某水利工程二道壩石粉砂碾壓混凝土基本性能研究

綦浩

（遼寧西北供水有限責任公司，遼寧沈陽110003）

0 引言

碾壓混凝土在水利工程中應用范圍較多，但在壩體施工過程易形成溫度應力，產生溫度裂縫，影響壩體使用壽命[1-3]。優化混凝土原材料配合比，探索礦物摻合料取代率，針對工程施工過程中存在的等問題，通過測試拌合物VC 值、含氣量以及試塊強度等關鍵指標，開展碾壓混凝土性能研究[4，5]。

1 工程概況

某水利工程壩體澆筑混凝土方量合計32.15萬m3，屬大體積混凝土，但碾壓混凝土與普通混凝土或者大流態混凝土不同之處在于砂漿含量較低，碾壓施工難度大。在壩體碾壓混凝土施工過程中出現密實性差，成型結構出現裂縫等問題，嚴重影響結構的安全性。

2 試驗原材料

試驗水泥為P·O42.5 級水泥，測試標準稠度需水量26.9%，初凝時間221 min，終凝時間283 min，3 d 抗壓強度17.4 MPa，28 d 抗壓強度46.2 MPa；試驗微珠，細度4.9%，燒失量1.8%，需水量比92%；試驗礦粉比表面積426 m2/kg，7 d 活性指數86%，28 d 活性指數102%；試驗石粉砂，細度模數2.6～2.7，石粉含量15.7%，MB 值1.2，吸水率1.0%，碎石5～20 mm，20～40 mm，40～80 mm級配，含泥量0.1%～0.3%；外加劑為聚羧酸高效外加劑（引氣緩凝型），固含量15.4%，減水率18.0%；水為飲用水。

3 碾壓混凝土配合比設計

采用石粉砂搭配礦物摻合料的組合，通過優化混凝土原材料配合比，優化礦物摻合料替代率，并輔助調整砂率及混凝土含氣量，改善碾壓混凝土工作性能。微珠取代范圍0～30%，礦渣取代范圍0～50%，通過調整引氣緩凝型聚羧酸外加劑不同組分的搭配比例，達到調整混凝土和易性的目的，試驗混凝土C90258F100二級配，水膠比均為0.47，用水量均為90 kg/m3，具體配合比如表1所示。

4 實驗結果分析

4.1 碾壓混凝土工作性影響因素研究

碾壓混凝土要求混凝土碾壓后漿體飽滿，漿體填充空隙性能好，同時合適的含量可以進一步提升漿體飽滿量，有利于降低施工難度。研究礦物摻合料中微珠、礦渣取代率對于混凝土工作性、含氣量等關鍵指標的影響，具體測試結果見表2。

研究結果表明，隨著礦渣摻量的增加，混凝土VC 值并未有顯著改善，表明礦渣摻入并未對和易性有貢獻，主要由于礦渣屬于磨細礦物摻合料，不具有球形顆粒，達不到潤滑、降低摩擦力的目的。隨著微珠摻量的增加，混凝土VC 值呈現先降低后基本不變的趨勢，表明微珠超過最佳值，滾珠效應達到極限，混凝土工作性改善不明顯；當微珠摻量為20%時，混凝土整體粘度下降明顯，VC 值為2.3 s，碾壓后漿體量飽滿，結構填充密室，施工性能良好。通過石粉砂對應砂率調整發現，提高1%砂率，混凝土整體粘度有所改善，VC 值降低較為明顯。不同因素對碾壓混凝土工作性的影響見圖1。

表1 C9025 混凝土配合比

表2 C9025 混凝土性能測試

4.2 碾壓混凝土水化放熱研究

圖1 不同因素對碾壓混凝土工作性的影響

混凝土內部溫升過快，將會導致里外溫差不同，形成溫度應力，當應力集中到一定值，無法抵消時，將會導致局部破壞，形成溫度裂縫。開展模擬實驗，對混凝土內部水化溫升變化規律進行同步模擬，通過摻入礦物摻合料，延緩水化放熱速率，避免由于局部溫升過高導致的溫度裂縫出現。確定體系水化放熱速率與水化放熱量，模擬體系水化放熱測試數據見圖2。

圖2 不同礦渣摻量水化放熱測試及模擬結果

隨著礦渣摻量不斷增加，整體水化放熱速率保持逐漸降低的態勢。當摻量達到30%時，放熱峰也隨之降低，但降低幅度不再明顯。從結果發現，整個體系誘導期放熱速率并未出現顯著變化。從加速期開始，隨著礦渣取代率逐漸升高，礦渣與水泥水化產物發生二次水化反應的時間明顯延緩，體系水化放熱勻速進行，水化放熱量不會出現短期聚集，規避混凝土內部溫升形成溫度應力，避免溫度應力導致的裂縫出現，混凝土拆模效果良好，基本無龜裂。

5 結論

1）隨著微珠摻量的增加，混凝土VC 值呈現先降低后基本不變的趨勢，粘度呈現先下降后基本不變的趨勢。由于微珠的滾珠效應具有上限值，摻量高并不能顯著改善工作性，同時，由于微珠有效成分和水泥水化產物發生二次反應，因此微珠可貢獻長齡期抗壓強度，當微珠摻量為20%，混凝土VC 值為2.3 s，碾壓后漿體量飽滿，結構填充密實；由于礦渣需要堿性環境下激發發生二次反應，因此礦渣的摻入可以貢獻混凝土中長齡期抗壓強度。當礦渣摻量達到30%時，混凝土28 d 抗壓強度為37.1 MPa，達到最優值。

2）開展水化熱模擬實驗，測定微珠、礦渣搭配比例對于水化放熱速率的影響，主要降低水化放熱速率，降低體系最大水化放熱量，水化過程平穩勻速進行，避免急劇反應導致的溫升過快，降低溫度應力的不利影響。通過優化原材料比例，最終選擇微珠摻量為20%，礦渣摻量為30%，體系水化放熱達到最優。