某水利工程二道壩石粉砂碾壓混凝土基本性能研究

綦浩

（遼寧西北供水有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110003）

0 引言

碾壓混凝土在水利工程中應(yīng)用范圍較多，但在壩體施工過程易形成溫度應(yīng)力，產(chǎn)生溫度裂縫，影響壩體使用壽命[1-3]。優(yōu)化混凝土原材料配合比，探索礦物摻合料取代率，針對工程施工過程中存在的等問題，通過測試拌合物VC 值、含氣量以及試塊強度等關(guān)鍵指標(biāo)，開展碾壓混凝土性能研究[4，5]。

1 工程概況

某水利工程壩體澆筑混凝土方量合計32.15萬m3，屬大體積混凝土，但碾壓混凝土與普通混凝土或者大流態(tài)混凝土不同之處在于砂漿含量較低，碾壓施工難度大。在壩體碾壓混凝土施工過程中出現(xiàn)密實性差，成型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫等問題，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。

2 試驗原材料

試驗水泥為P·O42.5 級水泥，測試標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量26.9%，初凝時間221 min，終凝時間283 min，3 d 抗壓強度17.4 MPa，28 d 抗壓強度46.2 MPa；試驗微珠，細(xì)度4.9%，燒失量1.8%，需水量比92%；試驗礦粉比表面積426 m2/kg，7 d 活性指數(shù)86%，28 d 活性指數(shù)102%；試驗石粉砂，細(xì)度模數(shù)2.6～2.7，石粉含量15.7%，MB 值1.2，吸水率1.0%，碎石5～20 mm，20～40 mm，40～80 mm級配，含泥量0.1%～0.3%；外加劑為聚羧酸高效外加劑（引氣緩凝型），固含量15.4%，減水率18.0%；水為飲用水。

3 碾壓混凝土配合比設(shè)計

采用石粉砂搭配礦物摻合料的組合，通過優(yōu)化混凝土原材料配合比，優(yōu)化礦物摻合料替代率，并輔助調(diào)整砂率及混凝土含氣量，改善碾壓混凝土工作性能。微珠取代范圍0～30%，礦渣取代范圍0～50%，通過調(diào)整引氣緩凝型聚羧酸外加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，試驗混凝土C90258F100二級配，水膠比均為0.47，用水量均為90 kg/m3，具體配合比如表1所示。

4 實驗結(jié)果分析

4.1 碾壓混凝土工作性影響因素研究

碾壓混凝土要求混凝土碾壓后漿體飽滿，漿體填充空隙性能好，同時合適的含量可以進(jìn)一步提升漿體飽滿量，有利于降低施工難度。研究礦物摻合料中微珠、礦渣取代率對于混凝土工作性、含氣量等關(guān)鍵指標(biāo)的影響，具體測試結(jié)果見表2。

研究結(jié)果表明，隨著礦渣摻量的增加，混凝土VC 值并未有顯著改善，表明礦渣摻入并未對和易性有貢獻(xiàn)，主要由于礦渣屬于磨細(xì)礦物摻合料，不具有球形顆粒，達(dá)不到潤滑、降低摩擦力的目的。隨著微珠摻量的增加，混凝土VC 值呈現(xiàn)先降低后基本不變的趨勢，表明微珠超過最佳值，滾珠效應(yīng)達(dá)到極限，混凝土工作性改善不明顯；當(dāng)微珠摻量為20%時，混凝土整體粘度下降明顯，VC 值為2.3 s，碾壓后漿體量飽滿，結(jié)構(gòu)填充密室，施工性能良好。通過石粉砂對應(yīng)砂率調(diào)整發(fā)現(xiàn)，提高1%砂率，混凝土整體粘度有所改善，VC 值降低較為明顯。不同因素對碾壓混凝土工作性的影響見圖1。

表1 C9025 混凝土配合比

表2 C9025 混凝土性能測試

4.2 碾壓混凝土水化放熱研究

圖1 不同因素對碾壓混凝土工作性的影響

混凝土內(nèi)部溫升過快，將會導(dǎo)致里外溫差不同，形成溫度應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力集中到一定值，無法抵消時，將會導(dǎo)致局部破壞，形成溫度裂縫。開展模擬實驗，對混凝土內(nèi)部水化溫升變化規(guī)律進(jìn)行同步模擬，通過摻入礦物摻合料，延緩水化放熱速率，避免由于局部溫升過高導(dǎo)致的溫度裂縫出現(xiàn)。確定體系水化放熱速率與水化放熱量，模擬體系水化放熱測試數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 不同礦渣摻量水化放熱測試及模擬結(jié)果

隨著礦渣摻量不斷增加，整體水化放熱速率保持逐漸降低的態(tài)勢。當(dāng)摻量達(dá)到30%時，放熱峰也隨之降低，但降低幅度不再明顯。從結(jié)果發(fā)現(xiàn)，整個體系誘導(dǎo)期放熱速率并未出現(xiàn)顯著變化。從加速期開始，隨著礦渣取代率逐漸升高，礦渣與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)的時間明顯延緩，體系水化放熱勻速進(jìn)行，水化放熱量不會出現(xiàn)短期聚集，規(guī)避混凝土內(nèi)部溫升形成溫度應(yīng)力，避免溫度應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫出現(xiàn)，混凝土拆模效果良好，基本無龜裂。

5 結(jié)論

1）隨著微珠摻量的增加，混凝土VC 值呈現(xiàn)先降低后基本不變的趨勢，粘度呈現(xiàn)先下降后基本不變的趨勢。由于微珠的滾珠效應(yīng)具有上限值，摻量高并不能顯著改善工作性，同時，由于微珠有效成分和水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，因此微珠可貢獻(xiàn)長齡期抗壓強度，當(dāng)微珠摻量為20%，混凝土VC 值為2.3 s，碾壓后漿體量飽滿，結(jié)構(gòu)填充密實；由于礦渣需要堿性環(huán)境下激發(fā)發(fā)生二次反應(yīng)，因此礦渣的摻入可以貢獻(xiàn)混凝土中長齡期抗壓強度。當(dāng)?shù)V渣摻量達(dá)到30%時，混凝土28 d 抗壓強度為37.1 MPa，達(dá)到最優(yōu)值。

2）開展水化熱模擬實驗，測定微珠、礦渣搭配比例對于水化放熱速率的影響，主要降低水化放熱速率，降低體系最大水化放熱量，水化過程平穩(wěn)勻速進(jìn)行，避免急劇反應(yīng)導(dǎo)致的溫升過快，降低溫度應(yīng)力的不利影響。通過優(yōu)化原材料比例，最終選擇微珠摻量為20%，礦渣摻量為30%，體系水化放熱達(dá)到最優(yōu)。