某水利樞紐工程中大流態自密實混凝土應用實踐研究

楊淑芬

（東莞市橫崗水庫管理處，廣東 東莞 523000）

0 引言

大流態自密實混凝土由于自身優異的性能，已經廣泛應用于泵送高度高、泵送長度長，等高層、超高層建筑當中，后期耐久性強。但在水利工程項目應用過程中，大流態自密實混凝土其高膠凝材料用量、低水灰比以及大礦物摻合料等特點，完全滿足結構特殊性以及應用環境嚴格性的要求[1-4]。

大流態自密實混凝土在施工過程中要求混凝土兼具良好的流動性、適中的粘聚性以及優異的保水性，針對密集鋼筋以及多腔異形等特殊結構，混凝土通過率良好，石頭堆積、跑漿等問題有效避免發生。重新設計混凝土配合比，對混凝土原材料比例進行優化，探索最佳礦物摻合料取代率，針對工程施工過程中存在的流動性能差以及中后期抗壓強度較低等問題，對混凝土擴展度、倒筒時間以及抗壓強度等關鍵指標進行測試，并確定體系最佳礦物摻合料取代率。

1 工程概況

某水利樞紐工程主要結構為導流堤、擋潮泄洪閘以及左右岸連接壩等，結構中擋潮泄洪閘的總凈寬度為660 m，共設置30 孔，閘孔凈寬度為22 m。按工程尺寸算，該工程混凝土屬于大體積混凝土，應考慮大體積混凝土水化放熱等溫升問題，要求混凝土具有良好的和易性以及耐久性能。但項目施工過程中，混凝土間隙通過率以及流動性能差，出現砂漿跑漿、石頭裸露等問題，拆模后表觀強度較低，蜂窩麻面情況嚴重，嚴重影響結構的使用功能。

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27.9 MPa，28d 抗壓強度51.9MPa；試驗微珠，測試細度4.7%，燒失量1.4%，需水量比90%；試驗礦粉比表面積428m2/kg，7d 活性指數86%，28d 活性指數103%；試驗硅灰需水量比116%，7d 活性指數達112%；試驗中粗河砂，細度模數2.6～2.8，含泥量1.7%，碎石5 mm～16 mm 連續級配，含泥量0.2%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量20.0%，減水率23%；水為自來水。

3 大流態自密實混凝土配合比設計

大流態自密實混凝土具有低水膠比、大摻量礦物摻合料等特征，須確保體系流動度好、粘聚性適中、保水性優異，且低水化熱，高抗壓強度。通過重新設計混凝土配合比，優化原材料種類，確定礦物摻合料最佳取代率。粉料總用量為580kg/m3，微珠取代范圍0～40%，硅灰取代率3.4%，礦粉取代范圍0～50%，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，具體配合比見表1。

表1 混凝土配合比 單位：kg/m3

4 實驗結果分析

4.1 大流態自密實混凝土和易性影響因素研究

針對項目出現的流動性差以及中后期強度偏低等質量問題，研究礦物摻合料中微珠、硅灰、礦渣取代率等因素的綜合影響，測試混凝土流動度、倒筒時間以及不同齡期的混凝土抗壓強度，具體測試結果見表2。

表2 混凝土性能測試

圖1 不同因素對大流態自密實混凝土流動度的影響

由測試結果知，礦粉對于混凝土流動性能無任何貢獻，也無法改善混凝土粘度；硅灰對于混凝土流動性能以及粘聚性改善具有重要作用，硅灰可提升混凝土的粘聚性，降低體系粘度；微珠對于流動性及粘度改善具有正向作用，隨著微珠摻量的不斷提升，混凝土擴展度呈現先增加后基本保持不變的趨勢，表明微珠的滾珠效應達到極限；當微珠摻量為30%時，當硅灰摻量為3.4%時，混凝土整體粘度達到最佳，倒筒時間達到最低值，倒筒時間為3.2 s，混凝土松軟，性能良好。

4.2 大流態自密實混凝土抗壓強度影響因素研究

研究微珠、礦粉等礦物摻合料不同取代率對于混凝土不同齡期抗壓強度的影響，具體測試結果見表3。

表3 混凝土抗壓強度

由圖2 可知，礦物摻合料對于體系中后期抗壓強度的貢獻很大，其中礦粉、微珠作用尤為明顯，硅灰作為活性高的礦物摻合料，早期強度貢獻率高；由于硅灰、微珠、礦粉的水化速率不同，因此體系可以勻速進行水化反應。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；當礦粉摻量為30%、微珠摻量為30%時，中后齡期強度增長幅度基本保持最佳。28 d 抗壓強度為43.9 MPa，60d 抗壓強度為57.6 MPa，90d抗壓強度為76.8 MPa，28d 強度增長率為43.0%，60 d 強度增長率為31.2%，90 d 強度增長率為33.3%。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強度

4.3 大流態自密實混凝土水化溫升研究

針對實體結構開展水化溫升模擬實驗，研究礦物摻合料取代率對體系水化放熱溫升性能的影響，尋找溫升裂縫的原因，確定最佳礦物摻合料取代率。

由圖3 可知，當礦粉摻量達到30%時，水化放熱峰隨之降低，但降低幅度不再明顯。通過線性模擬計算，該體系可較好表征水化過程的不同反應階段，規律基本一致，通過測溫結果知，實體結構內外溫差滿足施工要求，表觀整潔光滑。

圖3 礦粉摻量30%時水化放熱線性模擬結果

5 結論

（1）微珠、硅灰對于流動性能及粘聚性能改善效果明顯。隨著微珠摻量的增加，混凝土流動度呈現先增加后基本不變的趨勢，粘度呈現先下降后基本不變的趨勢。當微珠摻量30%、硅灰摻量3.4%時，混凝土最佳流動性、粘聚性最優。

（2）微珠、礦粉對于混凝土中后齡期抗壓強度貢獻最大，隨著微珠、礦粉摻量的不斷增加，混凝土中后齡期強度呈現先增大后基本不變或略微降低的趨勢。當微珠摻量達到30%、礦粉摻量達到30%時，混凝土中后齡期抗壓強度達到最優值。

（3）開展實體結構水化熱模擬實驗，通過優化原材料比例，最終選擇微珠摻量30%、硅灰摻量3.4%、礦渣摻量30%。