轉運時間和高度差對輸電工程混凝土性能的影響

許濤 ，朱兆輝 ，陳誠 ，高建明

（1.中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 211102；2.東南大學材料科學與工程學院，江蘇 南京 211189）

0 引言

近幾年隨著國家經濟的快速發展， 各地對輸電量要求越來越高， 各個地區的輸電線路也在快速增加， 而其中起著根基作用的輸電工程混凝土決定了整體工程的施工進度。 本試驗以長三角地區輸電工程基礎混凝土的施工為背景， 研究其施工過程中混凝土轉運時間和高度差對混凝土工作性和強度等的影響， 對輸電工程混凝土的工程指標提出了更加具體的要求。

1 試驗原材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥采用海螺集團中國水泥廠生產的P·O 42.5 級水泥；粗集料采用5～25 mm 連續級配碎石，泥塊含量≤0.5%，含泥量≤1%，表觀密度為2 810 kg/m3；細集料采用天然砂，細度模數為2.36，泥塊含量≤0.7%，含泥量≤1.5%；減水劑采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司的聚羧酸型高性能減水劑（液態），減水率約20%，固含量10%；混凝土拌和用水為自來水。

1.2 配合比

試驗所用混凝土配合比如表1 所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

1.3 試驗過程與方法

試驗過程：設置三個運輸時間（40 min、80 min、120 min）、兩個轉運高度差（2 m、3 m），具體方案如表2 所示。在20 ℃、相對濕度60%的環境下，測試轉運后混凝土的坍落度及混凝土相應齡期 （7 d、14 d、28 d、60 d）的抗壓強度，取對應條件下的試塊制備壓汞及掃描電鏡試樣。

主要設備：環境模擬試驗箱、溫濕度傳感器、壓力試驗機、坍落度筒、直尺、混凝土攪拌機、場發射環境掃描電子顯微鏡、全自動壓汞儀等。 環境模擬試驗箱可達到的模擬條件為5～80 ℃， 相對空氣濕度40%～95%，溫度均勻度≤1 ℃，溫度偏差±1 ℃，相對空氣濕度偏差±2%。

表2 試驗方案

試驗方法： 混凝土的工作性能依據GB/T 50080—2016 《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》 進行， 混凝土的抗壓強度依據GB/T 50107—2010《混凝土強度檢驗評定標準》進行，采用壓汞儀測試混凝土的孔隙率， 采用SEM 觀察混凝土水化產物的微觀形貌。

2 結果與討論

2.1 運輸時間和轉運高度差對混凝土工作性能的影響

混凝土運輸時間和轉運高度差對混凝土坍落度的影響如圖1 所示。試驗結果表明，混凝土的坍落度損失量隨著運輸時間的延長越來越大， 損失速率也越來越快； 混凝土的坍落度損失量隨著轉運高度的增加而變大， 運輸時間對混凝土坍落度損失的影響高于轉運高度差對混凝土坍落度的影響。 混凝土運輸時間在40 min 內且轉運高度差在3 m 內，混凝土坍落度損失能控制在10%以內； 當混凝土運輸時間達到80 min 時， 混凝土的坍落度損失比在15%~25%，此時混凝土的工作性能較差，不能直接用于輸電工程基礎的澆筑， 需經過后加外加劑及再攪拌等方式處理；而當混凝土運輸時間超過120 min 后，混凝土的坍落度損失超過35%， 不能用于輸電工程基礎的澆筑。

圖1 混凝土運輸時間和轉運高度差對混凝土坍落度的影響

運輸時間加長，坍落度損失速率逐漸加快。 主要原因是水泥水化水分逐漸被消耗，另一方面是因為水分的快速蒸發。而轉運高度差的增加會造成混凝土的漿體不能充分包裹住砂子和石子，容易造成離析現象，會致使混凝土的流動性變差，從而出現坍落度損失變大。

2.2 運輸時間和轉運高度差對混凝土強度的影響

混凝土運輸時間和轉運高度差對混凝土強度的影響如表3、圖2 所示。 試驗結果表明，混凝土強度隨著運輸時間的延長逐漸降低且速率越來越快，整體呈現的規律是在14 d 時強度損失比達到最大值，而后逐漸減小；混凝土的強度隨著轉運高度差的增加而逐漸降低。 混凝土坍落度損失控制在10%以內時，混凝土的強度損失在7%以內；當坍落度損失在15%~25%時，即運輸時間在80～120 min時， 轉運高度差對混凝土強度的影響逐漸增大，尤其是14 d 的混凝土強度，強度損失比從12.67%升至17.43%， 此時的混凝土不僅工作性不能滿足施工要求，甚至強度也不能在規定齡期內達到輸電工程基礎混凝土的規定強度。而當混凝土運輸時間達到 120 min 時， 混凝土強度在 7 d、14 d、28 d、60 d都有超過11%的損失， 在14 d 時強度損失達到最高至24.67%。

表3 各條件下混凝土強度損失比與齡期的關系

圖2 混凝土運輸時間和轉運高度差對混凝土強度的影響

運輸時間越長、轉運高度差越大，就會導致混凝土的坍落度損失越大， 在成型時由于混凝土工作性較差， 致使混凝土澆筑與振搗較難達到理想效果，難以保證混凝土的密實程度，致使混凝土各齡期的強度減小；另外，在混凝土處于低濕環境下且未采取其它增濕措施的情況下， 缺水的混凝土不易從外界吸取足量的水分保證其強度正常發展。 不同施工條件下的混凝土在14 d 時的強度損失比最大，這是因為混凝土前期失水過多，工作性較差，導致混凝土內部結構較脆弱，而后隨著齡期的增長，水化程度增大，內部結構更加密實，較基準混凝土強度損失越小。

2.3 微觀形貌和孔結構表征

圖 3、4 分別是從混凝土 C-20-0、C-20-6 內部取樣經過處理得到的內部形貌圖。 3 d 時混凝土的水化產物較多，直接成型的混凝土C-20-0 的水化產物已經開始密實堆積，而經過轉運120 min 及轉運高度差為3 m 的混凝土C-20-6 的水化產物還處于快速生長階段， 針棒狀的AFt 與呈團絮狀的C-S-H 凝膠已經初呈規模，但界面處還較為松散；28 d 時混凝土的水化產物布滿視野， 混凝土C-20-0 的初步視野中可以看到密實堆積的Ca（OH）2及凝膠產物，混凝土C-20-6 的水化產物堆積也比較密實， 界面處還可看到一些未完全成長的凝膠層。 因此也可驗證混凝土C-20-0 所處各個齡期時的強度均高于混凝土C-20-6。

圖3 混凝土C-20-0 3 d（左）、28 d（右）內部形貌

圖 4 混凝土 C-20-6 3 d（左）、28 d（右）內部形貌

圖 5、6 分別是從混凝土 C-20-0、C-20-6 內部取樣經過處理得到的可積孔徑分布圖和混凝土樣品孔體積占比圖。 從圖5 中可明顯看出，隨著齡期的增長，C-20-0 的最可積孔徑從3 d 時的77 nm 至28 d 時的 50 nm，C-20-6 的最可積孔徑從 3 d 時的80 nm 縮小至28d 時的51 nm，這表明水化在持續進行， 水化產物在填充混凝土的內部孔隙；C-20-0 的最可積孔徑在早期3 d 和后期28 d 都比C-20-6 的最可積孔徑小， 說明經過轉運120 min及轉運高度差為3 m 的轉運過程后， 混凝土內部的孔隙結構受到一定影響，即大孔數量增加、小孔數量減少。

為了表征樣品的孔徑分布變化，將<50 nm 的孔徑稱為小孔，其中<20 nm 的孔稱為無害孔；50～100 nm 的孔稱為中孔；>100 nm 的孔稱為大孔[1-3]。 從圖 6 中可以看出，混凝土3 d 后的中小孔體積占比均超過85%，占比最高的是28 d 的混凝土C-20-0，達到了91%。 隨著齡期的增長，中小孔的體積分數都在增加， 其中小孔的數量增長速度最快。 混凝土C-20-0 的3 d、28 d 的小孔體積分數百分比都超過混凝土C-20-6 的小孔體積分數百分比， 混凝土C-20-0 28 d 時的小孔體積分數百分比達到60%。

圖5 混凝土可積孔徑分布

圖6 混凝土樣品孔體積占比

混凝土C-20-0 和混凝土C-20-6 的強度發展變化，與其內部水化程度和孔結構具有一定的相關性，即在配合比及養護環境相同的情況下，小孔體積百分比占比越高，水化產物堆積越密實，混凝土強度越高。

3 結論

（1）混凝土的坍落度損失不僅與運輸時間相關，轉運高度差也對坍落度有一定影響，運輸時間越長影響越大。

（2）混凝土強度隨著運輸時間的延長逐漸降低且降低速率越來越快； 強度損失比在14 d 時達到最大值，而后逐漸減小；混凝土的強度隨著轉運高度差的增加而逐漸降低。

（3）經過轉運時間120 min、轉運高度差為3 m的轉運過程之后，混凝土3 d 時中孔、大孔體積占比相較于對照組增加了4%，28 d 時中孔、 大孔體積占比擴大至6%，混凝土28 d 強度也相應地降低了15%。