水利工程人工骨料堅固性對混凝土耐久性能影響分析

代玉華

(喀左縣農(nóng)村人畜飲水辦公室，遼寧 喀左 122300)

0 引 言

實踐表明，占混凝土總體積約50%的骨料力學(xué)性能在很大程度上決定了混凝土的抗凍、抗?jié)B、強(qiáng)度等性能[1-2]。目前，國內(nèi)學(xué)者比較側(cè)重于高強(qiáng)、再生或輕型等混凝土骨料的研究，對不符合規(guī)范要求的人工骨料及其拌制的混凝土性能研究較少[3]。遼東某跨流域長距離引水隧洞工程，以海相碎屑巖為主夾灰?guī)r爆破料場是末端襯砌混凝土僅有的可選料場，周邊無其他合適料場，對該料場人工骨料進(jìn)行初步檢驗發(fā)現(xiàn)，除堅固性超標(biāo)外其他指標(biāo)均符合設(shè)計要求。為了確保建設(shè)工期以及最大程度的控制工程成本，文章結(jié)合實際情況專題研究了混凝土性能受人工骨料堅固性的影響。

關(guān)于骨料的堅固性，結(jié)合行業(yè)特點國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范給出了明確規(guī)定[4-6]，即粗、細(xì)骨料的最大允許值為10%和12%，骨料堅固性控制指標(biāo)，見表1?？紤]到規(guī)范以天然骨料品質(zhì)特性為依據(jù)制定堅固性控制指標(biāo)的初衷，對實際應(yīng)用過程中人工骨料堅固性超標(biāo)問題《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2015)允許“經(jīng)試驗論證可適當(dāng)放寬”。

表1 骨料堅固性控制指標(biāo)

1 原材料性能

1)水泥：試驗所用水泥為中抗硫酸鹽低堿水泥，其物理性能指標(biāo)和主要化學(xué)成分檢驗結(jié)果均符合硅酸鹽水泥設(shè)計要求。

2)粉煤灰：試驗所用粉煤灰為Ⅰ級灰，其物理品質(zhì)檢驗結(jié)果和化學(xué)成分試驗結(jié)果符合Ⅰ級粉煤灰技術(shù)要求。

3)人工骨料：骨料場以海相碎屑巖為主夾灰?guī)r，人工骨料物理力學(xué)性能，見表2。

從表2可以看出，安山巖力學(xué)性能明顯劣于火山角礫巖。根據(jù)堅固性試驗結(jié)果初步擬定4個不同等級的區(qū)域，通過分級檢測骨料堅固性實現(xiàn)骨料篩選，骨料堅固性等級劃分，見表3。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除砂細(xì)度模數(shù)較規(guī)范允許值偏大外人工骨料(中石、小石、砂)的其他性能指標(biāo)均符合《水工混凝土施工規(guī)范》要求[7]。

2 混凝土耐久性試驗

2.1 配合比設(shè)計

該跨流域長距離引水隧洞工程襯砌混凝土標(biāo)號為W10F50C40，結(jié)合已劃分的4個骨料堅固性等級將混凝土試件分3批次制備，檢測分析混凝土含氣量、配合比參數(shù)、凝結(jié)時間及拌和物坍落度，襯砌混凝土配合比，見表4。

表2 人工骨料物理力學(xué)性能

表3 骨料堅固性等級劃分 %

表4 襯砌混凝土配合比

從表4可以看出，拌制的混凝土坍落度為185-225mm，控制用水量在152-160kg/m3之間，砂率為45%-47%，水膠比0.38-0.40，拌和物性能能夠達(dá)到設(shè)計要求，襯砌混凝土凝結(jié)時間、含氣量、坍落度、配合比參數(shù)受骨料堅固性的影響可忽略不計。

2.2 力學(xué)性能

隨齡期延長混凝土力學(xué)性能變化規(guī)律，軸拉、抗壓強(qiáng)度值，見表5。由表5可知C40襯砌混凝土的軸拉、抗壓強(qiáng)度受不同堅固性等級骨料的影響較低[8]。

表5 軸拉、抗壓強(qiáng)度值 MPa

2.3 耐久性能

1)抗凍性能?？箖鲂栽囼灣晒?，見表6。從表6可以看出，各堅固等級骨料拌制的襯砌混凝土抗凍性均達(dá)到F300。由于未摻引氣劑，隨時間凍融次數(shù)的增加第3批次試件的相對動彈性模量和質(zhì)量損失率變化明顯[9]。此外，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增大Ⅳ級堅固等級骨料拌制的混凝土相對動彈性模量明顯下降。

2)抗?jié)B性能?？?jié)B試驗、抗硫酸鹽侵蝕、抗氯離子擴(kuò)散檢測值，見表7。從表7可以看出，各堅固性等級骨料拌制的混凝土抗?jié)B性均>W10，混凝土抗?jié)B性受骨料堅固性變化的影響不明顯[10]。

3)氯離子擴(kuò)散系數(shù)。氯離子擴(kuò)散試驗所應(yīng)用到的儀器為RCM測定儀，測試結(jié)果如表7。結(jié)果表明，各堅固等級骨料拌制的襯砌混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)處于2.76×10-12-7.80×10-12m2/s范圍，氯離子擴(kuò)散系數(shù)在一定程度上受骨料堅固性的影響。

4)抗硫酸鹽侵蝕。采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范推薦的方法測試第3批次28d齡期試件、前2批次56d齡期試件的抗硫酸鹽侵蝕耐久系數(shù)，如表7。由表7可知，前兩批次56d齡期的4組試件均達(dá)到KS150，抗硫酸鹽侵蝕耐久系數(shù)變化較??；第3批次28d齡期的4組試件能夠達(dá)到KS120。經(jīng)分析，由于拌制的第3批次混凝土未摻入引氣劑，其含氣量處于3.1%-3.6%之間，加之齡期只有28d，使其耐久系數(shù)明顯低于前2批次。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，混凝土養(yǎng)護(hù)齡期延長至56d并且摻加引氣劑，在不明顯降低混凝土質(zhì)量指標(biāo)的同時能夠提高抗硫酸鹽侵蝕等級至KS150級。因此，混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能受骨料堅固性的影響可忽略不計[11-14]。

表6 抗凍性試驗成果 MPa

表7 抗?jié)B試驗、抗硫酸鹽侵蝕、抗氯離子擴(kuò)散檢測值

3 結(jié) 語

經(jīng)檢測，人工破碎的粗、細(xì)骨料的堅固性值處于7.9%-24.6%和6.1%-14.5%之間，能夠用于C40襯砌混凝土的拌制。在該骨料堅固性波動范圍內(nèi)未對混凝土拌和物性能、配合比造成影響，對混凝土抗硫酸鹽侵蝕、抗?jié)B性、軸拉與抗壓強(qiáng)度影響不明顯，能夠輕微影響混凝土抗凍性、氯離子擴(kuò)散系數(shù)。經(jīng)300次凍融循環(huán)，第Ⅳ級堅固性等級骨料配置的C40混凝土相對動彈性模量明顯下降。研究認(rèn)為，在選擇受限的條件下，參照規(guī)范要求可以將人工破碎骨料堅固性指標(biāo)適當(dāng)放寬，經(jīng)試驗測試保證骨料質(zhì)量符合要求。