某大壩高性能混凝土流動(dòng)性能及收縮性能影響因素研究

邵建新

(浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，杭州 310051)

0 引 言

高性能混凝土在施工過(guò)程中要求混凝土具有良好的流動(dòng)性、黏聚性、保水性，可順利通過(guò)復(fù)雜密集鋼筋及異形結(jié)構(gòu)，不出現(xiàn)石頭堆積情況。高性能混凝土施工過(guò)程中容易出現(xiàn)混凝土和易性差導(dǎo)致的堵管、溫度裂縫等質(zhì)量問(wèn)題，重點(diǎn)在于原材料選取及配合比設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)于壩體等大體積混凝土，內(nèi)部溫升很容易>95℃，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦粉可以顯著降低體系水化放熱量，有效推遲最大放熱峰出現(xiàn)時(shí)間，平穩(wěn)水化，避免劇烈溫升，同時(shí)改善配合比設(shè)計(jì)，優(yōu)化材料比例，針對(duì)工程存在的基本性能較差、溫度裂縫等問(wèn)題，通過(guò)測(cè)試流動(dòng)度、倒筒時(shí)間、收縮率等關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)高性能混凝土基本性能開(kāi)展研究[1]。

1 工程概況

某大壩為混凝土重力壩，壩頂長(zhǎng)度為499.8m，壩高最高為65.9m，相應(yīng)的擋水位為58.8m，按大壩尺寸算，該工程混凝土為大體積混凝土，由于壩體鋼筋結(jié)構(gòu)密集復(fù)雜，異形腔較多，混凝土基本性能較差，輔助振搗仍無(wú)法通過(guò)鋼筋，石頭堆積情況嚴(yán)重；另外，混凝土內(nèi)部實(shí)測(cè)溫度過(guò)高，形成局部溫度裂縫。

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27.6%，3d抗壓強(qiáng)度27.9MPa，28d抗壓強(qiáng)度51.9MPa；試驗(yàn)粉煤灰為I級(jí)粉煤灰，細(xì)度4.9%，燒失量1.8%，需水量比93%；試驗(yàn)礦渣比表面積414m2/kg，7d活性指數(shù)85%，28d活性指數(shù)102%；試驗(yàn)硅灰需水量比119%，7d活性指數(shù)達(dá)110%；試驗(yàn)中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量1.9%，碎石5-16mm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18.6%，減水率20%；水為飲用水[2-3]。

3 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

膠凝材料用量為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(guò)調(diào)整聚羧酸減水劑不同組分的搭配比例，達(dá)到調(diào)整混凝土和易性的目的，混凝土配合比，見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 不同因素對(duì)高性能混凝土基本性能的影響

針對(duì)項(xiàng)目施工過(guò)程中出現(xiàn)的基本性能差、無(wú)法通過(guò)鋼筋以及溫度裂縫等質(zhì)量問(wèn)題，研究不同礦物摻合料取代率對(duì)于混凝土流動(dòng)度、倒筒時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)的影響。不同因素對(duì)高性能混凝土流動(dòng)性能的影響，見(jiàn)圖1。

圖1 不同因素對(duì)高性能混凝土流動(dòng)性能的影響

由圖1可知：①粉煤灰對(duì)于混凝土基本性能改善具有積極作用，隨著粉煤灰摻量的不斷增加，混凝土流動(dòng)性能呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢(shì)，主要由于粉煤灰的球形顆粒，產(chǎn)生滾珠效應(yīng)，表明粉煤灰超過(guò)最佳值，滾珠效應(yīng)不占主要作用；②硅灰對(duì)于混凝土黏聚性能具有重要作用，隨著硅灰摻量的增加，混凝土黏聚性逐漸優(yōu)異，混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，但單一使用硅灰改善效果并不顯著；③隨著礦渣摻量的增加，混凝土擴(kuò)展度并未有顯著改善，表明礦渣摻入并未對(duì)和易性有貢獻(xiàn)。當(dāng)粉煤灰摻量為20%時(shí)，當(dāng)硅灰摻量為3.6%時(shí)，為4.2s，混凝土流動(dòng)性好，黏聚性好，保水性好，混凝土整體黏度小，倒筒時(shí)間適中，泵送阻力小，泵送性能優(yōu)異，有利于施工。

4.2 不同因素對(duì)高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

研究礦物摻合料中不同取代率對(duì)于混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響，混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度，見(jiàn)圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

由圖2可知：不同礦物摻合料對(duì)于不同齡期的抗壓強(qiáng)度影響也不相同，硅灰主要提供早期(3d、7d)強(qiáng)度，礦渣提供中期(28d)強(qiáng)度，粉煤灰提供后期(60d)強(qiáng)度，主要由于不同礦物摻合料水化速率不同，形成互補(bǔ)。硅灰對(duì)于混凝土早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大，但取代率上升后，混凝土黏度增加，主要由于硅灰需水比較大，因此不宜多加；隨著礦渣摻量的不斷增加，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)摻量>20%時(shí)，中齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度不大；隨著粉煤灰摻量的不斷增加，混凝土60d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢(shì)，當(dāng)摻量超過(guò)20%時(shí)，長(zhǎng)齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度不大[4]。

4.3 高性能混凝土收縮性能研究

研究模擬混凝土內(nèi)部水化溫升變化規(guī)律，提供理論依據(jù)，避免由于局部溫升過(guò)高導(dǎo)致的裂縫出現(xiàn)。對(duì)試塊開(kāi)展收縮試驗(yàn)，確定最佳配合比。混凝土收縮試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)圖3。

圖3 混凝土收縮試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

選取3個(gè)配合比開(kāi)展收縮試驗(yàn)。由圖可知，配比2(SP45010)的21d收縮率<配比1(編號(hào)為SP45001)，配比3(編號(hào)為SP45012)的21d收縮率<配比2(編號(hào)為SP45012)，因此，配比編號(hào)為SP45012的混凝土收縮率最小，21d收縮率較7d收縮率漲幅不大，為2.9×10-4，表明配合比編號(hào)SP45012的混凝土體積穩(wěn)定性較好。主要由于隨著粉煤灰、礦渣不斷取代水泥，而礦渣發(fā)生二次水化反應(yīng)時(shí)間明顯滯后，體系水化勻速進(jìn)行，水化放熱平穩(wěn)，規(guī)避內(nèi)部溫升急劇升高的問(wèn)題，反饋到實(shí)體結(jié)構(gòu)，即實(shí)體表面平整，無(wú)溫升導(dǎo)致的溫度裂縫出現(xiàn)[5]。

5 結(jié) 論

1)優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰的引入，對(duì)于改善混凝土和易性具有重要作用。混凝土流動(dòng)度、黏度均得到顯著改善。由于粉煤灰持續(xù)進(jìn)行二次水化，因此可提供長(zhǎng)齡期60d及以上抗壓強(qiáng)度，當(dāng)粉煤灰摻量20%、硅灰摻量3.6%時(shí)，混凝土流動(dòng)性、黏度及長(zhǎng)期強(qiáng)度基本達(dá)到最優(yōu)值。

2)礦粉對(duì)于改善混凝土中期強(qiáng)度具有重要作用。礦粉的引入顯著改善混凝土中期抗壓強(qiáng)度，當(dāng)?shù)V渣摻量達(dá)到20%時(shí)，混凝土28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)值。

3)通過(guò)對(duì)混凝土開(kāi)展收縮性能試驗(yàn)，模擬不同礦物摻合料搭配比例的收縮性能變化過(guò)程。通過(guò)收縮試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選后確定礦物摻合料最佳搭配比例為：粉煤灰摻量20%、硅灰摻量3.6%、礦渣摻量20%。