抑制堿活性與混凝土配合比優(yōu)化相結(jié)合的思路分析

王 雷， 婁 鑫

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

涼山州木里河固增水電站工程采用引水式開(kāi)發(fā)，工程主要包括首部樞紐、引水隧洞、調(diào)壓室、壓力管道、廠房及其他建筑物。該項(xiàng)目主體工程混凝土工程量約為31.79萬(wàn)m3，高峰月強(qiáng)度約為2.4萬(wàn)m3。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為28 d齡期抗壓強(qiáng)度。

固增水電站混凝土生產(chǎn)用骨料的料源為洞室開(kāi)挖洞渣及料場(chǎng)山體爆破的巖石。在骨料加工生產(chǎn)前，項(xiàng)目部委托成都院及水電七局試驗(yàn)檢測(cè)研究院對(duì)骨料料源的堿骨料潛在危害性進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：固增水電站采用的骨料料源存在潛在堿骨料危害性。試驗(yàn)室按照《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》DL/T5151-2014[1]中快速砂漿棒法進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果表明：28 d膨脹率為0.632%，不滿足規(guī)范要求的小于0.2%的要求。

按照以往經(jīng)驗(yàn)，摻加粉煤灰可以抑制堿骨料存在的潛在危害性。但隨著粉煤灰摻量提高，水泥用量減低，容易引起混凝土早期強(qiáng)度過(guò)低，對(duì)拆模時(shí)間有影響，尤其是隧洞襯砌混凝土過(guò)長(zhǎng)的拆模等待時(shí)間會(huì)影響到施工進(jìn)度；若粉煤灰摻量提高，水泥用量不降低，則會(huì)引起成本大幅度增加。

因此，如何解決這一問(wèn)題成為該工程的關(guān)鍵點(diǎn)，亦成為項(xiàng)目管理的關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)解決該問(wèn)題的具體過(guò)程進(jìn)行了詳述。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)材料

(1)水泥。該工程選用的水泥為PO42.5水泥，PO42.5水泥物理力學(xué)性能檢驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表1。

表1 PO42.5水泥物理力學(xué)性能檢驗(yàn)報(bào)告表

(2)粉煤灰。該工程選用的粉煤灰為Ⅱ級(jí)F類粉煤，Ⅱ級(jí)F類粉煤灰品質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表2。

表2 Ⅱ級(jí)F類粉煤灰品質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告表

此類粉煤灰亦被稱為“吹灰”或“燒灰”。

與之相對(duì)應(yīng)的是一種被稱之為“磨灰”或“磨細(xì)灰”的粉煤灰。該類粉煤灰摻入混凝土中并不能起到傳統(tǒng)粉煤灰增加混凝土后期強(qiáng)度、減少部分水泥用量和抑制堿骨料反應(yīng)的效果，只能起到調(diào)節(jié)混凝土和易性的作用，因此，在選擇粉煤灰時(shí)，一定要注意這兩類粉煤灰的區(qū)別。

(3)減水劑。該工程選用的的減水劑為GK-3000高性能減水劑，GK-3000高性能減水劑品質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表3。

表3 GK-3000高性能減水劑品質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告表

2.2 試驗(yàn)方法

(1)理論依據(jù)。《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T 5057-2009[5]中的6.1.5款規(guī)定：在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)中，不宜利用混凝土的后期強(qiáng)度，但經(jīng)過(guò)充分論證后，也可根據(jù)建筑物的型式、所在地區(qū)的氣候條件以及開(kāi)始承受荷載的時(shí)間采用60 d或90 d齡期的抗壓強(qiáng)度。

根據(jù)此條款內(nèi)容得知：在特定的條件下，經(jīng)過(guò)充分論證后亦可考慮利用60 d或90 d齡期的抗壓強(qiáng)度。

(2)確定方案。為了解決混凝土骨料的堿活性，需要在混凝土配料時(shí)提高粉煤灰的摻量比例。而提高“吹灰”粉煤灰的摻量比例勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度的提高，若對(duì)這部分后期強(qiáng)度不加以利用，實(shí)質(zhì)上是對(duì)工程質(zhì)量的過(guò)度投入。加之粉煤灰摻量增大后，還會(huì)降低混凝土的水化熱，對(duì)大壩、廠房結(jié)構(gòu)物大體積混凝土抗裂十分有利。

根據(jù)該工程前期混凝土配合比試驗(yàn)總結(jié)出以下結(jié)論：與“磨灰”相比，使用“吹灰”拌制混凝土?xí)r，在混凝土28 d強(qiáng)度一致時(shí)，能夠減少水泥的摻量，且“吹灰”混凝土早期強(qiáng)度更高。

由于粉煤灰的市場(chǎng)價(jià)格一般低于水泥的價(jià)格，所以，多摻粉煤灰可以在一定程度上減少水泥的摻量，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約成本的目的。

綜上所述，總承包部決定研究使用高摻“吹灰”粉煤灰，同時(shí)推動(dòng)工程將混凝土28 d齡期強(qiáng)度改為90 d齡期強(qiáng)度的設(shè)計(jì)變更，既可解決骨料的堿活性問(wèn)題，又可以利用抑制堿活性材料(粉煤灰)提高混凝土強(qiáng)度。

2.3 相關(guān)試驗(yàn)

(1)抑制堿活性試驗(yàn)。在上述理論基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同粉煤灰摻量下的堿骨料抑制試驗(yàn)，所取得的堿骨料抑制試驗(yàn)成果見(jiàn)表4。

表4 堿骨料抑制試驗(yàn)成果表

從堿骨料抑制試驗(yàn)成果表(表4)可以看出：粉煤灰摻量在30%時(shí)的抑制效果滿足規(guī)范要求小于等于0.1%的要求。

(2)粉煤灰摻量對(duì)照試驗(yàn)。上述試驗(yàn)結(jié)果表明：目前固增水電站的粉煤灰摻量不應(yīng)低于30%。在該前提條件下，試驗(yàn)室開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn)，所取得的粉煤灰不同摻量砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)成果見(jiàn)表5。

表5 粉煤灰不同摻量砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)成果表

從表5中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：

①摻加粉煤灰的混凝土在28 d齡期時(shí)，30%、35%摻量的抗壓強(qiáng)度均大于不摻加粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度；

②摻加粉煤灰的混凝土在90 d齡期時(shí)，30%、35%摻量的抗壓強(qiáng)度較不摻加粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較多；

③當(dāng)粉煤灰摻量超過(guò)35%時(shí)，混凝土的前期抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的下降，且其90 d的抗壓強(qiáng)度較30%、35%粉煤灰摻量的混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)了一定程度的下降；

④粉煤灰摻量為30%、35%時(shí)，其90 d的抗壓強(qiáng)度是28 d抗壓強(qiáng)度的1.2倍以上，該水膠比時(shí)90 d抗壓強(qiáng)度較28 d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)了10 MPa。

從表5中的檢測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)論可以看出：28 d后混凝土強(qiáng)度會(huì)因?yàn)榉勖夯业亩畏磻?yīng)增長(zhǎng)明顯。如果將設(shè)計(jì)齡期從28 d更改至90 d，將會(huì)在一定程度上降低后期強(qiáng)度的浪費(fèi)。

(3)配合比設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)混凝土的設(shè)計(jì)要求見(jiàn)表6。

表6 混凝土設(shè)計(jì)要求表

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)優(yōu)化和調(diào)整，最終采用的調(diào)整后的混凝土配合比見(jiàn)表7。

表7 調(diào)整后的配合比(參考)表

2.4 應(yīng)用實(shí)例

水電工程建設(shè)的施工技術(shù)發(fā)展已有百年歷史。在查閱了近30 a修建的水電站相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，在大體積混凝土及結(jié)構(gòu)前期對(duì)強(qiáng)度要求不高的工程混凝土施工當(dāng)中多數(shù)采用90 d或更長(zhǎng)的混凝土設(shè)計(jì)齡期；對(duì)于所摻加的粉煤灰，其摻量從20%～40%不等。當(dāng)粉煤灰摻量超過(guò)25%時(shí)，混凝土的設(shè)計(jì)齡期多為90 d(90 d及以上)。90 d設(shè)計(jì)齡期混凝土引用實(shí)例見(jiàn)表8。

表8 90 d設(shè)計(jì)齡期混凝土引用實(shí)例表

從應(yīng)用實(shí)例可以看出：目前國(guó)內(nèi)特大型、大型、中型水電站在混凝土澆筑過(guò)程中采用90 d及其以上的設(shè)計(jì)齡期較為普遍，且在結(jié)構(gòu)投入運(yùn)行后運(yùn)行狀態(tài)良好。

2.5 可能存在的問(wèn)題

(1)由于引水隧洞混凝土施工作業(yè)循環(huán)周期短、混凝土前期抗壓強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求，可能存在安全隱患，因此，對(duì)于隧洞襯砌的脫模時(shí)間需要經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

(2)按照工期要求，2019年5月混凝土需澆筑至高程2 206 m以上，使1號(hào)、2號(hào)泄洪閘具備過(guò)流條件。根據(jù)具體的施工情況可能存在在汛期到來(lái)之時(shí)混凝土澆筑齡期過(guò)短給結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。針對(duì)該問(wèn)題，可以采用區(qū)別對(duì)待的方式：對(duì)于等強(qiáng)時(shí)間足夠的混凝土，可以采用90 d齡期強(qiáng)度混凝土；對(duì)于不足等強(qiáng)時(shí)間的混凝土，則仍使用28 d齡期強(qiáng)度混凝土。

(3)由于部分廠房工程施工的現(xiàn)澆板梁柱結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土前期強(qiáng)度及施工工期要求較為嚴(yán)格，不適于采用長(zhǎng)齡期混凝土澆筑。鑒于該工程廠房施工采用“先框架后機(jī)窩”的施工順序，故其框架板梁柱承受設(shè)計(jì)的外部荷載的時(shí)間普遍大于3個(gè)月，且廠房發(fā)電通水時(shí)間滯后首臺(tái)機(jī)蝸殼、風(fēng)罩混凝土亦超過(guò)了30 d，故廠房可以采用90 d設(shè)計(jì)齡期混凝土。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)固增水電站混凝土的實(shí)際施工情況及配合比試驗(yàn)成果得出了以下結(jié)論：

(1)抑制堿骨料反應(yīng)時(shí)，粉煤灰摻量不應(yīng)低于30%。該摻量對(duì)于降低混凝土前期水化熱、提高混凝土后期強(qiáng)度有益。因此，最終將設(shè)計(jì)齡期從28 d更改至90 d是有利的。

(2)將設(shè)計(jì)齡期從28 d更改至90 d對(duì)于其給部分現(xiàn)場(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)運(yùn)行安全帶來(lái)的隱患可以通過(guò)調(diào)整配合比參數(shù)、調(diào)整施工作業(yè)工序、延續(xù)采用28 d設(shè)計(jì)齡期混凝土配合比進(jìn)行解決與處理。

(3)根據(jù)規(guī)范內(nèi)容：在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)中，不宜利用混凝土的后期強(qiáng)度。但在經(jīng)過(guò)充分論證后，也可根據(jù)建筑物的型式、地區(qū)的氣候條件以及開(kāi)始承受荷載的時(shí)間采用60 d或90 d齡期的抗壓強(qiáng)度。

在規(guī)范條文、混凝土配合比強(qiáng)度試驗(yàn)和等強(qiáng)工期分析全方位支撐下，固增水電站工程最終的混凝土設(shè)計(jì)齡期由28 d更改至90 d。

由于篇幅所限，文中未將上述可能存在的問(wèn)題的論證過(guò)程和詳細(xì)的配合比設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)闡述，因此，新項(xiàng)目在計(jì)劃借鑒本實(shí)例經(jīng)驗(yàn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的論證，科學(xué)規(guī)劃應(yīng)用范圍，利用理論知識(shí)為現(xiàn)場(chǎng)施工提供科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的建議。

經(jīng)過(guò)成本測(cè)算得知：固增水電站混凝土配料的最終成本較之前降低了1 500萬(wàn)元，獲得了良好的工程效益和經(jīng)濟(jì)效益。