貧膠凝材碾壓混凝土特性研究

【摘要】在當(dāng)前常用碾壓混凝土大壩碾壓混凝土施工配合比總膠凝材基礎(chǔ)之上，降低碾壓混凝土總膠凝材料用量，甚至于突破現(xiàn)行水工碾壓混凝土施工規(guī)范最低膠凝材料用量，研究其碾壓混凝土拌和物性能、力學(xué)、耐久性、熱學(xué)性能的變化。通過研究，探索采用貧膠凝材碾壓混凝土用于碾壓混凝土大壩的可行性，在確保其性能可靠、施工可操作的基礎(chǔ)上完善其適用性，最終達(dá)到降低工程成本、簡(jiǎn)化大體積碾壓混凝土溫控措施帶來的強(qiáng)大經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】膠凝材；碾壓混凝土；耐久性能

1、 概述

目前國內(nèi)碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)以富膠凝材為主要路線，這對(duì)于保證水工建筑物的極限拉伸值、抗?jié)B及工作性、層間結(jié)合等性能是有利的，但近幾年來，隨著砂中石粉含量的提高，特別是對(duì)0.08mm以下顆粒含量的重視，碾壓混凝土的漿體含量已達(dá)到較高的水平，絕大多數(shù)大壩的已澆筑混凝土強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)要求，而且由于較高的膠凝材料（特別是水泥）在混凝土硬化過程中會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，使混凝土溫度升高，溫度應(yīng)力增大，容易導(dǎo)致產(chǎn)生大壩碾壓混凝土溫度裂縫的危害。因此，降低碾壓混凝土膠凝材料顯得尤其重要，探索采用較低膠凝材碾壓混凝土取代國內(nèi)傳統(tǒng)富膠碾壓混凝土的可行性，在確保其性能可靠、施工可操作的基礎(chǔ)上完善其適用性，能降低工程成本、簡(jiǎn)化大體積碾壓混凝土溫控措施，可帶來的強(qiáng)大經(jīng)濟(jì)效益。

2、研究思路

研究采用室內(nèi)混凝土拌和試驗(yàn)，以現(xiàn)行《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》中所規(guī)定的130㎏/m3的膠凝材料總量為上限，以單方碾壓混凝土膠凝材料用量按10kg用量進(jìn)行遞減為基本方向。膠凝材料用量的減少是在碾壓混凝土VC值相近的情況下，通過變動(dòng)水灰比和外加劑摻量來實(shí)現(xiàn)，并通過以盡可能良好的工作性能來選定最優(yōu)砂率。

3、原材料

為使得本次試驗(yàn)研究具有較廣的代表性、實(shí)用性及可參考性能，在原材料選擇過程中，盡量選用經(jīng)使用廣泛、質(zhì)量穩(wěn)定、各項(xiàng)指標(biāo)具有普遍代表性的各項(xiàng)原材料。具體選用的各種原材料的如下所述：

3.1 水泥

選用水利水電工程碾壓混凝土中廣泛選用的P.O42.5，其物理指標(biāo)與化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)和分析。由檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，該水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足現(xiàn)行國家規(guī)范。

3.2 摻合料

選用目前在的工程施工中大量使用的風(fēng)選Ⅱ級(jí)灰，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，由檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，各項(xiàng)指標(biāo)均能符合現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范Ⅱ級(jí)粉煤灰要求。

3.3 砂石骨料

砂石骨料采用砂石料場(chǎng)生產(chǎn)的人工灰?guī)r骨料，所生產(chǎn)的成品骨料各項(xiàng)檢查指標(biāo)結(jié)果如下。

3.4 外加劑

減水劑采用萘系緩凝型高效減水劑，引氣劑采用了曾應(yīng)用于多個(gè)工程的外加劑廠產(chǎn)品。經(jīng)室內(nèi)檢測(cè)，外加劑的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果見表8。

由表中數(shù)據(jù)可以看出，所選用的外加劑均滿足水工行業(yè)規(guī)范DL/T5100-1999對(duì)緩凝型高效減水劑及引氣劑的要求。

4、碾壓混凝土性能試驗(yàn)

4.1 配合比

目前，國內(nèi)大體積碾壓混凝土工程主體都選用碾壓三級(jí)配混凝土，且根據(jù)級(jí)配試驗(yàn)，以及為了防止應(yīng)用過程中可能發(fā)生的骨料分離，綜合考慮時(shí)采用了適當(dāng)級(jí)配。本次試驗(yàn)研究參考目前國內(nèi)外已有的相關(guān)工程及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，采用試驗(yàn)方案時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：

（1） 以碾壓三級(jí)配混凝土做為研究對(duì)象；

（2） 為防止骨料分離， 綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)考慮，骨料級(jí)配采用：30﹕40﹕30；

（3） 選用VC值區(qū)間3～7S。

（4） 以VC居中時(shí)碾壓混凝土具有良好的工作性能來確定最優(yōu)砂率。

（1）在VC值相近時(shí)，隨著膠凝材料總量的下降，碾壓混凝土的外觀、彈塑性以及包裹都有不同程度的下降。如130公斤膠凝材總量的碾壓混凝土外觀良好，骨料包裹良好，含砂中，混凝土的彈塑性也較好；而120公斤，110公斤膠凝材總量的碾壓混凝土的拌和性能稍遜于前者，混凝土的彈塑性依然較好；100公斤膠凝材料總量碾壓混凝土拌和性能，較前三者下了一個(gè)臺(tái)階，各項(xiàng)性能評(píng)價(jià)僅能維持一般水平；90公斤膠材料總量的碾壓混凝土拌和性能，則各項(xiàng)均較差。

（2）隨著膠凝材料總用量的降低，拌和物中漿體總量也同時(shí)下降，在VC值相近時(shí)，一方面需要適當(dāng)提高混凝土的砂率；另一方面，作為表面分散劑，混凝土中高效減水劑的摻量也需要有一定程度的提高。

4.2 碾壓混凝土凝結(jié)時(shí)間

對(duì)低膠凝材料總量的貧膠凝材料碾壓混凝土進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果列于表11。由試驗(yàn)成果可以看出，混凝土的初凝時(shí)間在13-16個(gè)小時(shí)之間，終凝時(shí)間在15-19個(gè)小時(shí)之間。隨著膠凝材總量的降低，混凝土的凝結(jié)時(shí)間也略微延長。

4.3 絕熱溫升

膠凝材料的水化熱是大體積混凝土因溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫的重要因素，本次試驗(yàn)過程中，對(duì)不同膠凝材總量碾壓混凝土進(jìn)行絕熱溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見下表，對(duì)混凝土的時(shí)間與絕熱溫升畫圖，所得曲線關(guān)系見圖三。

可以得出：碾壓混凝土的絕熱溫升隨膠材總量的減少而降低，且降低比較顯著，但達(dá)到一定的用量后，絕熱溫升值又變化不大。從圖表上看，后期混凝土的絕熱溫升值變化量并不大，也符合一般規(guī)律。

5、結(jié)語

5.1 本次試驗(yàn)所采用的原材料為常規(guī)的水工混凝土原材料，所選用的原材料滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

5.2 在強(qiáng)度及力學(xué)變形性能上，碾壓混凝土隨著膠材總用量的降低而整體下降，同時(shí)，隨著水灰比的降低，混凝土強(qiáng)度也降低，說明強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系在低膠凝材料用量時(shí)仍然存在。

5.3 在混凝土的耐久性方面，低膠材碾壓混凝土隨膠材總用量的降低，抗凍性能、 抗?jié)B性能整體下降，應(yīng)選擇性應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方坤河. 中國碾壓混凝土壩的混凝土配合比研究[J]. 水利發(fā)電， 2003，（11）

作者簡(jiǎn)介：鄧敏（1975—9），女，本科，工程師，主要從事工程管理與應(yīng)用。