李樹國

(盤錦市盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124000)

1 研究方法

1.1 原材料性能

1)水泥。對(duì)于大體積水工構(gòu)筑物，混凝土配制時(shí)應(yīng)盡可能使用低水化熱、質(zhì)量好的水泥，有效防止早期水化熱聚集可能引起的開裂問題[1-2]。本試驗(yàn)選用渾河P·MH 42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥，經(jīng)檢測各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，水泥物理力學(xué)性能，見表1。

表1 水泥物理力學(xué)性能

2)粉煤灰。以高質(zhì)量粉煤灰等量替代水泥不僅可以保證后期強(qiáng)度，還有利于減緩水化反應(yīng)速度，有效改善混凝土抗裂性[3]。本試驗(yàn)采用綏中電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰作為礦物摻合料，經(jīng)檢測各性能指標(biāo)符合Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，粉煤灰性能指標(biāo)，見表2。

表2 粉煤灰性能指標(biāo)

3)粗、細(xì)集料。試驗(yàn)選用粒徑5～20mm和20～40mm兩種級(jí)配碎石，石粉含量忽略不計(jì)，含泥量<1.0%，泥塊含量<0.5%，針片狀含量<8%，經(jīng)檢測各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，粗骨料基本性能，見表3。

表3 粗骨料基本性能

細(xì)集料選用灰?guī)r人工砂，原配中石粉含量約17%，通過人工添加或者水洗的方式配制14%、17%、20%、22%、24%、27%、30%石粉含量的人工砂，人工砂物理性能，見表4。

表4 人工砂物理性能

4)外加劑。采用粉煤灰等量替代水泥時(shí)，摻入適量減水劑可以有效減少泌水離析以及膠凝材料用量，改善混凝土流動(dòng)性及和易性[4-6]。因此，本試驗(yàn)選用蘇博特GYQ-Ⅲ型高效引氣劑和XK-540P型聚羧酸減水劑，這兩種外加劑技術(shù)成熟且質(zhì)量穩(wěn)定，已被廣泛應(yīng)用于水利工程領(lǐng)域，經(jīng)檢測兩種外加劑性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，摻外加劑性能指標(biāo)，見表5。

表5 摻外加劑性能指標(biāo)

1.2 配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)過程中保持外加劑摻量和混凝土砂率不變，設(shè)計(jì)0.36、0.45兩種水膠比和14%～30%七種石粉含量的灰?guī)r人工砂，試驗(yàn)配合比，見表6。按表6中的配合比制備300mm×150mm×150mm混凝土試樣。干縮試驗(yàn)時(shí)，先將金屬測頭埋設(shè)于試件兩端，采用《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》推薦的方法和HSP-540型收縮膨脹儀測長，從而確定各組試件的收縮率。

表6 試驗(yàn)配合比

續(xù)表6 試驗(yàn)配合比

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用S2-1、S4-1、S2-2、S4-2四組混凝土試樣進(jìn)行微觀試驗(yàn)，即水膠比0.36和0.45，石粉含量為17%和22%?；炷恋呐渲七^程主要有原材料稱量、投料攪拌、時(shí)間控制等，首先，依據(jù)設(shè)計(jì)配合比精準(zhǔn)稱量原材料；然后，按粗細(xì)集料→凝膠材料→水與外加劑混合液的順序依次投料，攪拌均勻后將拌合物倒出，分層裝入模具并機(jī)械振搗密實(shí)，在室內(nèi)靜置24h后脫模并放入標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)7d、28d、90d；最后，將養(yǎng)護(hù)至不同齡期的試樣取出劈開，在中心處取出5mm的立方體芯樣，剔除集料較多的顆粒后浸入無水乙醇48h，其主要作用是終止水化[7]。

本試驗(yàn)利用掃描電子顯微鏡對(duì)其中的一小部分進(jìn)行觀測，并利用電磁制樣粉碎機(jī)將剩余部分試樣磨細(xì)，過0.08mm篩。為防止粉樣碳化或吸濕，把磨細(xì)后的試樣立即放置干燥容器密封，以備紅外光譜測試和X射線衍射使用。

2 結(jié)果分析

2.1 混凝土干縮特征

不同石粉含量、不同水膠比的水工混凝土干縮特性，混凝土干縮率變化曲線，見圖1。試驗(yàn)表明，混凝土干縮率隨石粉含量的增加整體表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢，24%石粉含量組干縮率最高。這是因?yàn)槭酆?24%條件下，在水化過程中石粉發(fā)揮活性效應(yīng)與C3A反應(yīng)生成碳鋁酸鹽；此外，未參與水化的石粉發(fā)揮微集料填充效應(yīng)，提高了混凝土內(nèi)部的毛細(xì)管力，有效降低了內(nèi)部平均孔徑，因此干縮率逐漸提高。石粉摻量>24%情況下，過量的石粉會(huì)大大降低混凝土密實(shí)度，從而提高平均孔徑，干燥失水時(shí)混凝土表現(xiàn)出毛細(xì)管力和干縮率下降的特征。相同水膠比時(shí)，隨石粉含量的增大水泥漿總量逐漸提高，混凝土干縮受水泥漿總量的影響也較為顯著[8-9]。

(a)水膠比0.36 (b)水膠比0.45

2.2 混凝土微觀結(jié)構(gòu)

1)紅外光譜。采用紅外光譜激發(fā)17%、22%石粉含量和0.36、0.45水膠比試樣，結(jié)果顯示在紅外圖譜中各組試樣吸收譜帶的強(qiáng)度均隨著水化齡期的增加而增大，這是由于水化時(shí)間越長則C-S-H凝膠、鈣礬石等水化產(chǎn)物含量就越高，所以吸收譜帶強(qiáng)度越越高[10]。

2)X射線衍射。采用X射線衍射17%、22%石粉含量和0.36、0.45水膠比試樣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水化產(chǎn)物中有未水化的C3S、C2S、鈣礬石以及氫氧化鈣等物質(zhì)。養(yǎng)護(hù)齡期為7d時(shí)，混凝土試樣出現(xiàn)清晰的C3S衍射蜂，養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到90d時(shí)未發(fā)現(xiàn)明顯衍射峰，隨養(yǎng)護(hù)齡期延長水化程度不斷提高，從而消耗了大量的熟料礦物[11]。同時(shí)，20%石粉含量試樣的C3S衍射峰要比同期15%含量小，氫氧化鈣和鈣礬石強(qiáng)度也較高，這是因?yàn)槭鄣幕钚孕?yīng)加速了水化反應(yīng)，從而使得氫氧化鈣和鈣礬石數(shù)量明顯增加。

3)掃描電子顯微鏡。。采用電子顯微鏡掃描17%、22%石粉含量和0.36、0.45水膠比試樣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電子顯微鏡掃描的不同配比試樣均發(fā)現(xiàn)有凝膠類物質(zhì)。養(yǎng)護(hù)齡期為7d時(shí)，電子顯微鏡掃描的試樣表面較為光滑，由此表明粉煤灰未參與水化，早期水化過程中石粉的活性效應(yīng)顯著，通過在表面形成結(jié)晶可促進(jìn)水化反應(yīng)；隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長，水化產(chǎn)物不斷增多，凝膠會(huì)包裹少部分未水化的顆粒[12-15]。另外，同齡期同一水膠比試樣的電子顯微鏡掃描圖顯示，相比于17%石粉含量的試樣22%含量的試樣更加密實(shí)，即22%石粉含量的混凝土具有更高的密實(shí)度。

3 結(jié) 論

1)混凝土干縮率隨石粉含量的增加表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，24%石粉含量的混凝土試樣干縮率最大。

2)石粉含量<24%條件下，在水化過程中石粉發(fā)揮活性效應(yīng)與C3A反應(yīng)生成碳鋁酸鹽；未參與水化的石粉發(fā)揮微集料填充效應(yīng)，提高了混凝土內(nèi)部的毛細(xì)管力，有效降低了內(nèi)部平均孔徑，因此干縮率逐漸提高。

3)混凝土吸收譜帶的強(qiáng)度均隨著水化齡期的增加而增大，這是由于水化時(shí)間越長則C-S-H凝膠、鈣礬石等水化產(chǎn)物含量就越高，所以吸收譜帶強(qiáng)度越越高。隨著齡期的延長，石粉的活性效應(yīng)加速了水化反應(yīng)，從而使得氫氧化鈣和鈣礬石數(shù)量明顯增加。此外，水工混凝土對(duì)防裂性及穩(wěn)定性等要求較高，在混凝土配制過程中所使用的人工砂石粉含量最高≥24%。