林 勝

(福建省水利建設中心，福州 350000)

0 引 言

大壩混凝土本身水化放熱大，容易導致溫度裂縫出現(xiàn)，因此，在配合比設計過程中應充分考慮到和易性能、熱學性能、力學性能等綜合要求，在優(yōu)化膠凝材料總量的同時要適當引入礦物摻合料，等比例替代水泥后，延緩早期水化放熱，同時引入具有球形顆粒的礦物摻合料，在改善和易性能的同時也可改善力學性能以及耐久性能等。同時由于原材料配合比選取不恰當，將會嚴重影響混凝土內部結構，形成質量安全隱患[1]。

大壩混凝土在配合比設計過程中要求混凝土具有良好的和易性能、較低的水化熱性能、優(yōu)秀的力學性能等，針對復雜密集鋼筋結構仍能順利通過。引入優(yōu)質的粉煤灰、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，針對工程存在的頻繁堵管以及無法振搗等質量問題，通過測試和易性能以及力學性能等關鍵指標，開展混凝土配合比設計及性能研究。

1 工程概況

某大壩為混凝土重力壩，壩頂長度為521.6m，壩高最高為67.1m，相應的擋水位為59.5m，按大壩尺寸算，該工程混凝土為大體積混凝土，但在該工程澆筑過程中，由于壩體鋼筋結構密集復雜，異形腔較多，混凝土流動性無法滿足順利通過鋼筋的要求，導致局部堆積，同時由于混凝土和易性能差，頻繁堵管，并且泵送后無法振搗，凝結快。

2 試驗原材料

試驗水泥為P·O42.5級水泥，測試標準稠度需水量27.2%，水泥膠砂3d抗壓強度27.6MPa，28d抗壓強度54.6MPa；試驗粉煤灰為I級粉煤灰，細度5.1%，燒失量2.1%，需水量比93%；試驗礦粉比表面積429m2/kg，膠砂7d活性指數(shù)85%，28d活性指數(shù)100%；試驗硅灰需水量比115%，膠砂7d活性指數(shù)達106%；試驗中粗河砂，細度模數(shù)2.5-2.6，含泥量1.6%，碎石5-16mm連續(xù)級配，含泥量0.8%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量19.2%，減水率22%；水為飲用水[2]。

3 大壩混凝土配合比設計

大壩混凝土要求混凝土和易性良好，混凝土不分層、不離析、不泌水，泵送過程無損失，易于振搗。針對項目存在的問題，調整體系砂率，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，施工過程無泵送損失。粉料總用量為520kg/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%，通過調整聚羧酸減水劑不同組分的搭配比例，達到調整混凝土和易性的目的。不同砂率混凝土配合比設計，見表1。

表1 不同砂率混凝土配合比設計 kg/m3

由表1知，固定水泥用量不變，研究不同砂率對混凝土和易性的影響，當砂率為45%時，達到最佳值，混凝土出機擴展度610mm，1h擴展度600mm，2h擴展度605mm，整體黏度較大，倒筒時間4.9s，施工性能稍差。接下來將固定砂率研究不同礦物摻合料取代率對混凝土性能的影響。不同礦物摻合料取代率混凝土配合比，見表2。

表2 不同礦物摻合料取代率混凝土配合比 kg/m3

4 實驗結果分析

4.1 不同因素對大壩混凝土和易性的影響

對礦物摻合料中粉煤灰、硅灰、礦粉取代率對于混凝土擴展度、倒筒時間等和易性關鍵指標的影響進行研究。不同因素對大壩混凝土擴展度的影響，見圖1。

圖1 不同因素對大壩混凝土擴展度的影響

研究結果表明，粉煤灰、硅灰對于改善混凝土擴展度具有積極作用，礦粉基本無作用。隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土擴展度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢，由于粉煤灰本身的球形顆粒，發(fā)揮滾珠效應；隨著硅灰摻量的增加，混凝土擴展度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，但單一使用硅灰改善效果并不顯著；隨著礦粉摻量的增加，混凝土擴展度并未有顯著改善，表明礦粉對提升擴展度無作用。當粉煤灰摻量為30%時，當硅灰摻量為3.8%時，混凝土整體黏度下降明顯，倒筒時間明顯降低，為3.3s[3]。

4.2 不同因素對大壩混凝土抗壓強度的影響

對礦物摻合料中不同取代率對于混凝土不同齡期抗壓強度的影響進行研究。混凝土不同齡期抗壓強度，見圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強度

由圖2知，礦物摻合料對于改善不同齡期混凝土抗壓強度具有積極作用。硅灰由于活性高，參與早期水化，提供早期強度；礦粉、粉煤灰水化時間較慢，主要提供中后期強度。當粉煤灰摻量為30%時，當硅灰摻量為3.8%時，礦粉摻量為20%時，混凝土各個齡期抗壓強度達到最佳值，3d抗壓強度24.8MPa，7d抗壓強度40.1MPa，28d抗壓強度55.9MPa，60d抗壓強度61.9MPa。

4.3 大壩混凝土水化熱研究

開展混凝土內部水化溫升變化規(guī)律模擬實驗，提供理論依據(jù)，避免由于局部溫升過高導致的裂縫出現(xiàn)。選取部位點溫差測試結果，見圖3。

圖3 選取部位點溫差測試結果

由監(jiān)測結果知，選取部位點在不同齡期均可以保持較好的溫差，礦物摻合料的合理搭配可以有效避免內部局部溫度過高導致的溫度應力，防止溫度裂縫的形成。通過監(jiān)測，優(yōu)化配合比良好，滿足施工要求[4]。

5 結 論

1)礦物摻合料中粉煤灰、硅灰對于混凝土和易性改善具有重要作用。粉煤灰的加入，流動度呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢，黏度呈現(xiàn)先下降后不變的趨勢。當粉煤灰摻量30%、硅灰摻量3.8%時，混凝土流動性、黏度基本達到最優(yōu)值。

2)礦物摻合料中礦粉、粉煤灰對改善混凝土中后期強度具有重要作用。由于發(fā)生二次水化反應，因此，可顯著改善混凝土中期抗壓強度，密實整體結構，當?shù)V粉摻量達到20%、粉煤灰摻量達到30%時，混凝土28d抗壓強度達到最優(yōu)值。

3)開展模擬實驗，監(jiān)測混凝土內部水化溫升情況，通過對選取點進行溫度監(jiān)測，模擬實體情況?；诒O(jiān)測數(shù)據(jù)，水化過程中較好的控制溫差變化，有效避免局部溫升過快。優(yōu)選后確定礦物摻合料最佳搭配比例為：粉煤灰摻量30%、硅灰摻量3.8%、礦粉摻量20%。