馮寶君

(葫蘆島市綏中縣水利建筑工程公司，遼寧 葫蘆島 125200)

混凝土是水利工程建設(shè)中最主要的建筑材料之一，骨料作為基本原材料占混凝土體積的70%以上，這也是組成混凝土的重要成分[1-2]。北方寒冷地區(qū)天然骨料吸水率(1.8-3.5%)一般超過(guò)《水工混凝土施工規(guī)范》中的規(guī)定：對(duì)于有侵蝕作用或抗凍要求的混凝土，骨料吸水率≤1.5%[3-5]。因此，針對(duì)天然骨料吸水率超標(biāo)問(wèn)題，文章設(shè)計(jì)了不同摻配比例的人工骨料與天然骨料混凝土，結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)特征、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B和抗凍性能提出滿足工程需求的混凝土配合比，并論證了寒冷地區(qū)水利工程大吸水率骨料應(yīng)用的科學(xué)性和可行性。

1 試驗(yàn)材料

1)水泥。試驗(yàn)選用P·O 42.5級(jí)“渤海牌”普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢測(cè)水泥性能符合GB175-2017技術(shù)要求，水泥性能檢測(cè)表，見(jiàn)表1。

表1 水泥性能檢測(cè)表

2)粉煤灰。試驗(yàn)選用大連恒翔生產(chǎn)Ⅱ級(jí)灰，經(jīng)檢測(cè)粉煤灰性能符合DL/T5055-2018Ⅱ級(jí)粉煤灰要求，粉煤灰性能檢測(cè)表，見(jiàn)表2。

表2 粉煤灰性能檢測(cè)表

3)粗、細(xì)骨料。本試驗(yàn)選用天然砂作為細(xì)骨料，經(jīng)檢測(cè)其物理性能符合《水工混凝土施工規(guī)范》要求，細(xì)骨料性能檢測(cè)表，見(jiàn)表3。試驗(yàn)按照不同比例將人工骨料和吸水率較高的料場(chǎng)天然骨料混合作為粗骨料，其物理性能，粗骨料性能檢測(cè)表，見(jiàn)表4。

表3 細(xì)骨料性能檢測(cè)表

表4 粗骨料性能檢測(cè)表

4)外加劑和水。試驗(yàn)選用中鋁聚能MA高效引氣劑和科諾QW-10緩凝高效減水劑，試驗(yàn)用水選擇飲用水。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)要求

試驗(yàn)配置C30F300W4常態(tài)混凝土，控制水膠比處于0.30-0.45之間，砂率處于32-35%之間，設(shè)計(jì)骨料級(jí)配0.5∶0.5，粉煤灰摻量25%，引氣劑產(chǎn)量0.012%，減水劑產(chǎn)量1.0%，混凝土強(qiáng)度為38.0MPa，考慮拌合物實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整外加劑摻量，控制拌合物含氣量4.0-7.0%和塌落度7-9cm。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)4種不同水膠比和4個(gè)粗骨料方案，配合比設(shè)計(jì)，見(jiàn)表5。通過(guò)測(cè)試不同試件的抗凍性能和抗壓強(qiáng)度，探討混凝土性能與骨料吸水率之間的關(guān)系。

表5 配合比設(shè)計(jì)

3 結(jié)果與分析

3.1 對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)檢測(cè)水膠比為0.43、0.38、0.33四種骨料配比的混凝土7d和28d抗壓強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度檢測(cè)表，見(jiàn)表6。

表6 抗壓強(qiáng)度檢測(cè)表

由表6可知，在水膠比相同的條件下，人工骨料占比越大則混凝土強(qiáng)度越高，這是由于骨料吸水率越大則內(nèi)部分布的缺陷或孔隙就越多，從而降低了混凝土強(qiáng)度；此外，達(dá)到飽和面干狀態(tài)時(shí)內(nèi)部含缺陷或孔隙的骨料可能吸收相對(duì)較多的水分，在水化過(guò)程中這部分水分被釋放出來(lái)，并使得計(jì)算水膠比要低于實(shí)際水膠比，這也是導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度差異的關(guān)鍵因素。

結(jié)合表6試驗(yàn)數(shù)據(jù)，各水膠比下編號(hào)T、編號(hào)6T4S的28d抗壓強(qiáng)度均不滿足設(shè)計(jì)配置強(qiáng)度38.0MPa的要求。因此，本試驗(yàn)重新設(shè)計(jì)、配置、成型、檢測(cè)編號(hào)T、6T4S、2T8S三種骨料方案混凝土，編號(hào)T-4、6T4S-4、6T4S-5、2T8S-4試件的水膠比分別為0.28、0.31、0.29、0.35，配置混凝土7d抗壓強(qiáng)度依次為29.1MPa、29.5MPa、32.0MPa、32.8MPa，28d抗壓強(qiáng)度依次為38.6MPa、38.8MPa、46.2MPa、39.5MPa，按照以上方案配置的混凝土狀態(tài)良好，其水膠比和28d抗壓強(qiáng)度均符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 對(duì)混凝土抗凍性影響

凍融循環(huán)達(dá)到300次時(shí)各組試件的狀態(tài)良好，只有部分試件表面出現(xiàn)一定剝落，按設(shè)計(jì)方案配置的混凝土抗凍性和抗?jié)B性較好。研究認(rèn)為，混凝土良好的界面結(jié)構(gòu)決定了其優(yōu)異的抗?jié)B和抗凍性能，界面結(jié)構(gòu)越密實(shí)則外部水分侵入內(nèi)部的難度越大，宏觀上表現(xiàn)為混凝土的耐久性優(yōu)良[6]。

3.3 對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響

本試驗(yàn)擬利用掃描電鏡觀測(cè)分析編號(hào)T-4、6T4S-4、2T8S-4、S-2試件的界面結(jié)構(gòu)，對(duì)混凝土宏觀性能從微觀角度上進(jìn)行分析。

結(jié)果顯示，編號(hào)2T8S-4、S-2試件具有均勻密實(shí)的界面結(jié)構(gòu)，能夠清楚地觀測(cè)到針棒狀鈣礬石和水化硅酸鈣凝膠；編號(hào)T-4、6T4S-4試件也具有均勻密實(shí)的界面結(jié)構(gòu)，但水化產(chǎn)物相對(duì)相對(duì)較少，這是由于凝膠材料比例較低或水化程度較差[7]?？傮w而言，混凝土界面結(jié)構(gòu)受不同骨料摻配比例的影響無(wú)明顯差異，各組試件均具有均勻密實(shí)的界面結(jié)構(gòu)，這在很大程度上決定了混凝土宏觀性能，主要表現(xiàn)為優(yōu)異的抗?jié)B、抗凍性能和較高的抗壓強(qiáng)度。

由于骨料內(nèi)部存在相對(duì)較多的孔隙使得其吸水率較高，拌合成型過(guò)程中水泥漿體會(huì)滲入骨料內(nèi)部，從而增強(qiáng)粗骨料與水泥砂漿的膠合效應(yīng)，改善了結(jié)構(gòu)整體性和界面密實(shí)性，因此抗凍性能得到加強(qiáng)。然而，骨料內(nèi)部孔隙多會(huì)降低混凝土的抗壓強(qiáng)度和整體力學(xué)性能，抗壓強(qiáng)度逐漸替代抗凍等級(jí)成為高吸水率混凝土配置的主控指標(biāo)[8-13]。

4 結(jié) 論

施工過(guò)程中要應(yīng)用以上試驗(yàn)研究成果，還要注意骨料清潔、加強(qiáng)骨料質(zhì)量控制、實(shí)時(shí)掌握品質(zhì)的變化?，F(xiàn)有研究還較少涉及大吸水率骨料的普遍適用性問(wèn)題，因此以上研究成果只適用于寒冷地區(qū)特定骨料，要揭示混凝土性能與吸水率之間的一般性規(guī)律仍需開(kāi)展進(jìn)一步深入研究。