某大壩大流態(tài)混凝土基本性能影響因素研究

魏 博

(遼寧省水資源管理集團(tuán)，沈陽(yáng) 110003)

0 引 言

大壩混凝土屬大體積混凝土，施工過(guò)程中容易出現(xiàn)混凝土和易性差導(dǎo)致的泵送損失、堵管以及溫度裂縫等質(zhì)量問(wèn)題，很多原因和混凝土本身密不可分，即配合比的合理性，施工工藝的規(guī)范性等，當(dāng)生產(chǎn)方或者施工方降低質(zhì)量要求時(shí)，即容易出現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)由于原材料配合比選取不恰當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度>100℃，導(dǎo)致溫度裂縫形成，嚴(yán)重影響混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成質(zhì)量安全隱患。

大體積大流態(tài)混凝土在施工過(guò)程中要求混凝土具有良好的流動(dòng)性，針對(duì)復(fù)雜密集鋼筋結(jié)構(gòu)仍能順利通過(guò)，不堆積。引入優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦粉以及硅灰，優(yōu)化混凝土配合比、優(yōu)化礦物摻合料取代率，針對(duì)工程存在的流動(dòng)性差、溫度裂縫等問(wèn)題，通過(guò)測(cè)試流動(dòng)度、倒筒時(shí)間以及放熱值等關(guān)鍵指標(biāo)，開展大體積大流態(tài)混凝土基本性能研究[1]。

1 工程概況

某大壩為混凝土重力壩，壩頂長(zhǎng)度為501.8m，壩高最高為66.4m，相應(yīng)的擋水位為59.0m，按大壩尺寸算，該工程混凝土為大體積混凝土，但在該工程澆筑過(guò)程中，由于壩體鋼筋結(jié)構(gòu)密集復(fù)雜，異形腔較多，混凝土流動(dòng)性無(wú)法滿足順利通過(guò)鋼筋的要求，導(dǎo)致局部堆積，通過(guò)輔助振搗仍不能完全填充結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致拆模后表面出現(xiàn)蜂窩麻面、顏色不一致等問(wèn)題；另外，大體積混凝土局部溫升過(guò)高，導(dǎo)致局部出現(xiàn)由于溫差導(dǎo)致的溫度裂縫。

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)水泥為P·O42.5級(jí)水泥，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量28.2%，3d抗壓強(qiáng)度28.3MPa，28d抗壓強(qiáng)度53.1MPa；試驗(yàn)粉煤灰為I級(jí)粉煤灰，細(xì)度7.2%，燒失量1.7%，需水量比94%；試驗(yàn)礦渣比表面積412m2/kg，7d活性指數(shù)88%，28d活性指數(shù)104%；試驗(yàn)硅灰需水量比123%，7d活性指數(shù)達(dá)105%；試驗(yàn)中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量2.5%，碎石5-25mm連續(xù)級(jí)配，含泥量0.5%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量18.2%，減水率21%；水為飲用水。

3 大流態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)

大流態(tài)混凝土要求混凝土具有良好的間隙通過(guò)率，優(yōu)異的黏聚性，混凝土不分層、不離析、不泌水，針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題，優(yōu)化礦物摻合料搭配比例，降低黏度，提升混凝土整體和易性，施工過(guò)程無(wú)泵送損失[2]。粉料總用量為540kg/m3，粉煤灰取代范圍0-20%，硅灰取代范圍0-6.1%，礦粉取代范圍0-30%，通過(guò)調(diào)整聚羧酸減水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?；炷僚浜媳?，見表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 不同因素對(duì)大流態(tài)混凝土和易性的影響

針對(duì)項(xiàng)目施工過(guò)程中出現(xiàn)的泵送損失、間隙通過(guò)率差以及溫度裂縫等質(zhì)量問(wèn)題，研究礦物摻合料中粉煤灰、硅灰、礦渣取代率對(duì)于混凝土流動(dòng)度、倒筒時(shí)間等和易性關(guān)鍵指標(biāo)的影響，混凝土性能測(cè)試，見表2。不同因素對(duì)大流態(tài)混凝土流動(dòng)度的影響，見圖1。

圖1 不同因素對(duì)大流態(tài)混凝土流動(dòng)度的影響

表2 混凝土性能測(cè)試

研究結(jié)果表明，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢(shì)，表明粉煤灰超過(guò)最佳值，滾珠效應(yīng)改善不明顯；隨著硅灰摻量的增加，混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，但單一使用硅灰改善效果并不顯著；隨著礦渣摻量的增加，混凝土擴(kuò)展度并未有顯著改善，表明礦渣摻入并未對(duì)和易性有貢獻(xiàn)。當(dāng)粉煤灰摻量為15%時(shí)，當(dāng)硅灰摻量為4.1%時(shí)，混凝土整體黏度下降明顯，倒筒時(shí)間明顯降低，為3.9s[3]。

4.2 不同因素對(duì)大流態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

研究礦物摻合料中不同取代率對(duì)于混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響，混凝土抗壓強(qiáng)度，見表3。混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度，見圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度

續(xù)表3 混凝土抗壓強(qiáng)度

研究結(jié)果表明，礦物摻合料中硅灰提供早期強(qiáng)度，礦渣提供中期強(qiáng)度，粉煤灰提供后期強(qiáng)度，主要因?yàn)槿N礦物摻合料水化時(shí)間不同，形成互補(bǔ)。隨著硅灰摻量增加，混凝土早期強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；隨著粉煤灰摻量增加，混凝土60d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢(shì)，當(dāng)摻量超過(guò)15%時(shí)，長(zhǎng)齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度不大；隨著礦渣摻量增加，混凝土中期強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢(shì)；當(dāng)摻量超過(guò)30%時(shí)，中齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度不大[4]。

4.3 大體積大流態(tài)混凝土水化熱研究

研究模擬混凝土內(nèi)部水化溫升變化規(guī)律，提供理論依據(jù)，避免由于局部溫升過(guò)高導(dǎo)致的裂縫出現(xiàn)。通過(guò)線性擬合方法，確定體系水化放熱總量。水化放熱量Qmax計(jì)算結(jié)果，見圖3。

圖3 水化放熱量Qmax計(jì)算結(jié)果

摻入礦渣體系的水化反是復(fù)雜反應(yīng)的過(guò)程，反應(yīng)受到多種因素控制。研究結(jié)果表明，礦渣摻量不斷增加增加，整體水化放熱速率保持逐漸降低的態(tài)勢(shì)。由水化放熱速率測(cè)試結(jié)果知，測(cè)試樣品水化放熱的第2、3放熱峰，伴著摻量的降低，放熱峰值也隨之降低。從結(jié)果發(fā)現(xiàn)，整個(gè)體系誘導(dǎo)期放熱速率并未出現(xiàn)顯著變化。隨著礦渣不斷取代水泥，而礦渣發(fā)生二次水化反應(yīng)時(shí)間明顯滯后，體系水化勻速進(jìn)行，水化放熱平穩(wěn)，規(guī)避內(nèi)部溫升急劇升高的問(wèn)題，反饋到實(shí)體結(jié)構(gòu)，即實(shí)體表面平整，無(wú)溫升導(dǎo)致的溫度裂縫出現(xiàn)[5]。

5 結(jié) 論

1)粉煤灰、硅灰的引入，顯著改善了混凝土和易性，流動(dòng)度呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢(shì)，黏度呈現(xiàn)先下降后不變的趨勢(shì)。由于粉煤灰持續(xù)進(jìn)行二次水化，因此可提供長(zhǎng)齡期60d及以上抗壓強(qiáng)度，當(dāng)粉煤灰摻量15%、硅灰摻量4.1%時(shí)，混凝土流動(dòng)性、黏度及長(zhǎng)期強(qiáng)度基本達(dá)到最優(yōu)值。

2)由于礦渣28d活性指數(shù)>100%，因此，礦渣的引入顯著改善混凝土中期抗壓強(qiáng)度，當(dāng)?shù)V渣摻量達(dá)到20%時(shí)，混凝土28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)值。

3)通過(guò)對(duì)混凝土粉料體系開展水化熱模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同礦物摻合料搭配比例的水化放熱速率，優(yōu)化配合比中礦物摻合料比例，降低水化放熱速率，降低最大水化放熱量，減少內(nèi)部急劇放熱，進(jìn)一步避免溫度裂縫的出現(xiàn)。優(yōu)選后確定礦物摻合料最佳搭配比例為：粉煤灰摻量15%、硅灰摻量4.1%、礦渣摻量20%。