高性能加漿變態(tài)混凝土研究

李鶴齡，王澤秀，王洪培

（1.河北金濤建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，石家莊 050021；2．河北省水利工程局安裝處，石家莊 050021）

高性能加漿變態(tài)混凝土研究

李鶴齡1，王澤秀1，王洪培2

（1.河北金濤建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，石家莊 050021；2．河北省水利工程局安裝處，石家莊 050021）

采用面層加漿變態(tài)混凝土做防滲體的全碾壓壩，其變態(tài)混凝土性能的優(yōu)劣，決定了該類結(jié)構(gòu)能否具有理想的抗裂防滲效能。通過(guò)摻加HUEA膨脹劑并優(yōu)化漿材配合比設(shè)計(jì)，可制取低干縮變形、高耐久性的變態(tài)混凝土，大幅度提高面層防滲結(jié)構(gòu)的整體耐久性。

全碾壓壩；變態(tài)混凝土；漿材；干縮變形；耐久性

全碾壓面層加漿混凝土壩，加漿變態(tài)混凝土性能的優(yōu)劣，決定了該類防滲結(jié)構(gòu)的整體效能，而灰漿特性又是決定加漿變態(tài)混凝土品質(zhì)的關(guān)鍵因素。

從壩體結(jié)構(gòu)分析，全碾壓壩橫縫較少，因而對(duì)防滲體的變形性能提出較高要求。從材料特性方面看，碾壓與加漿變態(tài)兩類混凝土在變形性能上匹配性較差，前者膠體含量少變形量小，后者膠體含量高變形量較大。從氣候環(huán)境看，我國(guó)北方地區(qū)干燥多風(fēng)，容易產(chǎn)生干縮裂縫，據(jù)文獻(xiàn)載，大氣中混凝土干縮率一般為5×10-4～10×10-4，而劇烈溫差變化所引起的冷縮變形又往往大于干縮變形。基于上述原因，均增大了該類防滲體產(chǎn)生裂縫的可能性。一旦裂縫產(chǎn)生，必然影響大壩的整體性及抗凍防滲效果，甚至?xí)绊懙浇ㄖ锏恼＿\(yùn)行，造成難以估量的重大損失。

1 灰漿配制及特性研究

灰漿是加漿變態(tài)混凝土的重要組分，其材料選擇與配合比設(shè)計(jì)不僅關(guān)系自身性能的優(yōu)劣，更在很大程度上決定了加漿變態(tài)混凝土的特性和品質(zhì)。

1.1 研究?jī)?nèi)容及方案

原材料為P.Ⅱ525R水泥，Ⅱ級(jí)粉煤灰，HUEA（高效）膨脹劑，DH4A緩凝減水劑，DH9引氣劑。試驗(yàn)比較方案，采用正交設(shè)計(jì)法，選用L16（45）正交表（表1），對(duì)灰漿水膠比、粉煤灰摻量、HUEA摻量、DH4A摻量、DH9摻量5因素的容重、粘度、泌水率、結(jié)石強(qiáng)度等特性的影響進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。

表1 因素對(duì)漿材特性影響L16（45）正交因素水平表

1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1.2.1 水膠比

水膠比增大，灰漿泌水率顯著增大，粘度、結(jié)石強(qiáng)度均大幅度降低。綜合其對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響，認(rèn)為以不超過(guò)0.5為宜。此時(shí)灰漿泌水少，抗離析，具有較好的流變特性。更為重要的是水膠比控制不大于0.5，符合規(guī)范中高抗凍性混凝土的要求。

1.2.2 粉煤灰

灰漿粉煤灰摻量20%時(shí)，粘度最小，泌水率最低，具有最好的流變特性。

1.2.3 HUEA

HUEA摻量超過(guò)10%，灰漿結(jié)石強(qiáng)度顯著降低。由此可知，加漿變態(tài)混凝土中HUEA摻量以不超過(guò)10%為宜。

1.2.4 DH4A

DH4A摻量變化對(duì)灰漿特性沒(méi)有顯著影響。其摻量可視加漿變態(tài)混凝土凝結(jié)時(shí)間需要選擇，即可將其做為調(diào)凝劑使用。

1.2.5 DH9

從灰漿容重隨DH9引氣劑摻量提高而降低的情況看，說(shuō)明其中含氣量隨之提高。因此可以認(rèn)為，在灰漿中摻加適量引氣劑，是改善加漿變態(tài)混凝土抗凍耐久性的有效途徑。

2 有關(guān)因素對(duì)加漿變態(tài)混凝土特性影響研究

2.1 原材料及碾壓混凝土配合比

膠凝材料如前所述。骨料為中河砂，最大粒徑40mm卵石，級(jí)配中∶小=55∶45。碾壓混凝土配合比見(jiàn)表2。

表2 碾壓混凝土配合比

2.2 研究方案、考查項(xiàng)目及結(jié)果分析

研究方案采用正交設(shè)計(jì)法，選用L9（34）正交表。主要考查加漿量（灰漿與碾壓混凝土重量比），灰漿的水膠比、粉煤灰摻量、HUEA摻量4因素，對(duì)加漿變態(tài)混凝土強(qiáng)度、干縮變形及抗凍性的影響，各因素水平安排見(jiàn)表3。

表3 因素對(duì)加漿混凝土特性影響L9（34）正交因素水平表

研究結(jié)果表明：

（1）坍落度。坍落度是反映加漿變態(tài)混凝土流變特性的主要指標(biāo)，其主要影響因素為加漿量。當(dāng)加漿量為6%時(shí)，坍落度為1.5～3.9cm，較為適宜。

（2）含氣量。含氣量波動(dòng)范圍3.2%～4.2%，說(shuō)明因素變化對(duì)其有一定影響但并不顯著。

（3）干縮變形。灰漿中HUEA摻量提高，加漿變態(tài)混凝土各齡期干縮值均顯著降低，基本上呈直線關(guān)系。與不摻相比，灰漿中HUEA摻量35%，控制加漿量

4%～8%，則加漿變態(tài)混凝土中的HUEA摻量為4.3%～12.3%，其各齡期干縮值約降低20%～45%。

（4）抗壓強(qiáng)度。灰漿水膠比增大，粉煤灰摻量增加，加漿變態(tài)混凝土強(qiáng)度隨之降低。但加漿變態(tài)混凝土的強(qiáng)度均較高，90d齡期接近或超過(guò)40MPa。

（5）抗凍性。各類加漿變態(tài)混凝土抗凍性均達(dá)到F1000以上的高水平。在考查的各因素中，以HUEA摻量對(duì)抗凍性影響最為顯著，隨著摻量增加，加漿變態(tài)混凝土的抗凍性明顯提高。

3 不同類別混凝土特性比較

為論證用高品質(zhì)加漿變態(tài)混凝土取代常態(tài)混凝土做全碾壓壩防滲面層的可行性，進(jìn)行了普通加漿混凝土、補(bǔ)縮 （摻HUEA）加漿混凝土與常態(tài)、碾壓混凝土特性比較。考查的主要項(xiàng)目為空氣含量與氣泡特征、強(qiáng)度、干縮與濕脹變形、抗凍性等，其主要成果見(jiàn)表4。

由表4可知：

（1）硬化混凝土的氣泡特征。與碾壓混凝土相比，加漿類混凝土氣泡個(gè)數(shù)顯著增加，氣泡間距明顯減小，將有利于提高其抗凍性。

（2）抗壓強(qiáng)度。三級(jí)配常態(tài)混凝土90d齡期抗壓強(qiáng)度為25.6MPa。與之相比，三級(jí)配加漿類混凝土提高51%～64%，二級(jí)配加漿類混凝土提高60%～66%。

（3）干縮變形。與三級(jí)配常態(tài)混凝土相比，普通加漿混凝土3d干縮量有所降低，7d齡期干縮量與之相近似；摻HUEA補(bǔ)縮加漿混凝土的干縮量則大幅度降低，三級(jí)配補(bǔ)縮加漿混凝土，3d干縮量降低96%，7d干縮量降低40%。二級(jí)配補(bǔ)縮加漿混凝土，3d干縮量降低77%，7d干縮量降低24%。

據(jù)此，摻加HUEA膨脹劑的補(bǔ)償收縮加漿混凝土，必將大大降低早期產(chǎn)生干縮裂縫的可能性。

（4）抗凍性。與三級(jí)配常態(tài)混凝土相比，加漿類變態(tài)混凝土的抗凍性提高約一倍，抗凍標(biāo)號(hào)達(dá)到F1000水平。

表4 不同類別混凝土特性比較

4 結(jié)語(yǔ)

（1）灰漿特性是決定加漿變態(tài)混凝土品質(zhì)的關(guān)鍵因素，加漿量變化對(duì)其沒(méi)有顯著的影響。因此，控制漿材品質(zhì)就是控制加漿變態(tài)混凝土質(zhì)量。

（2）優(yōu)選原材料并優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，可制取高性能加漿變態(tài)混凝土。特別是通過(guò)在灰漿中摻加HUEA膨脹劑與DH9引氣劑，使之具有了良好的補(bǔ)縮和補(bǔ)氣效應(yīng)，對(duì)加漿變態(tài)混凝土起到了顯著的改性作用，有效降低了早期干縮量，顯著提高了強(qiáng)度及抗凍耐久性。

［1］河北省水利工程局.全碾壓面層加漿混凝土壩耐久性研究報(bào)告［D］.1998.

［2］關(guān)英俊，范沈撫.關(guān)于水工混凝土的耐久性問(wèn)題［J］.水利發(fā)電，1989（3）.

［3］柏寶忠，王以仁.影響水工建筑物耐久性的主要因素及預(yù)防對(duì)策［J］，水利水電技術(shù)，2004，35（10）.

［4］中國(guó)水利發(fā)電工程學(xué)會(huì)，國(guó)際大壩委員會(huì)，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).國(guó)際碾壓混凝土壩學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集［D］.1991.

［5］DL/T5112—2000，水工混凝土碾壓施工規(guī)范［S］.

TV43

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1672-9900（2010）03-0007-02

2010-04-30

李鶴齡（1951-），男（漢族），河北衡水人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程施工及檢測(cè)試驗(yàn)工作，（Tel）13081097792。