某大壩大流態混凝土基本性能影響因素研究

魏 博

(遼寧省水資源管理集團，沈陽 110003)

0 引 言

大壩混凝土屬大體積混凝土，施工過程中容易出現混凝土和易性差導致的泵送損失、堵管以及溫度裂縫等質量問題，很多原因和混凝土本身密不可分，即配合比的合理性，施工工藝的規范性等，當生產方或者施工方降低質量要求時，即容易出現問題，同時由于原材料配合比選取不恰當，會導致混凝土內部溫度>100℃，導致溫度裂縫形成，嚴重影響混凝土內部結構，形成質量安全隱患。

大體積大流態混凝土在施工過程中要求混凝土具有良好的流動性，針對復雜密集鋼筋結構仍能順利通過，不堆積。引入優質的粉煤灰、礦粉以及硅灰，優化混凝土配合比、優化礦物摻合料取代率，針對工程存在的流動性差、溫度裂縫等問題，通過測試流動度、倒筒時間以及放熱值等關鍵指標，開展大體積大流態混凝土基本性能研究[1]。

1 工程概況

某大壩為混凝土重力壩，壩頂長度為501.8m，壩高最高為66.4m，相應的擋水位為59.0m，按大壩尺寸算，該工程混凝土為大體積混凝土，但在該工程澆筑過程中，由于壩體鋼筋結構密集復雜，異形腔較多，混凝土流動性無法滿足順利通過鋼筋的要求，導致局部堆積，通過輔助振搗仍不能完全填充結構，導致拆模后表面出現蜂窩麻面、顏色不一致等問題；另外，大體積混凝土局部溫升過高，導致局部出現由于溫差導致的溫度裂縫。

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28.2%，3d抗壓強度28.3MPa，28d抗壓強度53.1MPa；試驗粉煤灰為I級粉煤灰，細度7.2%，燒失量1.7%，需水量比94%；試驗礦渣比表面積412m2/kg，7d活性指數88%，28d活性指數104%；試驗硅灰需水量比123%，7d活性指數達105%；試驗中粗河砂，細度模數2.6，含泥量2.5%，碎石5-25mm連續級配，含泥量0.5%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量18.2%，減水率21%；水為飲用水。

3 大流態混凝土配合比設計

大流態混凝土要求混凝土具有良好的間隙通過率，優異的黏聚性，混凝土不分層、不離析、不泌水，針對現有問題，優化礦物摻合料搭配比例，降低黏度，提升混凝土整體和易性，施工過程無泵送損失[2]。粉料總用量為540kg/m3，粉煤灰取代范圍0-20%，硅灰取代范圍0-6.1%，礦粉取代范圍0-30%，通過調整聚羧酸減水劑不同組分的搭配比例，達到調整混凝土和易性的目的?；炷僚浜媳龋姳?。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 實驗結果分析

4.1 不同因素對大流態混凝土和易性的影響

針對項目施工過程中出現的泵送損失、間隙通過率差以及溫度裂縫等質量問題，研究礦物摻合料中粉煤灰、硅灰、礦渣取代率對于混凝土流動度、倒筒時間等和易性關鍵指標的影響，混凝土性能測試，見表2。不同因素對大流態混凝土流動度的影響，見圖1。

圖1 不同因素對大流態混凝土流動度的影響

表2 混凝土性能測試

研究結果表明，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土擴展度呈現先增加后基本不變的趨勢，表明粉煤灰超過最佳值，滾珠效應改善不明顯；隨著硅灰摻量的增加，混凝土擴展度呈現逐漸增加的趨勢，但單一使用硅灰改善效果并不顯著；隨著礦渣摻量的增加，混凝土擴展度并未有顯著改善，表明礦渣摻入并未對和易性有貢獻。當粉煤灰摻量為15%時，當硅灰摻量為4.1%時，混凝土整體黏度下降明顯，倒筒時間明顯降低，為3.9s[3]。

4.2 不同因素對大流態混凝土抗壓強度的影響

研究礦物摻合料中不同取代率對于混凝土不同齡期抗壓強度的影響，混凝土抗壓強度，見表3?；炷敛煌g期抗壓強度，見圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強度

表3 混凝土抗壓強度

續表3 混凝土抗壓強度

研究結果表明，礦物摻合料中硅灰提供早期強度，礦渣提供中期強度，粉煤灰提供后期強度，主要因為三種礦物摻合料水化時間不同，形成互補。隨著硅灰摻量增加，混凝土早期強度呈現增加趨勢；隨著粉煤灰摻量增加，混凝土60d抗壓強度呈現先增加后不變的趨勢，當摻量超過15%時，長齡期強度增長幅度不大；隨著礦渣摻量增加，混凝土中期強度呈現先增加后基本不變的趨勢；當摻量超過30%時，中齡期強度增長幅度不大[4]。

4.3 大體積大流態混凝土水化熱研究

研究模擬混凝土內部水化溫升變化規律，提供理論依據，避免由于局部溫升過高導致的裂縫出現。通過線性擬合方法，確定體系水化放熱總量。水化放熱量Qmax計算結果，見圖3。

圖3 水化放熱量Qmax計算結果

摻入礦渣體系的水化反是復雜反應的過程，反應受到多種因素控制。研究結果表明，礦渣摻量不斷增加增加，整體水化放熱速率保持逐漸降低的態勢。由水化放熱速率測試結果知，測試樣品水化放熱的第2、3放熱峰，伴著摻量的降低，放熱峰值也隨之降低。從結果發現，整個體系誘導期放熱速率并未出現顯著變化。隨著礦渣不斷取代水泥，而礦渣發生二次水化反應時間明顯滯后，體系水化勻速進行，水化放熱平穩，規避內部溫升急劇升高的問題，反饋到實體結構，即實體表面平整，無溫升導致的溫度裂縫出現[5]。

5 結 論

1)粉煤灰、硅灰的引入，顯著改善了混凝土和易性，流動度呈現先增加后不變的趨勢，黏度呈現先下降后不變的趨勢。由于粉煤灰持續進行二次水化，因此可提供長齡期60d及以上抗壓強度，當粉煤灰摻量15%、硅灰摻量4.1%時，混凝土流動性、黏度及長期強度基本達到最優值。

2)由于礦渣28d活性指數>100%，因此，礦渣的引入顯著改善混凝土中期抗壓強度，當礦渣摻量達到20%時，混凝土28d抗壓強度達到最優值。

3)通過對混凝土粉料體系開展水化熱模擬實驗，測定不同礦物摻合料搭配比例的水化放熱速率，優化配合比中礦物摻合料比例，降低水化放熱速率，降低最大水化放熱量，減少內部急劇放熱，進一步避免溫度裂縫的出現。優選后確定礦物摻合料最佳搭配比例為：粉煤灰摻量15%、硅灰摻量4.1%、礦渣摻量20%。