某水電站項目高性能混凝土勻質(zhì)性關(guān)鍵配制技術(shù)研究

秦 偉

（洛陽水利工程局有限公司，河南 洛陽 471000）

0 引言

高性能混凝土已經(jīng)廣泛應(yīng)用超高層泵送、大跨度長距離建筑以及大型水利水電項目當中，施工性能、后期耐久性能有保障。在水利工程項目應(yīng)用過程中，高性能混凝土具有高膠凝材料用量、低水膠比以及礦物摻合料摻量高等特點，對于勻質(zhì)性能、施工性能、后期耐久性能具有明顯改善作用。高性能混凝土施工過程中要求混凝土具有良好的和易性能，同時良好的自密實性能及間隙通過率必不可少，針對密集鋼筋以及多腔異形等特殊結(jié)構(gòu)，仍可順利施工。針對存在的混凝土流動性能不佳、粘度過高、泵送艱難等問題，重新開展混凝土配合比設(shè)計，對混凝土原材料比例進行優(yōu)化，探索最佳礦物摻合料取代率，針對工程施工過程中存在的問題，通過對混凝土擴展度、倒筒時間等關(guān)鍵指標進行測試，研究混凝土勻質(zhì)性影響因素。

1 工程概況

某水電站大壩為混凝土重力壩，壩頂長度為531.6 m，壩高最高為67.3 m，相應(yīng)的擋水位為60.5 m，按大壩尺寸算，該水電站混凝土為大體積混凝土，除了考慮不同因素對混凝土和易性能的影響，還應(yīng)考慮大體積混凝土水化放熱等溫升問題，要求混凝土施工過程中具有良好的流動性、粘聚性、保水性。但項目施工過程中，混凝土流動性能差，混凝土偏粘偏硬，泵送阻力大，且出泵混凝土有擴展度損失，嚴重影響施工效率，影響到結(jié)構(gòu)的使用。

2 試驗原材料

試驗水泥為P·O42.5級水泥，測試標準稠度需水量27.2%，膠砂3 d抗壓強度27.7 MPa，28 d抗壓強度52.4 MPa；試驗粉煤灰，測試細度4.4%，燒失量1.3%，需水量比94%；試驗礦粉比表面積421 m2/kg，膠砂7 d活性指數(shù)84%，28 d活性指數(shù)101%；試驗硅灰需水量比117%，膠砂7 d活性指數(shù)達118%；試驗中粗河砂，細度模數(shù)2.5～2.6，含泥量2.2%，碎石5～16 mm連續(xù)級配，含泥量0.6%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量20.4%，減水率22%；水為自來水。

3 高性能混凝土配合比設(shè)計

高性能混凝土水膠比低、礦物摻合料摻量高，調(diào)整的重點應(yīng)在于混凝土流動度、粘聚性、保水性的調(diào)整。開展混凝土配合比設(shè)計，優(yōu)化原材料種類，確定礦物摻合料最佳取代率。粉料總用量為480～500 kg/m3，粉煤灰取代范圍 0～40%，硅灰取代率3.4%，礦粉取代范圍0～30%，具體配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 實驗結(jié)果分析

4.1 高性能混凝土和易性影響因素研究

針對項目出現(xiàn)的流動性差、偏粘偏硬等質(zhì)量問題，研究礦物摻合料中粉煤灰、硅灰、礦粉取代率等因素的綜合影響，測試混凝土流動度、倒筒時間等和易性指標，具體測試結(jié)果見表2。

表2 混凝土性能測試

圖1 不同因素對高性能混凝土流動性能的影響

流動性能影響因素方面，硅灰對于混凝土流動性能以及粘聚性改善具有提升作用，硅灰可提升混凝土的粘聚性，改善整體勻質(zhì)性；礦粉對于混凝土流動性能不起作用，也無法改善混凝土粘度；粉煤灰對于流動性及粘度改善具有提升作用，隨著粉煤灰摻量的不斷提升，混凝土擴展度呈現(xiàn)先增加后基本保持不變的趨勢，表明粉煤灰球形顆粒發(fā)生作用；當粉煤灰摻量為30%、硅灰摻量為2.1%時，混凝土整體粘度達到最佳，倒筒時間達到最低值，倒筒時間為3.6 s，混凝土松軟，性能良好。

4.2 高性能混凝土抗壓強度影響因素研究

研究粉煤灰、礦粉等礦物摻合料不同取代率對于混凝土不同齡期抗壓強度的影響，具體測試結(jié)果見圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強度

由圖2可知，礦物摻合料對于體系不同齡期抗壓強度的貢獻各有不同。其中早期抗壓強度主要為硅灰貢獻，主要由于硅灰屬于活性高的礦物摻合料，中后期抗壓強度主要為礦粉、粉煤灰貢獻，粉煤灰、礦粉需要激發(fā)發(fā)生反應(yīng)，形成致密水化產(chǎn)物；由于硅灰、粉煤灰、礦粉的水化速率不同，因此體系可以勻速進行水化反應(yīng)。隨著礦粉摻量增加，混凝土中期強度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢；當粉煤灰摻量為30%、礦粉摻量為20%時，混凝土28 d、60 d強度增長幅度基本保持最佳。28 d抗壓強度為52.3 MPa，60 d抗壓強度為57.7 MPa，28 d強度增長率為38.7%，60 d強度增長率為10.3%。

4.3 高性能混凝土水化溫升研究

針對實體結(jié)構(gòu)開展水化溫升模擬實驗，研究礦物摻合料取代率對體系水化放熱溫升性能的影響，降低由于內(nèi)部水化溫升過高導(dǎo)致的溫度裂縫出現(xiàn)，確定最佳礦物摻合料取代。

圖3 礦粉摻量30%時水化放熱模擬結(jié)果

通過水化放熱速率測試結(jié)果及模擬計算結(jié)果知，當?shù)V粉摻量達到30%時，水化放熱峰隨之降低，超過該取代率后，放熱速率雖然持續(xù)降低，但考慮到早期強度及耐久性等綜合因素的影響，確定礦粉摻量為30%，通過線性模擬計算，該體系可較好表征水化過程的不同反應(yīng)階段，規(guī)律大致相同，通過預(yù)埋點位開展實體內(nèi)部測溫，實體結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外部的溫差符合標準要求，拆模后并無出現(xiàn)裂縫等問題。

5 結(jié)論

（1）隨著粉煤灰、硅灰取代率的增加，混凝土流動度呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢，粘度呈現(xiàn)先下降后基本不變的趨勢。表明粉煤灰、硅灰有利于改善提升流動性能及粘聚性能。當粉煤灰摻量30%、硅灰摻量2.1%時，混凝土流動性、粘聚性達到最佳。

（2）隨著粉煤灰、礦粉取代率的不斷增加，混凝土中后齡期強度呈現(xiàn)先增大后基本不變或略微降低的趨勢。粉煤灰、礦粉對于混凝土中后齡期抗壓強度貢獻最大，當粉煤灰摻量達到30%、礦粉摻量達到30%時，混凝土中后齡期抗壓強度達到最優(yōu)值。

（3）開展實體結(jié)構(gòu)水化熱模擬實驗，通過優(yōu)化原材料比例，體系水化放熱速率顯著降低，反應(yīng)過程平穩(wěn)，最終選擇粉煤灰摻量30%、硅灰摻量2.1%、礦粉摻量30%。