某水電站項(xiàng)目高性能混凝土勻質(zhì)性關(guān)鍵配制技術(shù)研究

秦 偉

（洛陽(yáng)水利工程局有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000）

0 引言

高性能混凝土已經(jīng)廣泛應(yīng)用超高層泵送、大跨度長(zhǎng)距離建筑以及大型水利水電項(xiàng)目當(dāng)中，施工性能、后期耐久性能有保障。在水利工程項(xiàng)目應(yīng)用過(guò)程中，高性能混凝土具有高膠凝材料用量、低水膠比以及礦物摻合料摻量高等特點(diǎn)，對(duì)于勻質(zhì)性能、施工性能、后期耐久性能具有明顯改善作用。高性能混凝土施工過(guò)程中要求混凝土具有良好的和易性能，同時(shí)良好的自密實(shí)性能及間隙通過(guò)率必不可少，針對(duì)密集鋼筋以及多腔異形等特殊結(jié)構(gòu)，仍可順利施工。針對(duì)存在的混凝土流動(dòng)性能不佳、粘度過(guò)高、泵送艱難等問(wèn)題，重新開展混凝土配合比設(shè)計(jì)，對(duì)混凝土原材料比例進(jìn)行優(yōu)化，探索最佳礦物摻合料取代率，針對(duì)工程施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)混凝土擴(kuò)展度、倒筒時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，研究混凝土勻質(zhì)性影響因素。

1 工程概況

某水電站大壩為混凝土重力壩，壩頂長(zhǎng)度為531.6 m，壩高最高為67.3 m，相應(yīng)的擋水位為60.5 m，按大壩尺寸算，該水電站混凝土為大體積混凝土，除了考慮不同因素對(duì)混凝土和易性能的影響，還應(yīng)考慮大體積混凝土水化放熱等溫升問(wèn)題，要求混凝土施工過(guò)程中具有良好的流動(dòng)性、粘聚性、保水性。但項(xiàng)目施工過(guò)程中，混凝土流動(dòng)性能差，混凝土偏粘偏硬，泵送阻力大，且出泵混凝土有擴(kuò)展度損失，嚴(yán)重影響施工效率，影響到結(jié)構(gòu)的使用。

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)水泥為P·O42.5級(jí)水泥，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量27.2%，膠砂3 d抗壓強(qiáng)度27.7 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度52.4 MPa；試驗(yàn)粉煤灰，測(cè)試細(xì)度4.4%，燒失量1.3%，需水量比94%；試驗(yàn)礦粉比表面積421 m2/kg，膠砂7 d活性指數(shù)84%，28 d活性指數(shù)101%；試驗(yàn)硅灰需水量比117%，膠砂7 d活性指數(shù)達(dá)118%；試驗(yàn)中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.5～2.6，含泥量2.2%，碎石5～16 mm連續(xù)級(jí)配，含泥量0.6%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量20.4%，減水率22%；水為自來(lái)水。

3 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

高性能混凝土水膠比低、礦物摻合料摻量高，調(diào)整的重點(diǎn)應(yīng)在于混凝土流動(dòng)度、粘聚性、保水性的調(diào)整。開展混凝土配合比設(shè)計(jì)，優(yōu)化原材料種類，確定礦物摻合料最佳取代率。粉料總用量為480～500 kg/m3，粉煤灰取代范圍 0～40%，硅灰取代率3.4%，礦粉取代范圍0～30%，具體配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 高性能混凝土和易性影響因素研究

針對(duì)項(xiàng)目出現(xiàn)的流動(dòng)性差、偏粘偏硬等質(zhì)量問(wèn)題，研究礦物摻合料中粉煤灰、硅灰、礦粉取代率等因素的綜合影響，測(cè)試混凝土流動(dòng)度、倒筒時(shí)間等和易性指標(biāo)，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 混凝土性能測(cè)試

圖1 不同因素對(duì)高性能混凝土流動(dòng)性能的影響

流動(dòng)性能影響因素方面，硅灰對(duì)于混凝土流動(dòng)性能以及粘聚性改善具有提升作用，硅灰可提升混凝土的粘聚性，改善整體勻質(zhì)性；礦粉對(duì)于混凝土流動(dòng)性能不起作用，也無(wú)法改善混凝土粘度；粉煤灰對(duì)于流動(dòng)性及粘度改善具有提升作用，隨著粉煤灰摻量的不斷提升，混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增加后基本保持不變的趨勢(shì)，表明粉煤灰球形顆粒發(fā)生作用；當(dāng)粉煤灰摻量為30%、硅灰摻量為2.1%時(shí)，混凝土整體粘度達(dá)到最佳，倒筒時(shí)間達(dá)到最低值，倒筒時(shí)間為3.6 s，混凝土松軟，性能良好。

4.2 高性能混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素研究

研究粉煤灰、礦粉等礦物摻合料不同取代率對(duì)于混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

由圖2可知，礦物摻合料對(duì)于體系不同齡期抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn)各有不同。其中早期抗壓強(qiáng)度主要為硅灰貢獻(xiàn)，主要由于硅灰屬于活性高的礦物摻合料，中后期抗壓強(qiáng)度主要為礦粉、粉煤灰貢獻(xiàn)，粉煤灰、礦粉需要激發(fā)發(fā)生反應(yīng)，形成致密水化產(chǎn)物；由于硅灰、粉煤灰、礦粉的水化速率不同，因此體系可以勻速進(jìn)行水化反應(yīng)。隨著礦粉摻量增加，混凝土中期強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢(shì)；當(dāng)粉煤灰摻量為30%、礦粉摻量為20%時(shí)，混凝土28 d、60 d強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度基本保持最佳。28 d抗壓強(qiáng)度為52.3 MPa，60 d抗壓強(qiáng)度為57.7 MPa，28 d強(qiáng)度增長(zhǎng)率為38.7%，60 d強(qiáng)度增長(zhǎng)率為10.3%。

4.3 高性能混凝土水化溫升研究

針對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)開展水化溫升模擬實(shí)驗(yàn)，研究礦物摻合料取代率對(duì)體系水化放熱溫升性能的影響，降低由于內(nèi)部水化溫升過(guò)高導(dǎo)致的溫度裂縫出現(xiàn)，確定最佳礦物摻合料取代。

圖3 礦粉摻量30%時(shí)水化放熱模擬結(jié)果

通過(guò)水化放熱速率測(cè)試結(jié)果及模擬計(jì)算結(jié)果知，當(dāng)?shù)V粉摻量達(dá)到30%時(shí)，水化放熱峰隨之降低，超過(guò)該取代率后，放熱速率雖然持續(xù)降低，但考慮到早期強(qiáng)度及耐久性等綜合因素的影響，確定礦粉摻量為30%，通過(guò)線性模擬計(jì)算，該體系可較好表征水化過(guò)程的不同反應(yīng)階段，規(guī)律大致相同，通過(guò)預(yù)埋點(diǎn)位開展實(shí)體內(nèi)部測(cè)溫，實(shí)體結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外部的溫差符合標(biāo)準(zhǔn)要求，拆模后并無(wú)出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題。

5 結(jié)論

（1）隨著粉煤灰、硅灰取代率的增加，混凝土流動(dòng)度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢(shì)，粘度呈現(xiàn)先下降后基本不變的趨勢(shì)。表明粉煤灰、硅灰有利于改善提升流動(dòng)性能及粘聚性能。當(dāng)粉煤灰摻量30%、硅灰摻量2.1%時(shí)，混凝土流動(dòng)性、粘聚性達(dá)到最佳。

（2）隨著粉煤灰、礦粉取代率的不斷增加，混凝土中后齡期強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后基本不變或略微降低的趨勢(shì)。粉煤灰、礦粉對(duì)于混凝土中后齡期抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大，當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到30%、礦粉摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土中后齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)值。

（3）開展實(shí)體結(jié)構(gòu)水化熱模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)化原材料比例，體系水化放熱速率顯著降低，反應(yīng)過(guò)程平穩(wěn)，最終選擇粉煤灰摻量30%、硅灰摻量2.1%、礦粉摻量30%。