高石粉含量水工混凝土徐變性能的試驗研究

魏亮

（廣州市設計院，廣東廣州 510620）

1 工程概況

人工砂替代天然砂充當細骨料在水利水電建設工程中應用越來越普遍。石粉含量的不同使水工混凝土徐變存在差異，而對于大體積水工混凝土，混凝土的徐變影響到混凝土抗裂性能。人工砂在混凝土中的應用與研究表明，適量的石粉和微粒能夠提高混凝土的密實程度，從而提高混凝土抗壓強度，減小混凝土的徐變。然而過量的石粉使混凝土集料的骨架作用被減弱，對抗壓強度的增長起負作用，對抑制混凝土徐變產生不利影響[1]。我國《水工混凝土施工規范（DL/T 5144—2015）》中規定的石粉含量控制范圍為6%~18%，但在實際的水電站工程建設中，骨料加工系統生產的人工砂中石粉含量常常會超過這一控制范圍[2]，錦屏一級水電站拱壩混凝土的石粉含量達30%，為探明石粉對水工混凝土徐變的影響規律，本文開展了高石粉含量水工混凝土徐變性能的研究，以期確定使混凝土具有較合理徐變的石粉含量范圍，為水工混凝土體積穩定性和防裂研究提供技術資料。

2 試驗研究

2.1 原材料

水泥：華新P.MH 42.5 中熱硅酸鹽水泥；粗集料：二級配石子；粉煤灰：曲靖F 類Ⅰ級粉煤灰；細集料：某水電站建設工程砂石加工系統生產的原級配灰巖人工砂，石粉含量15%。通過人工水洗或添加石粉，得到了石粉含量分別為6%、10%、18%、28%、30%共5 種人工砂；石粉：灰巖質石粉，主要成分為CaCO3、CaMg和 SiO2晶體，粒徑小于 80μm 的顆粒約占總量 82%。

2.2 試樣制備與試驗方法

保持混凝土的砂率、外加劑摻量不變，選取灰巖人工砂中石粉含量6%~30%，兩種不同水膠比（0.37、0.45）的二級配水工混凝土進行混凝土徐變試驗，配合比見表1。每組混凝土的徐變試件采用φ150mm×450mm 的圓柱體試件，在試件兩測的表面粘貼規格為150mm 的電阻應變片，徐變試驗采用XBJ-500 混凝土徐變試驗機，應變采集使用uT7110Y 型優泰靜態應變采集儀。徐變試驗根據《水工混凝土試驗規程（DL/T 5150—2001）》規定的方法進行。

表1 不同水膠比的水工混凝土配合比

3 結果及分析

3.1 石粉含量對水工混凝土徐變的影響

石粉含量對混凝土徐變的影響見圖1。從圖中可以得出，石粉含量對混凝土徐變的影響隨徐變試件持荷時間的延長表現出不同的規律：持荷7d 徐變度隨石粉含量的增大呈增大的趨勢，人工砂中石粉含量由6%提高到18%時，0.37 水膠比的混凝土徐變度增加了31%，0.45 水膠比的混凝土徐變度增加了19%。而石粉含量超過18%時，繼續增大石粉含量對徐變度的影響很小。石粉能夠參與并促進混凝土早期的水化反應，增加漿體的數量，使混凝土徐變增大[3]。當石粉含量超過一定范圍時，體系中的石粉一部分參與并促進水化反應，另外一部分惰性石粉僅作為微集料填充在混凝土的內部結構中，對漿體的數量影響較小，因此繼續增大石粉含量對徐變的影響減弱。持荷28d 時，混凝土體系的水化反應進程減緩，石粉在混凝土中的晶核效應減弱，惰性石粉提高了混凝土內部結構的致密程度，抑制了混凝土的徐變[4]，另外一方面，石粉提高了混凝土的強度，在一定程度上也減小徐變，這種趨勢在持荷90d 和180d 時更加明顯。持荷90d 時，石粉含量為18%的混凝土的徐變度最小，石粉含量從6%增大到18%時，兩種水膠比（0.37、0.45）的混凝土的徐變度分別減小了12%、14%。當人工砂中石粉含量大于18%時，過量的石粉微粒使混凝土集料的骨架作用被削弱，使混凝土強度減小，增加了混凝土徐變。

圖1 石粉含量對混凝土徐變的影響

圖2 顯示了加載齡期分別為7d、28d 和90d 的徐變度趨勢圖?？梢钥闯觯酆繌?5%增大到28%時：水膠比分別為0.37、0.45 的混凝土在加載齡期為7d、持荷180d 的徐變度分別增大了24%和10%；當加載齡期為28d 時，持荷180d 的徐變度僅增大了7%；加載齡期為90d 時，石粉含量從15%增大到28%時，0.37 和0.45 水膠比的混凝土持荷180d 的徐變度分別減小了12%和4%。分析認為：加載齡期為7d 的混凝土水化速率較快，石粉誘導水化產物在微粒表面析出晶體，提高了混凝土的水化速率，具有活性的石粉微粒參與體系的水化反應，導致體系中漿體的數量增加，增大了混凝土的徐變[5]。隨著加載齡期的延長，混凝土的養護時間也相應延長，混凝土的水化反應速率減小，此時石粉主要起填充作用，未參與水化反應的石粉作為微集料補充在混凝土的內部結構中，提高混凝土的密實程度，有效抑制了混凝土徐變，如圖2 所示。

3.2 人工砂中石粉含量限值的建議

由圖1 可知，人工砂中石粉含量對0.37、0.45 兩種水膠比混凝土徐變的影響趨勢大致相同，持荷7d 前的人工砂混凝土徐變度隨石粉含量增大而增大。對于持荷28d 后的人工砂混凝土：徐變度隨石粉含量增大呈先減小后增大的趨勢，石粉含量為28%時的徐變度比石粉含量為10%時的徐變度略小，當石粉含量為18%時，徐變度最小。對于二級配人工砂水工混凝土，較優石粉含量為15%~28%，考慮到石粉含量大于22%時，對人工砂混凝土工作性能的不利影響較大，不利于實際施工[6]，因此對人工砂中最優石粉含量的建議值為22%。

4 結語

圖2 不同加載齡期的徐變度趨勢

（1）石粉含量對加載齡期分別為7d、28d 及90d 的徐變度影響的結果表明，高石粉含量增大了加載齡期為7d 和28d 的徐變度，抑制了加載齡期為90d 的徐變度。

（2）隨石粉含量的增大，未參與水化反應的石粉作為微集料提高了混凝土的密實程度，有效抑制了混凝土徐變，在水化反應的后期較為明顯。

（3）綜合人工砂水工混凝土徐變試驗的研究成果，考慮到水工混凝土對體積穩定性和溫控防裂等方面的需求，用于二級配水工混凝土的人工砂，其石粉含量上限可放寬至22%。