高章榮

（贛州市天鷹勘測設(shè)計(jì)有限公司，江西 贛州 341000）

0 引言

混凝土配合比設(shè)計(jì)過程中膠凝材料體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)目的是在一定程度上降低膠凝材料的水化熱，確保膠凝材料體系的強(qiáng)度保持不變甚至略有提升。降低水化熱行之有效的措施是引入低熱膠凝材料取代高熱膠凝材料，為膠凝材料體系優(yōu)化以及低熱高性能混凝土性能研究提供理論依據(jù)。高性能混凝土在施工過程中要求混凝土具有良好的和易性，易于施工，不出現(xiàn)和易性差導(dǎo)致的堵管問題。同時高性能混凝土也要求混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，甚至達(dá)到更高的強(qiáng)度值。優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦粉可以顯著降低體系水化放熱量，避免混凝土內(nèi)部劇烈溫升，同時優(yōu)化膠凝材料比例，針對工程存在的基本性能較差、抗壓強(qiáng)度較低等問題，通過測試流動度、倒筒時間、不同齡期抗壓強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)，開展大壩高性能混凝土技術(shù)攻關(guān)。

1 工程概況

某大壩為混凝土重力壩，壩頂長度為503.1 m，壩高最高為66.2 m，相應(yīng)的擋水位為59.6 m，按大壩尺寸算，該工程混凝土為大體積混凝土，由于壩體鋼筋結(jié)構(gòu)密集復(fù)雜，異形腔較多，要求為高性能混凝土。而施工過程中混凝土基本性能較差，同時，混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)部分點(diǎn)位抗壓強(qiáng)度富裕值低，甚至出現(xiàn)強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)等問題。

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)水泥為P·O 42.5級水泥，測試標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量27.4%，膠砂3 d抗壓強(qiáng)度28.6 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度52.6 MPa；試驗(yàn)粉煤灰為I級粉煤灰，細(xì)度4.8%，燒失量1.7%，需水量比92%；試驗(yàn)礦粉比表面積420 m2/kg，膠砂7 d活性指數(shù)82%，28 d活性指數(shù)99%；試驗(yàn)硅灰需水量比117%，膠砂7 d活性指數(shù)達(dá)111%；試驗(yàn)中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量1.5%，碎石5～16 mm連續(xù)級配，含泥量0.5%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量20.5%，減水率21%；水為飲用水。

3 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

膠凝材料用量初步確定為540～560 kg/m3，粉煤灰取代范圍0～40%，硅灰取代范圍0～5.6%，礦粉取代范圍0～30%，通過調(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，同時對比不同膠凝材料用量的影響，優(yōu)選合理膠凝材料用量，具體配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 不同因素對高性能混凝土基本性能的影響

研究不同膠凝材料用量及不同礦物摻合料取代率對于混凝土流動度、倒筒時間等關(guān)鍵指標(biāo)的影響，具體測試結(jié)果見表2。

表2 混凝土性能測試

隨著粉煤灰摻量的不斷增加，混凝土流動性呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢，主要由于粉煤灰的球形顆粒作用；隨著硅灰摻量的增加，混凝土粘聚性逐漸優(yōu)異，混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，主要由于硅灰的球形顆粒作用；隨著礦粉摻量的增加，混凝土擴(kuò)展度并未有顯著改善。當(dāng)膠凝材料用量為560 kg/m3，粉煤灰摻量為20%時，當(dāng)硅灰摻量為3.6%時，混凝土流動性好，粘聚性好，倒筒時間3.5 s。

圖1 不同因素對高性能混凝土流動性能的影響

4.2 不同因素對高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

研究礦物摻合料中不同取代率對于混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響，具體測試結(jié)果見圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

由圖2可知，膠凝材料用量為560 kg/m3時，混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度要略高于540 kg/m3用量，不同礦物摻合料對于不同齡期的抗壓強(qiáng)度影響也不相同，硅灰主要提供早期強(qiáng)度，礦粉提供中期強(qiáng)度，粉煤灰提供后期強(qiáng)度。主要由于不同礦物摻合料水化速率不同，錯峰水化，勻速進(jìn)行。當(dāng)膠凝材料用量為560 kg/m3，粉煤灰摻量為20%，硅灰摻量為3.6%，礦粉摻量為20%時，混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到最佳值，3 d抗壓強(qiáng)度為28.4 MPa，7 d抗壓強(qiáng)度為43.7 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度為58.3 MPa，60 d抗壓強(qiáng)度為63.7 MPa。

4.3 高性能混凝土模擬應(yīng)力監(jiān)測研究

研究模擬混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)中膠凝材料用量及相應(yīng)搭配比例下不同監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力變化情況。試塊開展應(yīng)力監(jiān)測，確定設(shè)計(jì)配合比可行性。

圖3 實(shí)體監(jiān)測點(diǎn)7 d應(yīng)力監(jiān)測情況

圖4 實(shí)體監(jiān)測點(diǎn)28 d應(yīng)力監(jiān)測情況

從應(yīng)力監(jiān)測情況看，7 d絕大多數(shù)監(jiān)測點(diǎn)均低于劈裂抗拉強(qiáng)度，少數(shù)點(diǎn)高于劈裂抗拉強(qiáng)度，存在一定的開裂風(fēng)險，但風(fēng)險較低；28 d只有3個監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力高于劈裂抗拉強(qiáng)度，開裂風(fēng)險極低，說明該膠凝材料用量下的礦物摻合料比例是合理的。主要由于粉煤灰、礦粉對水泥進(jìn)行等比例取代，低水化熱取代高水化熱材料，整體反應(yīng)平穩(wěn)，熱量不聚集，大幅度降低開裂風(fēng)險。

5 結(jié)論

（1）優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰的引入，對于改善混凝土流動性、粘聚性、保水性具有重要作用。由于粉煤灰不斷與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，因此可提供長齡期60 d及以上抗壓強(qiáng)度，當(dāng)粉煤灰摻量20%、硅灰摻量3.6%時，混凝土流動性、粘度及長期強(qiáng)度基本達(dá)到最優(yōu)值。

（2）礦粉對于改善混凝土中期（28 d）強(qiáng)度具有重要作用。由于在堿性條件下可激發(fā)礦粉活性，形成致密的水化產(chǎn)物，增加整體結(jié)構(gòu)密實(shí)性，因此，礦粉的引入顯著改善混凝土中期抗壓強(qiáng)度，當(dāng)?shù)V粉摻量達(dá)到20%時，混凝土28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)值。

（3）通過對混凝土開展應(yīng)力監(jiān)測試驗(yàn)，對不同監(jiān)測點(diǎn)開展7 d、28 d應(yīng)力監(jiān)測。結(jié)果表明，28 d各點(diǎn)應(yīng)力基本處于劈裂抗拉強(qiáng)度以下，表明基本無開裂風(fēng)險。因此，通過優(yōu)選后確定總膠凝材料用量及礦物摻合料最佳搭配比例為：膠凝材料用量為560 kg/m3，粉煤灰摻量20%、硅灰摻量3.6%、礦粉摻量20%。