水利工程建筑中混凝土的配合比設計與性能研究

班曉東

（內蒙古自治區(qū)水利水電勘測設計院，呼和浩特 010020）

水利工程作為一種用于控制和調配自然界的地表水和地下水，達到除害興利目的而修建的民生工程，作為水利工程的重要基礎支撐的混凝土結構在提升水利工程穩(wěn)定性、延長使用壽命等方面起著至關重要的作用[1]。然而，實際施工過程中，水利工程中的混凝土結構由于其特殊的應用環(huán)境而易于發(fā)生開裂等問題[2]，究其原因，這主要與其流動性較差、脆性較大等有關[3-4]。此外，在節(jié)能環(huán)保和固體廢棄物逐漸增多的今天，將粉煤灰、陶粒等原材料加入混凝土中進行充分利用是實現建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要趨勢，而摻有粉煤灰等的自密實混凝土的配合比設計及其對材料物性指標的影響方面的報道較少[5-7]。本文開展自密實混凝土配合比設計，并考察水灰比、陶粒體積率和粉煤灰摻量對自密實混凝土表觀密度、坍落擴展度和壓縮強度的影響的研究將有助于改善水利工程中混凝土結構的脆性破壞和開裂問題。

1 試驗材料與方法

以天然河砂、900 級頁巖陶粒、水泥（PC32.5、PO 42.5）、850 級粉煤灰、水、減水劑（WK-2 型聚羧酸減水劑）等為原料制備了不同強度等級的自密實混凝土；根據JGJ/T 283-2012《自密實混凝土應用技術規(guī)程》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》計算了不同組分的用量[8]，不同水灰比、陶粒體積率和粉煤灰取代率的自密實混凝土的配合比設計如表1，自密實混凝土試件的尺寸為100mm×100mm×100mm。

表1 不同水灰比的自密實混凝土的配合比設計（kg/m3）Tab.1 Mix design of self compacting concrete with different water cement ratio

根據GB/T 17431.2-2010《輕集料及其試驗方法》計算表觀密度[9]；根據GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測試立方體的壓縮強度[10]，以三組平行試樣的平均值作為測試結果，測試儀器為MTS-810 型電液壓力學試驗機，拉伸速率為0.5MPa/s。

2 結果及討論

圖1為不同水灰比的自密實混凝土的表觀密度和坍落擴展度。從表觀密度測試結果來看，隨著水灰比從0.32增加至0.40，三種自密實混凝土的表觀密度都表現為逐漸減小特征；從坍落擴展度測試結果來看，隨著水灰比從0.32增加至0.40，三種自密實混凝土的坍落擴展度都表現為逐漸增加特征，且強度等級越低則相同水灰比下的自密實混凝土的坍落擴展度越高。

圖1 不同水灰比的自密實混凝土的表觀密度和坍落擴展度Fig.1 Apparent density and slump expansion of self compacting concrete with different water cement ratio

圖2為不同水灰比的自密實混凝土的立方體壓縮強度測試結果，圖中分別列出了不同強度等級的自密實混凝土在養(yǎng)護時間為7d和28d時的立方體拉伸強度測試結果。對于SCLC30 試件，7d 壓縮強度先增加后減小，而28d壓縮強度呈現先減小后增大特征；對于SCLC40 試件，7d 壓縮強度先增加后減小，而28d 壓縮強度呈現先減小后增大特征；對于SCLC50 試件，7d壓縮強度先增加后減小，而28d壓縮強度呈現先減小后增大特征。在水灰比為0.36時，不同強度等級的自密實混凝土的7d和28d壓縮強度都較高。

圖2 不同水灰比的自密實混凝土的立方體壓縮強度測試結果Fig.2 Cube compressive strength test results of self compacting concrete with different water cement ratio

從表觀密度測試結果來看，隨著陶粒體積率從0.36增加至0.44，三種自密實混凝土的表觀密度都表現為逐漸減小特征；從坍落擴展度測試結果來看，隨著水灰比從0.36增加至0.44，三種自密實混凝土的坍落擴展度都表現為逐漸增加特征，且強度等級越低則相同陶粒體積率下的自密實混凝土的坍落擴展度越高。

對于SCLC30 試件，7d 壓縮強度和28d 壓縮強度都表現為逐漸減小特征；對于SCLC40 試件，7d 壓縮強度和28d壓縮強度隨著粗骨料體積摻量的變化趨勢與SCLC30 試件相似；對于SCLC50 試件，7d 壓縮強度和28d壓縮強度也整體呈現逐漸減小特征。綜合而言，在陶粒體積率為0.40時，不同強度等級的自密實混凝土的7d和28d壓縮強度都較高。

隨著粉煤灰摻量從15%增加至35%，三種自密實混凝土的表觀密度都表現為逐漸減小特征；從坍落擴展度測試結果來看，隨著粉煤灰摻量從15%增加至35%，三種自密實混凝土的坍落擴展度都表現為逐漸增加特征，且強度等級越低則相同粉煤灰摻量下的自密實混凝土的坍落擴展度越高。

對于SCLC30 試件，7d 壓縮強度和28d 壓縮強度都表現為逐漸減小特征；對于SCLC40 試件，7d 壓縮強度和28d 壓縮強度隨著粉煤灰摻量的變化趨勢與SCLC30試件相似；對于SCLC50試件，7d壓縮強度和28d 壓縮強度也整體呈現逐漸減小特征。綜合而言，在粉煤灰摻量為25%時，不同強度等級的自密實混凝土的7d和28d壓縮強度都較高。

優(yōu)化后SCLC30、SCLC40 和SCLC50 試件的表觀密度分別為1857kg/m3、1866kg/m3和1885kg/m3，坍落擴展度分別為710mm、700mm 和680mm，7d 壓縮強度分別為31.6MPa、41.9MPa 和48.1MPa，28d 壓縮強度分別為38.7MPa、47.8MPa和53.0MPa。對比分析可知，自密實混凝土的強度等級越高，對應的表觀密度越大、坍落擴展度越小、7d和28d壓縮強度越大。

3 結語

1）隨著水灰比從0.32增加至0.40，3種自密實混凝土的表觀密度都表現為逐漸減小，坍落擴展度都表現為逐漸增加特征，且強度等級越低則相同水灰比下的自密實混凝土的坍落擴展度越高。

2）隨著陶粒體積率從0.36增加至0.44，3種自密實混凝土的表觀密度都表現為逐漸減小，坍落擴展度都表現為逐漸增加特征，且強度等級越低則相同陶粒體積率下的自密實混凝土的坍落擴展度越高。

3）隨著粉煤灰摻量從15%增加至35%，3 種自密實混凝土的表觀密度都表現為逐漸減小，坍落擴展度都表現為逐漸增加特征，且強度等級越低則相同粉煤灰摻量下的自密實混凝土的坍落擴展度越高。