轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間和高度差對(duì)輸電工程混凝土性能的影響

許濤 ，朱兆輝 ，陳誠 ，高建明

（1.中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102；2.東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211189）

0 引言

近幾年隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 各地對(duì)輸電量要求越來越高， 各個(gè)地區(qū)的輸電線路也在快速增加， 而其中起著根基作用的輸電工程混凝土決定了整體工程的施工進(jìn)度。 本試驗(yàn)以長三角地區(qū)輸電工程基礎(chǔ)混凝土的施工為背景， 研究其施工過程中混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間和高度差對(duì)混凝土工作性和強(qiáng)度等的影響， 對(duì)輸電工程混凝土的工程指標(biāo)提出了更加具體的要求。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥采用海螺集團(tuán)中國水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5 級(jí)水泥；粗集料采用5～25 mm 連續(xù)級(jí)配碎石，泥塊含量≤0.5%，含泥量≤1%，表觀密度為2 810 kg/m3；細(xì)集料采用天然砂，細(xì)度模數(shù)為2.36，泥塊含量≤0.7%，含泥量≤1.5%；減水劑采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司的聚羧酸型高性能減水劑（液態(tài)），減水率約20%，固含量10%；混凝土拌和用水為自來水。

1.2 配合比

試驗(yàn)所用混凝土配合比如表1 所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

1.3 試驗(yàn)過程與方法

試驗(yàn)過程：設(shè)置三個(gè)運(yùn)輸時(shí)間（40 min、80 min、120 min）、兩個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)高度差（2 m、3 m），具體方案如表2 所示。在20 ℃、相對(duì)濕度60%的環(huán)境下，測(cè)試轉(zhuǎn)運(yùn)后混凝土的坍落度及混凝土相應(yīng)齡期 （7 d、14 d、28 d、60 d）的抗壓強(qiáng)度，取對(duì)應(yīng)條件下的試塊制備壓汞及掃描電鏡試樣。

主要設(shè)備：環(huán)境模擬試驗(yàn)箱、溫濕度傳感器、壓力試驗(yàn)機(jī)、坍落度筒、直尺、混凝土攪拌機(jī)、場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡、全自動(dòng)壓汞儀等。 環(huán)境模擬試驗(yàn)箱可達(dá)到的模擬條件為5～80 ℃， 相對(duì)空氣濕度40%～95%，溫度均勻度≤1 ℃，溫度偏差±1 ℃，相對(duì)空氣濕度偏差±2%。

表2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)方法： 混凝土的工作性能依據(jù)GB/T 50080—2016 《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》 進(jìn)行， 混凝土的抗壓強(qiáng)度依據(jù)GB/T 50107—2010《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，采用壓汞儀測(cè)試混凝土的孔隙率， 采用SEM 觀察混凝土水化產(chǎn)物的微觀形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 運(yùn)輸時(shí)間和轉(zhuǎn)運(yùn)高度差對(duì)混凝土工作性能的影響

混凝土運(yùn)輸時(shí)間和轉(zhuǎn)運(yùn)高度差對(duì)混凝土坍落度的影響如圖1 所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土的坍落度損失量隨著運(yùn)輸時(shí)間的延長越來越大， 損失速率也越來越快； 混凝土的坍落度損失量隨著轉(zhuǎn)運(yùn)高度的增加而變大， 運(yùn)輸時(shí)間對(duì)混凝土坍落度損失的影響高于轉(zhuǎn)運(yùn)高度差對(duì)混凝土坍落度的影響。 混凝土運(yùn)輸時(shí)間在40 min 內(nèi)且轉(zhuǎn)運(yùn)高度差在3 m 內(nèi)，混凝土坍落度損失能控制在10%以內(nèi)； 當(dāng)混凝土運(yùn)輸時(shí)間達(dá)到80 min 時(shí)， 混凝土的坍落度損失比在15%~25%，此時(shí)混凝土的工作性能較差，不能直接用于輸電工程基礎(chǔ)的澆筑， 需經(jīng)過后加外加劑及再攪拌等方式處理；而當(dāng)混凝土運(yùn)輸時(shí)間超過120 min 后，混凝土的坍落度損失超過35%， 不能用于輸電工程基礎(chǔ)的澆筑。

圖1 混凝土運(yùn)輸時(shí)間和轉(zhuǎn)運(yùn)高度差對(duì)混凝土坍落度的影響

運(yùn)輸時(shí)間加長，坍落度損失速率逐漸加快。 主要原因是水泥水化水分逐漸被消耗，另一方面是因?yàn)樗值目焖僬舭l(fā)。而轉(zhuǎn)運(yùn)高度差的增加會(huì)造成混凝土的漿體不能充分包裹住砂子和石子，容易造成離析現(xiàn)象，會(huì)致使混凝土的流動(dòng)性變差，從而出現(xiàn)坍落度損失變大。

2.2 運(yùn)輸時(shí)間和轉(zhuǎn)運(yùn)高度差對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

混凝土運(yùn)輸時(shí)間和轉(zhuǎn)運(yùn)高度差對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響如表3、圖2 所示。 試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土強(qiáng)度隨著運(yùn)輸時(shí)間的延長逐漸降低且速率越來越快，整體呈現(xiàn)的規(guī)律是在14 d 時(shí)強(qiáng)度損失比達(dá)到最大值，而后逐漸減??；混凝土的強(qiáng)度隨著轉(zhuǎn)運(yùn)高度差的增加而逐漸降低。 混凝土坍落度損失控制在10%以內(nèi)時(shí)，混凝土的強(qiáng)度損失在7%以內(nèi)；當(dāng)坍落度損失在15%~25%時(shí)，即運(yùn)輸時(shí)間在80～120 min時(shí)， 轉(zhuǎn)運(yùn)高度差對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響逐漸增大，尤其是14 d 的混凝土強(qiáng)度，強(qiáng)度損失比從12.67%升至17.43%， 此時(shí)的混凝土不僅工作性不能滿足施工要求，甚至強(qiáng)度也不能在規(guī)定齡期內(nèi)達(dá)到輸電工程基礎(chǔ)混凝土的規(guī)定強(qiáng)度。而當(dāng)混凝土運(yùn)輸時(shí)間達(dá)到 120 min 時(shí)， 混凝土強(qiáng)度在 7 d、14 d、28 d、60 d都有超過11%的損失， 在14 d 時(shí)強(qiáng)度損失達(dá)到最高至24.67%。

表3 各條件下混凝土強(qiáng)度損失比與齡期的關(guān)系

圖2 混凝土運(yùn)輸時(shí)間和轉(zhuǎn)運(yùn)高度差對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

運(yùn)輸時(shí)間越長、轉(zhuǎn)運(yùn)高度差越大，就會(huì)導(dǎo)致混凝土的坍落度損失越大， 在成型時(shí)由于混凝土工作性較差， 致使混凝土澆筑與振搗較難達(dá)到理想效果，難以保證混凝土的密實(shí)程度，致使混凝土各齡期的強(qiáng)度減小；另外，在混凝土處于低濕環(huán)境下且未采取其它增濕措施的情況下， 缺水的混凝土不易從外界吸取足量的水分保證其強(qiáng)度正常發(fā)展。 不同施工條件下的混凝土在14 d 時(shí)的強(qiáng)度損失比最大，這是因?yàn)榛炷燎捌谑^多，工作性較差，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)較脆弱，而后隨著齡期的增長，水化程度增大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，較基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度損失越小。

2.3 微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)表征

圖 3、4 分別是從混凝土 C-20-0、C-20-6 內(nèi)部取樣經(jīng)過處理得到的內(nèi)部形貌圖。 3 d 時(shí)混凝土的水化產(chǎn)物較多，直接成型的混凝土C-20-0 的水化產(chǎn)物已經(jīng)開始密實(shí)堆積，而經(jīng)過轉(zhuǎn)運(yùn)120 min 及轉(zhuǎn)運(yùn)高度差為3 m 的混凝土C-20-6 的水化產(chǎn)物還處于快速生長階段， 針棒狀的AFt 與呈團(tuán)絮狀的C-S-H 凝膠已經(jīng)初呈規(guī)模，但界面處還較為松散；28 d 時(shí)混凝土的水化產(chǎn)物布滿視野， 混凝土C-20-0 的初步視野中可以看到密實(shí)堆積的Ca（OH）2及凝膠產(chǎn)物，混凝土C-20-6 的水化產(chǎn)物堆積也比較密實(shí)， 界面處還可看到一些未完全成長的凝膠層。 因此也可驗(yàn)證混凝土C-20-0 所處各個(gè)齡期時(shí)的強(qiáng)度均高于混凝土C-20-6。

圖3 混凝土C-20-0 3 d（左）、28 d（右）內(nèi)部形貌

圖 4 混凝土 C-20-6 3 d（左）、28 d（右）內(nèi)部形貌

圖 5、6 分別是從混凝土 C-20-0、C-20-6 內(nèi)部取樣經(jīng)過處理得到的可積孔徑分布圖和混凝土樣品孔體積占比圖。 從圖5 中可明顯看出，隨著齡期的增長，C-20-0 的最可積孔徑從3 d 時(shí)的77 nm 至28 d 時(shí)的 50 nm，C-20-6 的最可積孔徑從 3 d 時(shí)的80 nm 縮小至28d 時(shí)的51 nm，這表明水化在持續(xù)進(jìn)行， 水化產(chǎn)物在填充混凝土的內(nèi)部孔隙；C-20-0 的最可積孔徑在早期3 d 和后期28 d 都比C-20-6 的最可積孔徑小， 說明經(jīng)過轉(zhuǎn)運(yùn)120 min及轉(zhuǎn)運(yùn)高度差為3 m 的轉(zhuǎn)運(yùn)過程后， 混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)受到一定影響，即大孔數(shù)量增加、小孔數(shù)量減少。

為了表征樣品的孔徑分布變化，將<50 nm 的孔徑稱為小孔，其中<20 nm 的孔稱為無害孔；50～100 nm 的孔稱為中孔；>100 nm 的孔稱為大孔[1-3]。 從圖 6 中可以看出，混凝土3 d 后的中小孔體積占比均超過85%，占比最高的是28 d 的混凝土C-20-0，達(dá)到了91%。 隨著齡期的增長，中小孔的體積分?jǐn)?shù)都在增加， 其中小孔的數(shù)量增長速度最快。 混凝土C-20-0 的3 d、28 d 的小孔體積分?jǐn)?shù)百分比都超過混凝土C-20-6 的小孔體積分?jǐn)?shù)百分比， 混凝土C-20-0 28 d 時(shí)的小孔體積分?jǐn)?shù)百分比達(dá)到60%。

圖5 混凝土可積孔徑分布

圖6 混凝土樣品孔體積占比

混凝土C-20-0 和混凝土C-20-6 的強(qiáng)度發(fā)展變化，與其內(nèi)部水化程度和孔結(jié)構(gòu)具有一定的相關(guān)性，即在配合比及養(yǎng)護(hù)環(huán)境相同的情況下，小孔體積百分比占比越高，水化產(chǎn)物堆積越密實(shí)，混凝土強(qiáng)度越高。

3 結(jié)論

（1）混凝土的坍落度損失不僅與運(yùn)輸時(shí)間相關(guān)，轉(zhuǎn)運(yùn)高度差也對(duì)坍落度有一定影響，運(yùn)輸時(shí)間越長影響越大。

（2）混凝土強(qiáng)度隨著運(yùn)輸時(shí)間的延長逐漸降低且降低速率越來越快； 強(qiáng)度損失比在14 d 時(shí)達(dá)到最大值，而后逐漸減??；混凝土的強(qiáng)度隨著轉(zhuǎn)運(yùn)高度差的增加而逐漸降低。

（3）經(jīng)過轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間120 min、轉(zhuǎn)運(yùn)高度差為3 m的轉(zhuǎn)運(yùn)過程之后，混凝土3 d 時(shí)中孔、大孔體積占比相較于對(duì)照組增加了4%，28 d 時(shí)中孔、 大孔體積占比擴(kuò)大至6%，混凝土28 d 強(qiáng)度也相應(yīng)地降低了15%。