吳之寶

(甘肅省武威市水利綜合事務(wù)中心，甘肅 武威 733000)

0 引言

超高層泵送、長(zhǎng)距離大跨度以及大體積等項(xiàng)目實(shí)體拆模后，結(jié)構(gòu)會(huì)不同程度地出現(xiàn)裂縫問題，有龜裂，有貫穿裂縫，嚴(yán)重的將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)拆除，重新澆筑。影響結(jié)構(gòu)開裂的因素有很多，比如水泥用量過高、整體砂率過大、鋼筋布局不合理、施工工藝錯(cuò)誤等等，在確定施工項(xiàng)目因素排除后，針對(duì)混凝土質(zhì)量原因?qū)е碌慕Y(jié)構(gòu)開裂問題，膠凝材料方面，為降低水泥用量，引入品質(zhì)優(yōu)異的粉煤灰、礦粉，降低早期水化熱，避免早期集中放熱導(dǎo)致的開裂問題，同時(shí)由于礦物摻合料的二次反應(yīng)，可顯著提升不同齡期的抗壓強(qiáng)度；砂率方面，通過梯度實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證試塊收縮性能，優(yōu)選最佳砂率[1]。結(jié)合工程存在的結(jié)構(gòu)開裂、抗壓強(qiáng)度較低等問題，開展配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作，對(duì)膠凝材料體系、砂石搭配比例重新設(shè)計(jì)驗(yàn)證，通過測(cè)試流動(dòng)度、倒筒時(shí)間、不同齡期抗壓強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)，開展水利樞紐工程混凝土技術(shù)攻關(guān)[2-4]。

1 工程概況

某水利樞紐工程主要結(jié)構(gòu)為導(dǎo)流堤、擋潮泄洪閘以及左右岸連接壩等，結(jié)構(gòu)中擋潮泄洪閘的總凈寬度為726 m，共設(shè)置33孔，閘孔凈寬度為22 m。按照體量、尺寸計(jì)算，屬大體積混凝土，由于鋼筋布局較為復(fù)雜，要求混凝土具有良好的流動(dòng)性、粘聚性、保水性。通過實(shí)體預(yù)埋點(diǎn)位測(cè)量溫度，混凝土內(nèi)部溫度超過100℃，水化放熱過快，局部溫升過快，拆模表面形成貫穿裂縫。

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)水泥為P·O42.5級(jí)水泥，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量27.7%，膠砂3 d抗壓強(qiáng)度29.1 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度53.2 MPa；試驗(yàn)粉煤灰為Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度4.2%，燒失量2.3%，需水量比90%；試驗(yàn)礦粉比表面積427 m2/kg，膠砂7 d活性指數(shù)78%，28 d活性指數(shù)101%；試驗(yàn)硅灰需水比118%，膠砂7 d活性指數(shù)124%；試驗(yàn)中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量1.9%，碎石5 mm～16 mm連續(xù)級(jí)配，壓碎指標(biāo)9%，含泥量0.8%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量17.4%，減水率18%；水為飲用水。

3 水利樞紐工程混凝土配合比設(shè)計(jì)

膠凝材料用量初步確定為440 kg/m3～460 kg/m3，粉煤灰取代范圍0～40%，硅灰取代范圍0～3.3%，礦粉取代范圍0～30%，對(duì)比不同膠凝材料用量以及不同礦物摻合料取代比例的影響，優(yōu)選合理膠凝材料用量，具體配合比見表1、表2。

表1 不同砂率混凝土配合比 單位：kg/m3

表2 不同膠凝材料混凝土配合比 單位：kg/m3

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 不同因素對(duì)水利樞紐混凝土基本性能的影響

研究不同不同膠凝材料用量及不同礦物摻合料取代率對(duì)于混凝土流動(dòng)度、倒筒時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)的影響，具體測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 混凝土性能測(cè)試

圖1 不同因素對(duì)水利樞紐工程混凝土流動(dòng)性能的影響

影響混凝土流動(dòng)度的主要因素包括砂率以及具有降低粘度的礦物摻合料，通過基礎(chǔ)工作性實(shí)驗(yàn)，結(jié)合收縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定體系最佳砂率為44%。粉煤灰由于自身具有的球形顆粒，可有效降低顆粒間的摩擦阻力，降低混凝土整體粘度。而礦粉屬于磨細(xì)礦物摻合料，因此，礦粉對(duì)于混凝土粘度及擴(kuò)展度的改善不發(fā)揮作用。當(dāng)膠凝材料用量為440 kg/m3，粉煤灰摻量為30%時(shí)，當(dāng)硅灰摻量為2.3%時(shí)，混凝土流動(dòng)性好，粘聚性好，倒筒時(shí)間3.7 s，混凝土整體粘度最低。

4.2 不同因素對(duì)水利樞紐工程混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

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

圖2 混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

固定砂率、水膠比，研究礦物摻合料取代率對(duì)混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響。由測(cè)試結(jié)果知，膠凝材料用量為440 kg/m3時(shí)，混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度與460 kg/m3用量基本保持一致，沒有顯著區(qū)別，考慮到綜合性價(jià)比以及水化放熱等問題，最終體系膠凝材料確定為440 kg/m3。當(dāng)膠凝材料用量為440 kg/m3，粉煤灰摻量為30%，硅灰摻量為2.3%，礦粉摻量為20%時(shí)，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24.3 MPa，7 d抗壓強(qiáng)度為38.8 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度為52.5 MPa，60 d抗壓強(qiáng)度為56.9 MPa。

4.3 水利樞紐工程混凝土收縮性能研究

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，混凝土收縮性能，確定設(shè)計(jì)配合比可行性，對(duì)優(yōu)選配合比進(jìn)行性能驗(yàn)證。

在覆膜養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土28 d的自收縮率較7 d僅僅增加2.57倍，28 d自收縮率開始增加幅度不大；而未覆膜養(yǎng)護(hù)時(shí)，7 d干燥收縮率較7 d自收縮率增加4.43倍，28 d干燥收縮率較28 d自收縮率增加3.88倍。通過測(cè)試可知，優(yōu)選配合比滿足收縮性能的要求，同時(shí)混凝土的養(yǎng)護(hù)條件直接影響到混凝土的收縮性能，因此，除了考慮混凝土自身因素對(duì)于收縮值的影響，還要考慮施工養(yǎng)護(hù)條件的影響。

圖3 混凝土收縮性能試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

(1)良好的砂率，粉煤灰、硅灰對(duì)于提升混凝土流動(dòng)性、粘聚性、保水性意義重大。隨著砂率的不斷增加，混凝土流動(dòng)性持續(xù)增加，但砂率過大，混凝土收縮更加明顯；粉煤灰、硅灰對(duì)于流動(dòng)度的貢獻(xiàn)呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢(shì)。

(2)粉煤灰、礦粉可改善混凝土中長(zhǎng)齡期的抗壓強(qiáng)度。持續(xù)不斷的二次水化反應(yīng)，形成的水化產(chǎn)物使結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，強(qiáng)度更有保障。

(3)通過開展混凝土收縮性能實(shí)驗(yàn)，覆膜與否將直接導(dǎo)致混凝土收縮值是否異常，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440 kg/m3，粉煤灰摻量30%、硅灰摻量2.3%、礦粉摻量20%。