水利工程建筑中混凝土的配合比設(shè)計(jì)與性能研究

班曉東

（內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，呼和浩特 010020）

水利工程作為一種用于控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，達(dá)到除害興利目的而修建的民生工程，作為水利工程的重要基礎(chǔ)支撐的混凝土結(jié)構(gòu)在提升水利工程穩(wěn)定性、延長(zhǎng)使用壽命等方面起著至關(guān)重要的作用[1]。然而，實(shí)際施工過(guò)程中，水利工程中的混凝土結(jié)構(gòu)由于其特殊的應(yīng)用環(huán)境而易于發(fā)生開(kāi)裂等問(wèn)題[2]，究其原因，這主要與其流動(dòng)性較差、脆性較大等有關(guān)[3-4]。此外，在節(jié)能環(huán)保和固體廢棄物逐漸增多的今天，將粉煤灰、陶粒等原材料加入混凝土中進(jìn)行充分利用是實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要趨勢(shì)，而摻有粉煤灰等的自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)及其對(duì)材料物性指標(biāo)的影響方面的報(bào)道較少[5-7]。本文開(kāi)展自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)，并考察水灰比、陶粒體積率和粉煤灰摻量對(duì)自密實(shí)混凝土表觀密度、坍落擴(kuò)展度和壓縮強(qiáng)度的影響的研究將有助于改善水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的脆性破壞和開(kāi)裂問(wèn)題。

1 試驗(yàn)材料與方法

以天然河砂、900 級(jí)頁(yè)巖陶粒、水泥（PC32.5、PO 42.5）、850 級(jí)粉煤灰、水、減水劑（WK-2 型聚羧酸減水劑）等為原料制備了不同強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)混凝土；根據(jù)JGJ/T 283-2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算了不同組分的用量[8]，不同水灰比、陶粒體積率和粉煤灰取代率的自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)如表1，自密實(shí)混凝土試件的尺寸為100mm×100mm×100mm。

表1 不同水灰比的自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)（kg/m3）Tab.1 Mix design of self compacting concrete with different water cement ratio

根據(jù)GB/T 17431.2-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法》計(jì)算表觀密度[9]；根據(jù)GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試立方體的壓縮強(qiáng)度[10]，以三組平行試樣的平均值作為測(cè)試結(jié)果，測(cè)試儀器為MTS-810 型電液壓力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，拉伸速率為0.5MPa/s。

2 結(jié)果及討論

圖1為不同水灰比的自密實(shí)混凝土的表觀密度和坍落擴(kuò)展度。從表觀密度測(cè)試結(jié)果來(lái)看，隨著水灰比從0.32增加至0.40，三種自密實(shí)混凝土的表觀密度都表現(xiàn)為逐漸減小特征；從坍落擴(kuò)展度測(cè)試結(jié)果來(lái)看，隨著水灰比從0.32增加至0.40，三種自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度都表現(xiàn)為逐漸增加特征，且強(qiáng)度等級(jí)越低則相同水灰比下的自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度越高。

圖1 不同水灰比的自密實(shí)混凝土的表觀密度和坍落擴(kuò)展度Fig.1 Apparent density and slump expansion of self compacting concrete with different water cement ratio

圖2為不同水灰比的自密實(shí)混凝土的立方體壓縮強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，圖中分別列出了不同強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)混凝土在養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d和28d時(shí)的立方體拉伸強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。對(duì)于SCLC30 試件，7d 壓縮強(qiáng)度先增加后減小，而28d壓縮強(qiáng)度呈現(xiàn)先減小后增大特征；對(duì)于SCLC40 試件，7d 壓縮強(qiáng)度先增加后減小，而28d 壓縮強(qiáng)度呈現(xiàn)先減小后增大特征；對(duì)于SCLC50 試件，7d壓縮強(qiáng)度先增加后減小，而28d壓縮強(qiáng)度呈現(xiàn)先減小后增大特征。在水灰比為0.36時(shí)，不同強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)混凝土的7d和28d壓縮強(qiáng)度都較高。

圖2 不同水灰比的自密實(shí)混凝土的立方體壓縮強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果Fig.2 Cube compressive strength test results of self compacting concrete with different water cement ratio

從表觀密度測(cè)試結(jié)果來(lái)看，隨著陶粒體積率從0.36增加至0.44，三種自密實(shí)混凝土的表觀密度都表現(xiàn)為逐漸減小特征；從坍落擴(kuò)展度測(cè)試結(jié)果來(lái)看，隨著水灰比從0.36增加至0.44，三種自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度都表現(xiàn)為逐漸增加特征，且強(qiáng)度等級(jí)越低則相同陶粒體積率下的自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度越高。

對(duì)于SCLC30 試件，7d 壓縮強(qiáng)度和28d 壓縮強(qiáng)度都表現(xiàn)為逐漸減小特征；對(duì)于SCLC40 試件，7d 壓縮強(qiáng)度和28d壓縮強(qiáng)度隨著粗骨料體積摻量的變化趨勢(shì)與SCLC30 試件相似；對(duì)于SCLC50 試件，7d 壓縮強(qiáng)度和28d壓縮強(qiáng)度也整體呈現(xiàn)逐漸減小特征。綜合而言，在陶粒體積率為0.40時(shí)，不同強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)混凝土的7d和28d壓縮強(qiáng)度都較高。

隨著粉煤灰摻量從15%增加至35%，三種自密實(shí)混凝土的表觀密度都表現(xiàn)為逐漸減小特征；從坍落擴(kuò)展度測(cè)試結(jié)果來(lái)看，隨著粉煤灰摻量從15%增加至35%，三種自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度都表現(xiàn)為逐漸增加特征，且強(qiáng)度等級(jí)越低則相同粉煤灰摻量下的自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度越高。

對(duì)于SCLC30 試件，7d 壓縮強(qiáng)度和28d 壓縮強(qiáng)度都表現(xiàn)為逐漸減小特征；對(duì)于SCLC40 試件，7d 壓縮強(qiáng)度和28d 壓縮強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的變化趨勢(shì)與SCLC30試件相似；對(duì)于SCLC50試件，7d壓縮強(qiáng)度和28d 壓縮強(qiáng)度也整體呈現(xiàn)逐漸減小特征。綜合而言，在粉煤灰摻量為25%時(shí)，不同強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)混凝土的7d和28d壓縮強(qiáng)度都較高。

優(yōu)化后SCLC30、SCLC40 和SCLC50 試件的表觀密度分別為1857kg/m3、1866kg/m3和1885kg/m3，坍落擴(kuò)展度分別為710mm、700mm 和680mm，7d 壓縮強(qiáng)度分別為31.6MPa、41.9MPa 和48.1MPa，28d 壓縮強(qiáng)度分別為38.7MPa、47.8MPa和53.0MPa。對(duì)比分析可知，自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越高，對(duì)應(yīng)的表觀密度越大、坍落擴(kuò)展度越小、7d和28d壓縮強(qiáng)度越大。

3 結(jié)語(yǔ)

1）隨著水灰比從0.32增加至0.40，3種自密實(shí)混凝土的表觀密度都表現(xiàn)為逐漸減小，坍落擴(kuò)展度都表現(xiàn)為逐漸增加特征，且強(qiáng)度等級(jí)越低則相同水灰比下的自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度越高。

2）隨著陶粒體積率從0.36增加至0.44，3種自密實(shí)混凝土的表觀密度都表現(xiàn)為逐漸減小，坍落擴(kuò)展度都表現(xiàn)為逐漸增加特征，且強(qiáng)度等級(jí)越低則相同陶粒體積率下的自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度越高。

3）隨著粉煤灰摻量從15%增加至35%，3 種自密實(shí)混凝土的表觀密度都表現(xiàn)為逐漸減小，坍落擴(kuò)展度都表現(xiàn)為逐漸增加特征，且強(qiáng)度等級(jí)越低則相同粉煤灰摻量下的自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度越高。