陳煥民，閉忠明，夏成勇，喬志超，吳 玉

（1.黔東南州水利投資（集團）有限責(zé)任公司,貴州 凱里 556000；2.北京華石納固科技有限公司,北京 100085）

0 引言

貴州黔東南地區(qū)地質(zhì)常見板巖,組分主要為絹云母質(zhì)、硅質(zhì)、泥質(zhì)、砂質(zhì)等[1]。用板巖軋制的碎石不僅針片狀含量高,且具備堿骨料活性,用于水工建筑材料時需經(jīng)試驗論證[2]。

高自密實性能混凝土（以下簡稱HSCC）采用絕對體積法進行配合比設(shè)計[3],相比常態(tài)混凝土其粉體用量高、碎石（一級配）用量少,體積收縮變形大。若采用板巖骨料拌制HSCC,受制于骨料粒型,為保證自密實性能滿足設(shè)計指標(biāo),在試配時只能減少石子體積用量,實際用量達不到規(guī)范建議的0.28 m3～0.33 m3[4],以貴州雷山縣翁養(yǎng)水庫為例,單方石子體積用量僅為0.245 m3。因此,為降低混凝土體積收縮變形,減少配合比中粉體尤其是水泥用量,需要研究如何提高混凝土配合比中板巖碎石的體積用量,從而達到節(jié)約材料成本、抑制收縮的目的。

聚羧酸減水劑是繼木質(zhì)素、萘系等高效減水劑之后的新型高性能減水劑,通過在水泥顆粒或水化物上的吸附產(chǎn)生立體位阻效應(yīng),對水泥粒子起分散保持作用[5]。對聚羧酸減水劑進行復(fù)配,可將其從高減水、高保坍等單一功能型轉(zhuǎn)變?yōu)榭鼓?、降粘、緩釋等多功能?fù)合型[6]。

本文通過探索在減水劑中摻加功能小料,以“提漿增包裹、降粘（潤滑）促流動”為技術(shù)路徑,獲得板巖碎石更高用量的HSCC 配合比,以及對應(yīng)減水劑的復(fù)配方法。本次HSCC配合比設(shè)計中粉煤灰摻量均超60%,當(dāng)粉煤灰摻量超30%對板巖骨料堿活性抑制效應(yīng)明顯[7],因此對于板巖碎石的堿活性影響本文不作考慮。

1 試驗原材料

以貴州黔東南州南甲水庫工程HSCC 配合比試驗開展研究,試驗原材料見表1。

表1 混凝土配合比試驗原材料

功能小料的作用機理及種類：

（1）提漿。板巖碎石本身針片狀含量超標(biāo),提高骨料用量意味著漿體體積更少,更不利于混凝土流動,本文嘗試采用提漿小料增強包裹,小料分有機鈉鹽S（性狀為晶狀顆粒,無色無味）,摻量為膠凝材料用量的1.3?；無機鈉鹽P（性狀為粉末狀固體,白色無味）摻量為膠凝材料用量的2.0?。

（2）潤滑降粘。在保證混凝土抗壓強度前提下為獲得更低的水泥用量,需降低水粉比設(shè)計[8],而低水粉比意味著混凝土更高的粘度,增大混凝土泵送澆筑的難度。外加劑摻入引氣組分可解決此難題。在混凝土內(nèi)部引入大量微小、獨立氣泡,這些氣泡如滾珠一樣改變混凝土內(nèi)部骨料之間做相對運動時的摩擦機制,從滑動變?yōu)闈L動,減少摩擦阻力,從而降低了粘度。

本次采用降粘小料為甙類化合物Y（性狀為粉末狀固體,黃色,有刺激性氣味）,摻量為膠凝材料用量的0.15?。

2 配合比設(shè)計

自密實混凝土配合比設(shè)計應(yīng)確定拌合物中碎石體積、砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)、水膠比、膠凝材料中礦物摻合料的用量和膠凝材料用量等參數(shù)。

式中：mg為碎石質(zhì)量；Vg為碎石絕對體積；ρg為碎石表觀密度；ms 為細骨料質(zhì)量；φs為砂率；ρs為細骨料表觀密度；Vp為漿體體積；Va為空氣體積；W/B 為水膠比；ρb為膠凝材料表觀密度；mb為膠凝材料質(zhì)量；mca為外加劑質(zhì)量。

3 試驗成果分析

試驗基于單方石子體積用量、配合比經(jīng)濟性、HSCC 出機自密實性能、試塊強度指標(biāo)四個方面進行分析。試驗思路為：

①逐步降低水粉比及水泥摻量,且提高總骨料用量。

②根據(jù)自密實性能檢測數(shù)據(jù)及混凝土狀態(tài),在母料H 基礎(chǔ)上對應(yīng)加入三種功能小料S、P、Y。試驗相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表2 貴州南甲水庫HSCC 配合比試驗成果

加小料前：邊緣泌漿、骨料堆積、出料不連續(xù)；加小料后（a）：邊緣飽滿、骨料裹漿、出料連續(xù)；加小料后（b）：出機狀態(tài)良好；坍落度檢測 275 mm；擴展度檢測 730 mm,見圖1。

圖1 配合比試驗照片（部分）

推薦序號“6”為南甲水庫HSCC 設(shè)計最優(yōu)配合比:其滿足HSCC 流動性（SF：650 mm～750 mm）、粘性（VF：7 s～25 s）、保塑性（SF、VF ≥1 h）等指標(biāo)要求[8]；90 d 抗壓強度18.6 MPa可滿足C9015；抗?jié)B、抗凍等級滿足W6、F50；水泥單方用量132 kg 最低,石子體積用量290 L 最高。

將配合比數(shù)據(jù)與翁養(yǎng)水庫對比,結(jié)果見圖2、表3。采用功能小料后提高碎石用量45 L、降低了水泥用量28 kg、混凝土單方成本降低3.5 元,但粉煤灰用量提高46 kg。

圖2 HSCC 配合比優(yōu)化前后材料用量（單元：kg/m3）

表3 翁養(yǎng)、南甲水庫HSCC 配合比用量及材料成本

4 結(jié)論與展望

（1）通過加入提漿、降粘等功能小料復(fù)配聚羧酸高性能減水劑,HSCC 采用板巖碎石可提高45 L,水泥用量降低28 kg,混凝土材料成本降低3.5 元/m3；配合比優(yōu)化后HSCC 出機自密實性能,以及90 天抗壓、抗?jié)B、抗凍強度指標(biāo)均可滿足設(shè)計要求。

（2）試驗采用小料S、P、Y 以外,是否還有其他類似功能同時價格更為低廉的產(chǎn)品可供替代,還需進一步的開展對比研究試驗。

（3）隨著石子用量提高,混凝土漿體量減少,機制砂用量也減少,折算砂中0.08 mm 以下微粒含量（此部分可等體積替代粉煤灰）相應(yīng)減少,導(dǎo)致粉煤灰用量提高。調(diào)研黔東南地區(qū)粉煤灰廠家少且運距遠,這對項目施工組織及成本控制提出更高的要求。

下步可對板巖磨制石粉的性能展開試驗,分別對絹云母質(zhì)、硅質(zhì)、泥質(zhì)、砂質(zhì)等不同板巖進行取樣磨粉,對比檢測含泥量、壓碎指標(biāo)、吸水率等指標(biāo),研究復(fù)合摻入活性球體硅鋁質(zhì)材料（硅灰、粉煤灰、玻璃微珠等）、活性非球體硅鋁鈣質(zhì)材料（?；郀t礦渣粉、磷渣粉、建筑廢渣粉等）,最終實現(xiàn)少用或完全替代粉煤灰,提高對粉煤灰供應(yīng)不足的風(fēng)險管理。

（4）配合比優(yōu)化后水泥用量雖然減少了,但膠凝材料總量提高了,這是因為板巖碎石針片狀含量過高,提高碎石用量后為保證混凝土包裹而不得已的措施。

下步可對板巖粗骨料軋制工藝開展研究,分別對絹云母質(zhì)、硅質(zhì)、泥質(zhì)、砂質(zhì)等不同板巖取樣,對各自產(chǎn)出碎石粒型分析,尋找粒型優(yōu)化調(diào)整的關(guān)鍵工藝點,改善骨料界面與漿體粘結(jié)咬合特性,從源頭上降低粉體用量,進一步控制材料成本。

（5）關(guān)于自密實混凝土體積收縮變形監(jiān)測,國內(nèi)學(xué)者做過一些研究,李悅、郭奇建立了新的適合自密實混凝土的雙曲線型干縮預(yù)測公式[8],但對板巖材料屬性、堆石料大體積骨架支撐（即堆石混凝土）等約束條件下的參數(shù)尚未得知,板巖骨料用量提高對HSCC 收縮變形的抑制參數(shù)還需進一步研究。