某水電站大壩混凝土配合比設(shè)計(jì)影響因素研究

林 勝

(福建省水利建設(shè)中心，福州 350000)

0 引 言

大壩混凝土本身水化放熱大，容易導(dǎo)致溫度裂縫出現(xiàn)，因此，在配合比設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮到和易性能、熱學(xué)性能、力學(xué)性能等綜合要求，在優(yōu)化膠凝材料總量的同時(shí)要適當(dāng)引入礦物摻合料，等比例替代水泥后，延緩早期水化放熱，同時(shí)引入具有球形顆粒的礦物摻合料，在改善和易性能的同時(shí)也可改善力學(xué)性能以及耐久性能等。同時(shí)由于原材料配合比選取不恰當(dāng)，將會(huì)嚴(yán)重影響混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成質(zhì)量安全隱患[1]。

大壩混凝土在配合比設(shè)計(jì)過程中要求混凝土具有良好的和易性能、較低的水化熱性能、優(yōu)秀的力學(xué)性能等，針對(duì)復(fù)雜密集鋼筋結(jié)構(gòu)仍能順利通過。引入優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦粉以及硅灰，優(yōu)化混凝土配合比、優(yōu)化礦物摻合料取代率，針對(duì)工程存在的頻繁堵管以及無法振搗等質(zhì)量問題，通過測(cè)試和易性能以及力學(xué)性能等關(guān)鍵指標(biāo)，開展混凝土配合比設(shè)計(jì)及性能研究。

1 工程概況

某大壩為混凝土重力壩，壩頂長(zhǎng)度為521.6m，壩高最高為67.1m，相應(yīng)的擋水位為59.5m，按大壩尺寸算，該工程混凝土為大體積混凝土，但在該工程澆筑過程中，由于壩體鋼筋結(jié)構(gòu)密集復(fù)雜，異形腔較多，混凝土流動(dòng)性無法滿足順利通過鋼筋的要求，導(dǎo)致局部堆積，同時(shí)由于混凝土和易性能差，頻繁堵管，并且泵送后無法振搗，凝結(jié)快。

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27.2%，水泥膠砂3d抗壓強(qiáng)度27.6MPa，28d抗壓強(qiáng)度54.6MPa；試驗(yàn)粉煤灰為I級(jí)粉煤灰，細(xì)度5.1%，燒失量2.1%，需水量比93%；試驗(yàn)礦粉比表面積429m2/kg，膠砂7d活性指數(shù)85%，28d活性指數(shù)100%；試驗(yàn)硅灰需水量比115%，膠砂7d活性指數(shù)達(dá)106%；試驗(yàn)中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.5-2.6，含泥量1.6%，碎石5-16mm連續(xù)級(jí)配，含泥量0.8%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量19.2%，減水率22%；水為飲用水[2]。

3 大壩混凝土配合比設(shè)計(jì)

大壩混凝土要求混凝土和易性良好，混凝土不分層、不離析、不泌水，泵送過程無損失，易于振搗。針對(duì)項(xiàng)目存在的問題，調(diào)整體系砂率，優(yōu)化礦物摻合料搭配比例，降低黏度，提升混凝土整體和易性，施工過程無泵送損失。粉料總用量為520kg/m3，粉煤灰取代范圍0-20%，硅灰取代范圍0%-6.1%，礦粉取代范圍0%-30%，通過調(diào)整聚羧酸減水劑不同組分的搭配比例，達(dá)到調(diào)整混凝土和易性的目的。不同砂率混凝土配合比設(shè)計(jì)，見表1。

表1 不同砂率混凝土配合比設(shè)計(jì) kg/m3

由表1知，固定水泥用量不變，研究不同砂率對(duì)混凝土和易性的影響，當(dāng)砂率為45%時(shí)，達(dá)到最佳值，混凝土出機(jī)擴(kuò)展度610mm，1h擴(kuò)展度600mm，2h擴(kuò)展度605mm，整體黏度較大，倒筒時(shí)間4.9s，施工性能稍差。接下來將固定砂率研究不同礦物摻合料取代率對(duì)混凝土性能的影響。不同礦物摻合料取代率混凝土配合比，見表2。

表2 不同礦物摻合料取代率混凝土配合比 kg/m3

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 不同因素對(duì)大壩混凝土和易性的影響

對(duì)礦物摻合料中粉煤灰、硅灰、礦粉取代率對(duì)于混凝土擴(kuò)展度、倒筒時(shí)間等和易性關(guān)鍵指標(biāo)的影響進(jìn)行研究。不同因素對(duì)大壩混凝土擴(kuò)展度的影響，見圖1。

圖1 不同因素對(duì)大壩混凝土擴(kuò)展度的影響

研究結(jié)果表明，粉煤灰、硅灰對(duì)于改善混凝土擴(kuò)展度具有積極作用，礦粉基本無作用。隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢(shì)，由于粉煤灰本身的球形顆粒，發(fā)揮滾珠效應(yīng)；隨著硅灰摻量的增加，混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，但單一使用硅灰改善效果并不顯著；隨著礦粉摻量的增加，混凝土擴(kuò)展度并未有顯著改善，表明礦粉對(duì)提升擴(kuò)展度無作用。當(dāng)粉煤灰摻量為30%時(shí)，當(dāng)硅灰摻量為3.8%時(shí)，混凝土整體黏度下降明顯，倒筒時(shí)間明顯降低，為3.3s[3]。

4.2 不同因素對(duì)大壩混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

對(duì)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)度的影響進(jìn)行研究?；炷敛煌g期抗壓強(qiáng)度，見圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

由圖2知，礦物摻合料對(duì)于改善不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度具有積極作用。硅灰由于活性高，參與早期水化，提供早期強(qiáng)度；礦粉、粉煤灰水化時(shí)間較慢，主要提供中后期強(qiáng)度。當(dāng)粉煤灰摻量為30%時(shí)，當(dāng)硅灰摻量為3.8%時(shí)，礦粉摻量為20%時(shí)，混凝土各個(gè)齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到最佳值，3d抗壓強(qiáng)度24.8MPa，7d抗壓強(qiáng)度40.1MPa，28d抗壓強(qiáng)度55.9MPa，60d抗壓強(qiáng)度61.9MPa。

4.3 大壩混凝土水化熱研究

開展混凝土內(nèi)部水化溫升變化規(guī)律模擬實(shí)驗(yàn)，提供理論依據(jù)，避免由于局部溫升過高導(dǎo)致的裂縫出現(xiàn)。選取部位點(diǎn)溫差測(cè)試結(jié)果，見圖3。

圖3 選取部位點(diǎn)溫差測(cè)試結(jié)果

由監(jiān)測(cè)結(jié)果知，選取部位點(diǎn)在不同齡期均可以保持較好的溫差，礦物摻合料的合理搭配可以有效避免內(nèi)部局部溫度過高導(dǎo)致的溫度應(yīng)力，防止溫度裂縫的形成。通過監(jiān)測(cè)，優(yōu)化配合比良好，滿足施工要求[4]。

5 結(jié) 論

1)礦物摻合料中粉煤灰、硅灰對(duì)于混凝土和易性改善具有重要作用。粉煤灰的加入，流動(dòng)度呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢(shì)，黏度呈現(xiàn)先下降后不變的趨勢(shì)。當(dāng)粉煤灰摻量30%、硅灰摻量3.8%時(shí)，混凝土流動(dòng)性、黏度基本達(dá)到最優(yōu)值。

2)礦物摻合料中礦粉、粉煤灰對(duì)改善混凝土中后期強(qiáng)度具有重要作用。由于發(fā)生二次水化反應(yīng)，因此，可顯著改善混凝土中期抗壓強(qiáng)度，密實(shí)整體結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)V粉摻量達(dá)到20%、粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，混凝土28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)值。

3)開展模擬實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部水化溫升情況，通過對(duì)選取點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，模擬實(shí)體情況?；诒O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，水化過程中較好的控制溫差變化，有效避免局部溫升過快。優(yōu)選后確定礦物摻合料最佳搭配比例為：粉煤灰摻量30%、硅灰摻量3.8%、礦粉摻量20%。