劉 麗

( 綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 綏中 125200)

混凝土作為一種被廣泛應(yīng)用的人造材料，在水利、道路、橋梁、房建、市政等工程領(lǐng)域的用量最大。水工混凝土施工既要關(guān)注工作性能，還要重點(diǎn)考慮透水與力學(xué)性能[1]。一般地，普通混凝土應(yīng)考慮保水性、黏聚性以及流動(dòng)性等工作性能，顯然混凝土的成型質(zhì)量與拌和物的工作性能直接相關(guān)，若流動(dòng)性過(guò)大會(huì)給混凝土硬化成型帶來(lái)較大影響，并且成型后會(huì)造成諸多內(nèi)部缺陷[2]。因此，混凝土取得較好物理力學(xué)性能的重要條件是保證其良好的工作性能。近年來(lái)，為滿足快速發(fā)展的水利事業(yè)需求混凝土用量急劇增大，并且質(zhì)量需求也不斷提高，這就要求各種外加劑和摻合料的合理搭配使用。摻合料主要是指工業(yè)生產(chǎn)的廢棄物或者伴隨物，在混凝土中加入適量的摻合料既可改善其工作性能，又能變害為利，節(jié)省水泥用量，其實(shí)用意義重大。我國(guó)具有非常豐富的礦粉、硅粉、粉煤灰等工業(yè)廢棄物資源，對(duì)其資源化利用與轉(zhuǎn)化是解決建筑材料不足等問(wèn)題的重要途徑，這也是推進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵。因此，文章利用室內(nèi)試驗(yàn)法探討了不同摻量及不同摻和方式下，硅灰、礦粉和粉煤灰摻合料對(duì)水工混凝土性能的影響規(guī)律，以期為水工混凝土中摻合料的合理使用提供一定支持。

1 試驗(yàn)研究

1.1 原材料準(zhǔn)備

試驗(yàn)所用水泥為普通硅酸鹽P·O 42.5級(jí)水泥，對(duì)水泥各項(xiàng)指標(biāo)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明其各項(xiàng)指標(biāo)都符合要求可以用于試驗(yàn)研究。試驗(yàn)所用粗、細(xì)骨料為機(jī)制碎石和河沙，碎石粒徑5-30mm，河沙性能符合有關(guān)規(guī)范要求。試驗(yàn)所用摻合料有礦粉、硅粉和粉煤灰三種，其中礦粉的主要功能是改善混凝土性能、減少用水量和降低水化熱，礦粉型號(hào)S75級(jí)，所用的硅粉比表面積為20500m2/km，粉煤灰為F型Ⅱ級(jí)，經(jīng)檢測(cè)粉煤灰各項(xiàng)性能指標(biāo)符合Ⅱ級(jí)灰要求。試驗(yàn)所用減水劑為高效萘系減水劑，膨潤(rùn)土為膨脹倍數(shù)為9.0的鈣基膨潤(rùn)土，拌和水為自來(lái)水。

1.2 方案設(shè)計(jì)

以《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》為基準(zhǔn)，通過(guò)計(jì)算與試配確定混凝土的基準(zhǔn)配合比：砂率36%、水膠比0.45、減水劑1.2kg/m3、用水量240kg/m3。根據(jù)具體要求和實(shí)際情況，優(yōu)化調(diào)整配合比有關(guān)參數(shù)，主要是考慮和易性和凝固時(shí)間調(diào)整用水量及膠凝材料用量。膨潤(rùn)土的摻入使得塑性混凝土的吸水率較高，所以拌和水用量較高，將水膠比從0.45增加到0.7；一般地，塑性混凝土砂率大多>50%，考慮到粗骨料的使用情況，以最低限度50%作為最終的差率；由于膨潤(rùn)土的吸水率較高，有必要適當(dāng)調(diào)整減水劑用量，將減水劑從1.2kg/m3減少至0.9kg/m3。綜上分析，確定混凝土試驗(yàn)配合比，即粗骨料：細(xì)骨料：膨潤(rùn)土：用水量、減水劑=780：720：100：350：0.9，砂率50%，水膠比0.7。有關(guān)研究認(rèn)為摻合料的摻加比例≤50%，摻合料產(chǎn)量過(guò)大既會(huì)影響混凝土的耐久性和力學(xué)特性，還不利于其性能的改善。綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本和以上因素，本試驗(yàn)將礦粉、硅灰、粉煤灰按30%、15%、0%的摻和比例等量替代水泥，采用三摻和兩兩混摻的摻和方式，如表1所示。

表1 方案設(shè)計(jì)

1.3 試驗(yàn)方法

目前，坍落度法和維勃稠度試驗(yàn)是測(cè)量混凝土工作性能的兩種常用方法。考慮實(shí)際情況與研究需要，擬利用《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》推薦的方法測(cè)試擴(kuò)展度和坍落度，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)用到的設(shè)備有鐵板、小鏟、振棒、鋼尺和坍落度量筒等。試驗(yàn)前先濕潤(rùn)塌落度筒壁，擦干多余水分后放置于濕潤(rùn)過(guò)的鋼板上，固定好塌落度筒并裝入拌制好的混凝土，填充高度約為筒高1/3時(shí)用振搗棒振密實(shí)，繼續(xù)裝填至滿；然后垂直提起塌落度筒，控制該過(guò)程不超過(guò)10s，混凝土坍落度就是圓柱體下降的高度(配套工具測(cè)量)；最后，鐵板上混凝土完全鋪開(kāi)后測(cè)量其最小和最大鋪開(kāi)半徑，取平均值就是擴(kuò)展度。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)前文所述試驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)方案，測(cè)試混凝土擴(kuò)展度與坍落度，整理統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。由表2可知，混凝土材料組分不同其擴(kuò)展度與坍落度測(cè)試結(jié)果不同，表明混凝土工作性能受摻合料摻加方式和摻量的影響較為明顯。

表2 不同方案的試驗(yàn)結(jié)果

2.2 摻量影響

為了深入探討混凝土工作性能受摻合料摻量的影響，整理相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)生成不同摻量下各種摻和方式的擴(kuò)展度與坍落度變化曲線，如圖1所示。

(a)坍落度

(b)擴(kuò)展度

從1圖可以看出，摻和方式為硅灰+粉煤灰時(shí)，隨摻量的增加混凝土擴(kuò)展度與坍落度均呈現(xiàn)出增大趨勢(shì)；其他摻和方式下，隨摻量增加混凝土的擴(kuò)展度與坍落度均呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)，其中礦粉+硅灰的減小幅度較大，而礦粉+粉煤灰的減小幅度偏小。這是由于硅灰與礦粉都有減弱混凝土流動(dòng)性的作用，兩者的疊加作用使得擴(kuò)展度與塌落度減小幅度更加明顯，但摻量從0%提高到15%時(shí)的減小幅度明顯高于從15%提高到30%的減小幅度，即硅灰與礦粉的填充效應(yīng)可能隨著摻量的增加趨于弱化；礦粉與硅灰摻量增大后，微粒會(huì)起到潤(rùn)滑作用，對(duì)硅灰與礦粉減弱混凝土流動(dòng)性的作用產(chǎn)生一定的抵消。

2.3 摻和方式影響

為深入探討混凝土工作性能受摻合料摻加方式的影響，整理相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)生成不同摻和方式的擴(kuò)展度與坍落度變化曲線，如圖2所示。

(a)坍落度

(b)擴(kuò)展度

從2圖可以看出，摻量15%情況下，混凝土擴(kuò)展度與坍落度受不同摻和方式的影響不同，其中硅灰+粉煤灰的擴(kuò)展度與坍落度呈明顯增加的變化特征，其他摻和方式均呈減小趨勢(shì)；摻量30%情況下，混凝土擴(kuò)展度與坍落度受不同摻和方式的影響特征基本類似，即硅灰+粉煤灰方案的擴(kuò)展度與坍落度呈明顯增加的變化特征，其他摻和方式均呈減小趨勢(shì)。綜上分析，硅灰+粉煤灰摻和方式能夠明顯增加擴(kuò)展度與坍落度，同等條件下使擴(kuò)展度與坍落度達(dá)到最大；礦粉+硅粉摻和方式能夠明顯減小擴(kuò)展度與坍落度，同等條件下使擴(kuò)展度與坍落度達(dá)到最小。深入分析發(fā)現(xiàn)，硅粉與礦粉都有減弱混凝土流動(dòng)性的作用，兩者的疊加作用使得擴(kuò)展度與塌落度減小幅度更加明顯；摻和方式為硅粉+粉煤灰時(shí)，硅灰降低擴(kuò)展度與坍落度的作用明顯<粉煤灰的增加作用，兩者的疊加作用使得擴(kuò)展度與塌落度最終有明顯增大。

2.4 討論分析

本試驗(yàn)以擴(kuò)展度與塌落度作為混凝土工作性能分析指標(biāo)，并簡(jiǎn)要介紹了試驗(yàn)方法和所用的儀器設(shè)備，最后探討了試驗(yàn)結(jié)果，主要結(jié)論如下：不同摻量條件下，隨硅粉與粉煤灰摻量的增加混凝土擴(kuò)展度以及坍落度均表現(xiàn)出增加變化趨勢(shì)，隨礦粉與硅粉、粉煤灰和礦粉與硅灰、礦粉與粉煤灰摻量的增加擴(kuò)展度及坍落度減小；不同摻和方式條件下，在15%和30%摻量時(shí)，礦粉與硅粉兩兩混摻時(shí)的擴(kuò)展度和坍落度均達(dá)到最小值，硅灰與粉煤灰兩兩混摻時(shí)擴(kuò)展度與坍落度均達(dá)到最大值。

隨著混凝土應(yīng)用的日趨廣泛，水利工程對(duì)混凝土性能的要求也越來(lái)越高。針對(duì)相對(duì)薄弱的混凝土工作性能研究，文章利用室內(nèi)試驗(yàn)法探討了混凝土工作性能受不同摻和方式與摻量的影響，并提出相應(yīng)的結(jié)論，為保證水利工程質(zhì)量和改善水工混凝土性能提供一定指導(dǎo)。此外，這種能夠反映水工結(jié)構(gòu)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的研究，也為推動(dòng)水工材料的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)程和理論研究發(fā)展提供了有益參考。

3 結(jié) 論

文章利用室內(nèi)試驗(yàn)的方法探討了混凝土工作性能受硅灰、礦粉、粉煤灰不同產(chǎn)量及摻和方式的影響，主要結(jié)論如下：

1)硅粉+粉煤灰摻和條件下，隨著摻量的增加混凝土擴(kuò)展度與坍落度均明顯增大；礦粉+硅灰、礦粉+粉煤灰和三摻方式下，隨著摻量的增加混凝土擴(kuò)展度與坍落度均有所減小。其中，減小幅度較小的摻和方式是礦粉+粉煤灰，而減小幅度明顯較大的摻和方式是礦粉+硅灰。

2)混凝土擴(kuò)展度與坍落度受不同摻和方式的影響存在明顯差異，其中硅灰+粉煤灰的擴(kuò)展度與坍落度呈明顯增加的變化特征，其他摻和方式呈減小的變化特征，并且礦粉+硅灰摻和方式的擴(kuò)展度與塌落度最小。