工程情况简介
南水北调中线一期总干渠陶岔渠首至沙河南（中线建管局代建项目）叶县段施工3标（合同编号：ZXJ/SG/YXD-003）位于河南省叶县境内，渠段起点桩号201+500，终点桩号209+270，包括长7.77km的渠道及沿线布置的各类建筑物18座，包括：1座河渠交叉建筑物，5座左岸排水建筑物，3座渠渠交叉建筑物，6座公路桥，2座生产桥，1座下穿通道。主要工作内容包括合同范围建筑工程、机电设备安装、金属结构设备安装、通信管道采购及敷设、水土保持工程及施工期环境保护工程，以及为完成上述工作所必须的临时工程或设施等。
主要工程量包括：土石方开挖约569万m3，土石方填筑约248万m3，混凝土约17万m3，钢筋约万t，金结安装约，复合土工膜约63万m。
2
2、气候条件
叶县段属温和地区，多年平均温度14.6℃。多年月平均最高气温发生在7月，其值为27.3℃；多年月平均最低气温发生在1月，其值为1.0℃。全年1月份温度最低，多年平均最低温度-5.1℃。7月份温度最高，平均最高温度31.8℃。
3、主要仪器设备及环境
序号 1 2 3 4 5 仪器名称 数显式压力试验机 强制式单卧轴混凝土搅拌机 混凝土振动台 标准养护室(包括温湿度自控仪) 混凝土渗透仪 型号 YES-2000B型 SJD-60型 型 3.6m×5.4m×2.4m HS-4型 编号 s105 406001 058 110410 131 环境条件 10～35℃ 10～35℃ 10～35℃ 20±2℃、湿度≥95% 20±2℃ 4、混凝土的技术要求
混凝土技术要求见表1
表1 混凝土技术要求 混序号 凝类混凝土设度等抗渗等级 抗冻等级 混凝土设计龄期 粗骨级配 粗骨料 径 强度保 证率P 料 最大粒设计坍落度(mm) 水泥品种 等级 拟使用部位 土 计强别 级 泵送下穿通道框C30 P8 F100 28d 二 40mm 95% 160～180 天瑞P· 架结构顶板、侧墙、底板等 1 混凝土 5、引用标准
1 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000 2 《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041-2000 3 《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007
4 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596-2005 5 《粉煤灰混凝土应用技术规范》GBJ 146-1990 6 《混凝土外加剂》GB 8076-2008 7《水工混凝土试验规程》SL 352-2006 8《水工混凝土施工规范》DL/T 5144-2001
9《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52－2006 10《聚羧酸系高性能减水剂》JG/T223-2007 11 招标文件（合同编号：ZXJ/SG/YXD-003）
6、原材料试验结果
水泥
水泥采用天瑞集团南召水泥有限公司生产的P·水泥，水泥物理力学及化学成分试验结果见下表2。
表2 水泥物理力学及化学成分试验成果表
检测项目 比表面积(m/kg) 安定性雷氏夹法（mm） 凝结时间（min） 胶砂强度（MPa） 初凝 终凝 龄期（d） 抗折强度 抗压强度 标准稠度用水量（%） 密度（g/cm3） 烧失量（%） SO3含量（%） MgO含量（%） Cl-含量（%） 不溶物（%） 碱含量（%） 3 / / ≤ ≤ ≤ ≤ / ≤ 2技术标准 ≥300 合格 ≥45 ≤600 28 3 检验结果 369 149 197 28 试验结果表明：水泥物理力学性能及化学成分均符合GB175-2007国家标准要求。碱含量符合南水北调中线干线工程标准《预防混凝土工程碱骨料反应技术条例》中的标准要求。
粉煤灰
粉煤灰采用平顶山姚孟电力粉煤灰开发有限公司生产的F类Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰试验结果见下表3
表3 粉煤灰性能试验成果表 检测 项目 技术标准 检验结果 试验结果表明：粉煤灰的细度、需水量比、烧失量、含水量、三氧化硫符合GB/T 1596-2005国家标准要求。碱含量符合南水北调中线干线工程标准《预防混凝土工程碱骨料反应技术条例》中的标准要求。
细度 需水量比 烧失量含水量（%） （%） （%） （%） ≤ ≤95 93 ≤ ≤ 三氧化硫（%） ≤ 碱含量 密度（%） （g/cm3） ≤ /
粗集料
粗集料采用方城县杨集乡殷店村石子厂生产的5～20、20～40mm碎石，其性能指标见表4。 表4 粗骨料性能试验成果表 检验结果 检测项目 技术标准 5～20mm 表观密度 (kg/m3) 饱和表观密度 (kg/m3) 含泥量 (%) 泥块含量 (%) 压碎值 (%) 针片状含量 (%) 吸水率 (%) 坚固性 (%) 有机物含量 硫化物及硫酸盐含量 (%) 碱活性 (%) 堆积密度 (kg/m3) 空隙率 (%) ≥2550 / ≤ 不允许 ≤ ≤15 ≤ ≤5 浅于标准色 ≤ ≤ / / 2745 2700 未检出 6 3 合格 1705 38 20～40mm 2725 2720 未检出 7 4 合格 1675 39 试验结果表明：该粗骨料符合JTJ 041-2000的规范要求。
细集料
细集料采用方城县拐河镇东关砂厂生产的中砂，其性能指标见表5
表5 细集料性能试验成果表
检测项目 细度模数 表观密度 (kg/m3) 饱和表观密度 (kg/m3) 含泥量 (%) 云母含量 (%) 泥块含量 (%) 吸水率 (%) 坚固性 (%) 有机物含量 硫化物及硫酸盐含量 (%) 碱活性 (%) 堆积密度 (kg/m3) 空隙率 (%) 技术标准 ～ ≥2500 / ≤ ≤ ≤ / ≤8 浅于标准色 ≤ ≤ / / 检验结果 2630 2600 5 合格 1440 45
试验结果表明：该砂符合JTJ 041-2000的规范要求。
减水剂
减水剂采用荆州鑫城特种材料有限公司生产的“XC-100”聚羧酸高性能减水剂，其性能指标见表6。
表6 “XC-100”聚羧酸高性能减水剂性能试验成果表 检测项目 减水率（%） 泌水率比(%) 含气量（%） 凝结时间差（min） 抗压强度比（%） 初凝 终凝 1天 3天 7天 28天 氯离子含量 （按折固含量计）（%） 总碱量（%） 收缩率比（%） 对钢筋锈蚀作用 1h坍落度保留值（mm） 硫酸钠含量（%） 固体含量（%） 密度(g/cm3) pH值 水泥净浆流动度（mm） 技术标准 ≥25 ≤60 ≤ -90～+120 -90～+120 ≥170 ≥160 ≥150 ≥130 ≤ ≤ ≤100 对钢筋无锈蚀作用 / / / / / / 检验结果 +45 +55 190 176 163 145 98 对钢筋无锈蚀作用 165 258 试验结果表明：该减水剂的减水率、泌水率比、含气量、凝结时间差、抗压强度比、收缩率比、对钢筋锈蚀作用、氯离子含量符合JG/T223-2007中的一等品要求。碱含量符合南水北调中线干线工程《预防混凝土工程碱骨料反应技术条例》中的标准要求。
引气剂
引气剂采用荆州鑫城特种材料有限公司生产的“FDN-DH9” 引气剂，其性能指标见表7
表7 “FDN-DH9”引气剂试验成果表 检测项目 减水率（%） 泌水率比(%) 含气量（%） 凝结时间差（min） 初凝 终凝 技术标准 ≥6 ≤70 ≥ -90～+120 -90～+120 ～+ ≥95 ≥95 ≥90 ≤135 对钢筋无锈蚀作用 / / / / / / ≤ 检验结果 7 38 +40 +50 + 112 106 101 114 对钢筋无锈蚀作用 134 含气量1h经时变化量（%） 3天 抗压强度比（%） 7天 28天 收缩率比（%） 对钢筋锈蚀作用 硫酸钠含量（%） 含固量（%） 密度(g/cm3) pH值 水泥净浆流动度（mm） 氯离子含量（%） 总碱量（%） 试验结果表明：该引气剂的减水率、泌水率比、含气量、凝结时间差、抗压强度比、收缩率比、对钢筋锈蚀作用、含气量1h经时变化量、氯离子含量符合GB8076-2008中的要求。碱含量符合南水北调中线干线工程《预防混凝土工程碱骨料反应技术条例》中的标准要求。
混凝土拌合用水
室内试验采用1#营地生活用水.
7、混凝土配合比设计及试验
混凝土配制强度的确定
依据《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000，混凝土配制强度按以下公式计算。
fcu,0≥fcu,k+tσ
式中： fcu,0——混凝土配制强度，MPa
fcu,k——混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值，MPa t——概率度系数，由强度保证率P选定 σ—混凝土立方体抗压强度标准差，MPa
混凝土配置强度见表8
表8 混凝土配制强度一览表
序号 1 混凝土设计 强度等级fcu,k C30P8F100 强度保证率P 95% 概率度系数t 标准差σ (MPa) 配制强度fcu,0 (MPa) 混凝土的最大水胶比和最小水泥用量的确定
根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000表4.0.4的规定，最大水胶比和最小水泥用量的确定最大允许值不应超过表9的规定。
表9 最大水胶比和最小水泥用量
最大水胶比 环境条件 结构物类别 正常的居住或办公用房屋内部件 高湿度的室内部件 室外部件 在非侵蚀性土和(或)水中的部件 经受冻害的室外部件 在非侵蚀性土和(或)水中的部件 高湿度且经受冻害的室内部件 经受冻害和冰剂作用的室内和室外部件 素混 钢筋 预应力 凝土 混凝土 混凝土 不作 规定 最小水泥用量(kg) 素混 钢筋 预应力 凝土 混凝土 混凝土 200 260 300 1.干燥环境 无 冻 害 2.潮湿 225 280 300 环境 有 冻 害 250 280 300 3.有冻害的除冰剂 的潮湿环境 300 300 300 注：1：当用活性掺和料取代部分水泥时，表中的最大水胶比及最小水泥用量即为替代的水胶比和水泥用量。 2：配制C15级及以下等级的混凝土，可不受本表限制。
依据JGJ55-2000中5.0.3的规定，C30P8F100计算水胶比为W/C=αfcu,0+αa.α= 式中： fcu,0——混凝土的配制强度，取。
fce——水泥28d龄期抗压强度实测值，取。 αa、αb—回归系数。αa取，αb取
根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000中表4.0.4的规定“水胶比≤，水泥用量≥280kg/m3”的要求以及混凝土的使用部位，混凝土的强度，初步供试配的混凝土配合比的水胶比为：、、、。
混凝土用水量的确定
混凝土拌和物初选用水量以《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000表4.0.1-2的规定初步选定
JGJ55-2000初选用水量表
拌合物稠度 项目 指标 10～30 坍落度 （mm） 35～50 55～70 75～90 16 200 210 220 230 碎石最大粒径（mm） 20 185 195 205 215 175 185 195 205 40 165 175 185 195 通过试拌确定：每立方米的用水量为169kg。 骨料级配和砂率的确定
通过最大容重试验确定5～20mm粒径碎石、20～40mm粒径碎石的掺配比例，试验结果见表10。
表10 二级配粗骨料比例试验结果表
各级粗骨料含量（%） 序号 1 2 3 级配 二 二 二 5～20mm 30 40 50 20～40mm 70 60 50 紧密堆积密度 （kg/m3） 1680 1700 1710 4 二 60 40 1690 根据试验结果，二级配粗骨料掺配比例为（5～20mm）占50%，（20～40mm）占50%，其对应的紧密堆积密度1710kg/m3。
最佳砂率选取原则：用选定的水胶比和用水量，每次增减1%进行试拌，坍落度最大时的砂率即为最优砂率。选定为基准水胶比，单位用水量169kg/m3，粉煤灰掺量20%，减水剂掺量%、引气剂掺量万，砂率按42%、41%、40%变化，试拌结果见下表11。
表11 C30P8F100试拌结果 试验 级配 编号 1 二 2 二 3 二 砂率（%） 42 41 40 水胶比 用水量（kg/m3） 169 169 169 粉煤灰掺量(%) 20 20 20 和易性 含砂棍度 情况 上 上 中 多 中 中 粘聚 性 较好 较好 好 析水 情况 少量 少量 少量 坍落度(mm) 175 180 170 结论：由试拌结果看出，最优砂率为41%。
粉煤灰掺量的确定
根据《粉煤灰混凝土应用技术规范》GBJ 146-1990表4.2.1的规定，粉煤灰取代水泥的最大限量的要求，选择粉煤灰掺量20%进行试配。
GBJ 146-1990对粉煤灰取代水泥的最大限量
粉煤灰取代水泥的最大限量（%） 混凝土种类 硅酸盐水泥 普通 矿渣硅酸盐硅酸盐水泥 15 水泥 10 火山灰质 硅酸盐水泥 / 预应力钢筋混凝土 钢筋混凝土、高强度混凝土、高抗冻融性混凝土、蒸养混凝土 中、低强度混凝土、泵送混凝土、大体积混凝土、水下混凝土、地下混凝土、压浆混凝土 25 30 25 20 15 50 40 30 20 碾压混凝土 65 55 45 35 “XC-100”聚羧酸高性能减水剂掺量的确定 减水剂掺量为胶凝材料的%。
“FDN-DH9”引气剂掺量的确定
根据《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041-2000中表11.7.3-2中对骨料最大粒径40mm的含气量达到～%的要求。通过试拌，掺量为胶凝材料的%可以达到《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041-2000对含气量的要求。
8、混凝土配合比设计试验方案 粉煤混凝土强度等级 水泥品种、标号 骨料 种类 级配 灰掺量（%） 坍落度（mm） 水胶比 砂率（%） 用水量（kg/m） 3减水剂 掺量（%） 引气剂 掺量（%） 品种 品种 C30P8F100泵送混凝土 天瑞P· 天然砂 碎石 二 20 160～180 43 42 41 40 169 169 169 169 聚羧酸 FDN-DH9 9、混凝土配合比设计计算方法
mc0/pc+mg0/pg+ms0/ps+mw0/pw+α=1
βs=ms0/mg0+ms0×100%
式中mc0---每立方米混凝土的水泥用量(kg); mg0---每立方米混凝土的粗骨料用量(kg); ms0---每立方米混凝土的细骨料用量(kg); mw0---每立方米混凝土的用水量(kg);
βs---砂率(%);
ρc---水泥密度(kg/m3), ρc =3100kg/m3
ρg---粗骨料的表观密度(kg/m3); 5～20mm取ρg = 2745kg/m3、20～40mm取ρg = 2725kg/m3 ρs---细骨料的表观密度(kg/m3); ρs取= 2630kg/m3 ρw---水的密度(kg/m3),取1000kg/m3;
α---混凝土的含气量百分数,在不使用引气型外加剂时,α可取为1。
10、混凝土试验成果及分析(见表12、表13、表14)
表12 混凝土试验成果表
用序 号 水 胶 比 粉煤灰掺量（%） 砂 水水粉煤灰(kg) 70 79 89 天然 砂(kg) 772 737 700 碎石5~20mm (kg) 510 508 502 492 抗压强度碎石20~40mm (kg) 减水剂引气剂坍落度 (mm) 含气量（％） (MPa) 7天 28天 泥率 量 (kg(%) (kg) ) 43 42 41 40 169 282 169 314 169 356 （kg） （kg） 1 2 3 4 20 20 20 20 511 509 503 493 180 175 180 160 169 410 102 658 注：减水剂掺量为胶凝材料用量的%，引气剂掺量为胶凝材料用量的%。 表13 混凝土抗渗试验成果表 序号 1 2 3 4 水胶比 粉煤灰掺量（%） 20 20 20 20 混凝土抗渗等级 ＞P8 ＞P8 ＞P8 ＞P8 混凝土设计 抗渗等级 P8 P8 P8 P8 根据混凝土抗渗试验结果，抗渗等级满足P8等级要求； 表14 混凝土抗冻试验成果表
水胶比 粉煤灰掺量（%） 20 冻融 次数 相对动弹模量（%） 100 ≥ 标准要求 质量损失（%） ≤ 冻融后状态 相对动弹模量（%） 质量损失（%） 序号 1 根据混凝土抗冻试验结果，抗冻等级满足F100等级要求；
注：选取水胶比做混凝土抗冻性能试验。混凝土抗冻性能委托河南建院建筑材料检测有限公司检测。
根据上表试验成果建立强度与胶水比关系曲线，28d强度与胶水比关系曲线见图1。 图1
根据胶水比与强度的线性关系确定C30P8F100混凝土配合比的水胶比见下表15 表15 混凝土设计强度等级 水胶比 C30P8F100 11、推荐施工配合比
根据混凝土实测表观密度进行混凝土校正，校正系数见表16。试验成果推荐施工配合比见表17。
表16 混凝土校正系数 序号 1 2 3 4 水胶比 砼表观密度计算值（kg∕m3） 2318 2320 2323 2329 砼表观密度实测值（kg∕m3） 2340 2350 2360 2370 校正系数 混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值未超过计算值的2%，所以本配合比不予以调整混凝土的校正系数。
表17 推荐施工配合比
1m混凝土材料用量（kg∕m） 水胶比 砂率 (%) 粉煤灰 掺量(%) 水 水泥 粉煤灰 天然砂 碎石 碎石 5～20mm 20～40mm 减水剂 引气剂 33混凝土设计 级强度等级 配 坍落度 (mm) 160C30P8F100 二 ～180 41 20 169 356 89 700 502 503 注：减水剂掺量为胶凝材料用量的%，引气剂掺量为胶凝材料用量的%。
12、配合比使用说明：
1、配合比用砂石料均采用干燥状态计量，施工中应根据原材料含水量变化，及时对配合比进行相应调整。
2、机口坍落度应控制在160～180mm范围内。严格控制用于配制混凝土的各种原材料的质量。 3、严格控制水泥、粉煤灰、外加剂的碱含量，使其满足南水北调中线干线工程标准《预防混凝土工程碱骨料反应技术条例》对混凝土总碱含量的要求。
4、混凝土拌和时，原材料称量偏差应严格控制在规范允许偏差之内。水泥、粉煤灰±1﹪，粗、细骨料±2﹪，水、外加剂±1﹪。
5、混凝土拌和物的机口坍落度，应根据当时的气候、风速、运输方式、输送距离、施工方法等条件，通过现场测定浇筑点与拌和站之间的坍落度损失后及时调整。
6、施工过程中因施工条件变化，混凝土坍落度不能满足施工要求时，可保持原水胶比不变，采取调整外加剂掺量或单位用水量来满足，一般以坍落度±1cm,用水量±2～3kg/m3调整，并适当调整砂率通过室内试拌确定。
7、C30P8F100每立方米混凝土碱含量：356×%＋89×%×＋×%+×%＝(kg/m3)。
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