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        某水電站項目高性能混凝土勻質(zhì)性關(guān)鍵配制技術(shù)研究

        2021-08-30 05:48:16
        水電站機電技術(shù) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        秦 偉

        (洛陽水利工程局有限公司,河南 洛陽 471000)

        0 引言

        高性能混凝土已經(jīng)廣泛應用超高層泵送、大跨度長距離建筑以及大型水利水電項目當中,施工性能、后期耐久性能有保障。在水利工程項目應用過程中,高性能混凝土具有高膠凝材料用量、低水膠比以及礦物摻合料摻量高等特點,對于勻質(zhì)性能、施工性能、后期耐久性能具有明顯改善作用。高性能混凝土施工過程中要求混凝土具有良好的和易性能,同時良好的自密實性能及間隙通過率必不可少,針對密集鋼筋以及多腔異形等特殊結(jié)構(gòu),仍可順利施工。針對存在的混凝土流動性能不佳、粘度過高、泵送艱難等問題,重新開展混凝土配合比設計,對混凝土原材料比例進行優(yōu)化,探索最佳礦物摻合料取代率,針對工程施工過程中存在的問題,通過對混凝土擴展度、倒筒時間等關(guān)鍵指標進行測試,研究混凝土勻質(zhì)性影響因素。

        1 工程概況

        某水電站大壩為混凝土重力壩,壩頂長度為531.6 m,壩高最高為67.3 m,相應的擋水位為60.5 m,按大壩尺寸算,該水電站混凝土為大體積混凝土,除了考慮不同因素對混凝土和易性能的影響,還應考慮大體積混凝土水化放熱等溫升問題,要求混凝土施工過程中具有良好的流動性、粘聚性、保水性。但項目施工過程中,混凝土流動性能差,混凝土偏粘偏硬,泵送阻力大,且出泵混凝土有擴展度損失,嚴重影響施工效率,影響到結(jié)構(gòu)的使用。

        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%,膠砂3 d抗壓強度27.7 MPa,28 d抗壓強度52.4 MPa;試驗粉煤灰,測試細度4.4%,燒失量1.3%,需水量比94%;試驗礦粉比表面積421 m2/kg,膠砂7 d活性指數(shù)84%,28 d活性指數(shù)101%;試驗硅灰需水量比117%,膠砂7 d活性指數(shù)達118%;試驗中粗河砂,細度模數(shù)2.5~2.6,含泥量2.2%,碎石5~16 mm連續(xù)級配,含泥量0.6%;外加劑為聚羧酸高效外加劑,固含量20.4%,減水率22%;水為自來水。

        3 高性能混凝土配合比設計

        高性能混凝土水膠比低、礦物摻合料摻量高,調(diào)整的重點應在于混凝土流動度、粘聚性、保水性的調(diào)整。開展混凝土配合比設計,優(yōu)化原材料種類,確定礦物摻合料最佳取代率。粉料總用量為480~500 kg/m3,粉煤灰取代范圍 0~40%,硅灰取代率3.4%,礦粉取代范圍0~30%,具體配合比如表1所示。

        表1 混凝土配合比 kg/m3

        4 實驗結(jié)果分析

        4.1 高性能混凝土和易性影響因素研究

        針對項目出現(xiàn)的流動性差、偏粘偏硬等質(zhì)量問題,研究礦物摻合料中粉煤灰、硅灰、礦粉取代率等因素的綜合影響,測試混凝土流動度、倒筒時間等和易性指標,具體測試結(jié)果見表2。

        表2 混凝土性能測試

        圖1 不同因素對高性能混凝土流動性能的影響

        流動性能影響因素方面,硅灰對于混凝土流動性能以及粘聚性改善具有提升作用,硅灰可提升混凝土的粘聚性,改善整體勻質(zhì)性;礦粉對于混凝土流動性能不起作用,也無法改善混凝土粘度;粉煤灰對于流動性及粘度改善具有提升作用,隨著粉煤灰摻量的不斷提升,混凝土擴展度呈現(xiàn)先增加后基本保持不變的趨勢,表明粉煤灰球形顆粒發(fā)生作用;當粉煤灰摻量為30%、硅灰摻量為2.1%時,混凝土整體粘度達到最佳,倒筒時間達到最低值,倒筒時間為3.6 s,混凝土松軟,性能良好。

        4.2 高性能混凝土抗壓強度影響因素研究

        研究粉煤灰、礦粉等礦物摻合料不同取代率對于混凝土不同齡期抗壓強度的影響,具體測試結(jié)果見圖2。

        圖2 混凝土不同齡期抗壓強度

        由圖2可知,礦物摻合料對于體系不同齡期抗壓強度的貢獻各有不同。其中早期抗壓強度主要為硅灰貢獻,主要由于硅灰屬于活性高的礦物摻合料,中后期抗壓強度主要為礦粉、粉煤灰貢獻,粉煤灰、礦粉需要激發(fā)發(fā)生反應,形成致密水化產(chǎn)物;由于硅灰、粉煤灰、礦粉的水化速率不同,因此體系可以勻速進行水化反應。隨著礦粉摻量增加,混凝土中期強度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢;當粉煤灰摻量為30%、礦粉摻量為20%時,混凝土28 d、60 d強度增長幅度基本保持最佳。28 d抗壓強度為52.3 MPa,60 d抗壓強度為57.7 MPa,28 d強度增長率為38.7%,60 d強度增長率為10.3%。

        4.3 高性能混凝土水化溫升研究

        針對實體結(jié)構(gòu)開展水化溫升模擬實驗,研究礦物摻合料取代率對體系水化放熱溫升性能的影響,降低由于內(nèi)部水化溫升過高導致的溫度裂縫出現(xiàn),確定最佳礦物摻合料取代。

        圖3 礦粉摻量30%時水化放熱模擬結(jié)果

        通過水化放熱速率測試結(jié)果及模擬計算結(jié)果知,當?shù)V粉摻量達到30%時,水化放熱峰隨之降低,超過該取代率后,放熱速率雖然持續(xù)降低,但考慮到早期強度及耐久性等綜合因素的影響,確定礦粉摻量為30%,通過線性模擬計算,該體系可較好表征水化過程的不同反應階段,規(guī)律大致相同,通過預埋點位開展實體內(nèi)部測溫,實體結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外部的溫差符合標準要求,拆模后并無出現(xiàn)裂縫等問題。

        5 結(jié)論

        (1)隨著粉煤灰、硅灰取代率的增加,混凝土流動度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢,粘度呈現(xiàn)先下降后基本不變的趨勢。表明粉煤灰、硅灰有利于改善提升流動性能及粘聚性能。當粉煤灰摻量30%、硅灰摻量2.1%時,混凝土流動性、粘聚性達到最佳。

        (2)隨著粉煤灰、礦粉取代率的不斷增加,混凝土中后齡期強度呈現(xiàn)先增大后基本不變或略微降低的趨勢。粉煤灰、礦粉對于混凝土中后齡期抗壓強度貢獻最大,當粉煤灰摻量達到30%、礦粉摻量達到30%時,混凝土中后齡期抗壓強度達到最優(yōu)值。

        (3)開展實體結(jié)構(gòu)水化熱模擬實驗,通過優(yōu)化原材料比例,體系水化放熱速率顯著降低,反應過程平穩(wěn),最終選擇粉煤灰摻量30%、硅灰摻量2.1%、礦粉摻量30%。

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