礦物摻合料對(duì)鄭集河地涵除險(xiǎn)加固工程大體積混凝土性能的影響

崔澤思

(新賓滿族自治縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 撫順 113200)

0 引 言

在水利工程項(xiàng)目中，經(jīng)常會(huì)涉及到大體積混凝土，大體積混凝土容易出現(xiàn)內(nèi)部升溫過快導(dǎo)致的開裂，影響結(jié)構(gòu)的使用安全性[1-2]。大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)過程中最主要的技術(shù)手段就是降低膠凝材料水化熱，在不影響整體抗壓強(qiáng)度的同時(shí)盡可能降低水化放熱。改善水化熱最直接的措施就是摻入低熱膠凝材料，即摻入礦物摻合料。大體積混凝土在施工過程中要求混凝土具有良好的和易性能，易于施工，不出現(xiàn)和易性能導(dǎo)致的堵管問題，出泵混凝土流動(dòng)性能佳，易于填充，振搗后基本無浮漿。同時(shí)大體積混凝土也要求混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，甚至達(dá)到更高的強(qiáng)度值[3]。優(yōu)質(zhì)礦物摻合料對(duì)于改善體系水化放熱量具有重要作用，有效防止混凝土內(nèi)部溫度上升過快,避免裂縫得出現(xiàn)[4-5]。

1 工程概況

徐州市銅山區(qū)鄭集河地涵除險(xiǎn)加固工程，位于銅山區(qū)沿湖街道辦事處境內(nèi)。工程主要任務(wù)是通過對(duì)鄭集河地涵進(jìn)行拆除重建(西涵洞拆除，在東涵洞處拆除重建)，消除工程安全隱患，滿足順堤河上游區(qū)間254km2排水要求，使順堤河排澇能力達(dá)到10a一遇，解決兩岸農(nóng)田灌溉用水和排澇問題；在下級(jí)湖水位較低，鄭集河引下級(jí)湖水困難的時(shí)期，通過鄭集河地涵天窗引不牢河水源至鄭集河，滿足鄭集河引水要求。新建地涵由上游控制段、洞身、鄭集河引水段、下游檢修段及上下游連接段組成，涵洞總長186.3m，與鄭集河堤防呈垂直布置。按照結(jié)構(gòu)尺寸屬大體積混凝土，由于涵洞內(nèi)布置的鋼筋密集，對(duì)于混凝土的流動(dòng)性能、間隙通過性能、自密實(shí)性能提出了嚴(yán)格的要求。而在項(xiàng)目施工過程中，混凝土施工性能差，間隙通過性能差，局部甚至出現(xiàn)石頭嚴(yán)重堆積的情況；另外，混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)部分點(diǎn)位抗壓強(qiáng)度較低，形成結(jié)構(gòu)隱患。

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)水泥為P·O42.5級(jí)水泥，測試標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量27.1%，膠砂3d抗壓強(qiáng)度28.0MPa，28d抗壓強(qiáng)度53.1MPa；試驗(yàn)粉煤灰為I級(jí)粉煤灰，細(xì)度5.2%，燒失量1.3%，需水量比94；試驗(yàn)礦粉比表面積426m2/kg，膠砂7d活性指數(shù)85%，28d活性指數(shù)104%；試驗(yàn)硅灰需水量比121%，膠砂7d活性指數(shù)達(dá)119%；試驗(yàn)中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量1.8%，碎石5-16mm連續(xù)級(jí)配，含泥量0.7%；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量21.1%，減水率20%；水為飲用水。

3 大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)

分析膠凝材料總量及不同礦物摻合料搭配比例對(duì)混凝土性能的影響。膠凝材料用量初步確定為500-520kg/m3，粉煤灰取代范圍0-35%，硅灰取代范圍0-5.0%，礦粉取代范圍0-25%，調(diào)整聚羧酸減水劑不同組分的搭配比例和用量，調(diào)整混凝土和易性，具體配合比如表1所示。

表1 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)大體積混凝土基本性能的影響

研究不同不同膠凝材料用量及不同礦物摻合料取代率對(duì)于混凝土擴(kuò)展度、倒筒時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)的影響，具體測試結(jié)果見表2。不同因素對(duì)大體積混凝土流動(dòng)性能的影響如圖1所示。

表2 混凝土性能測試

圖1 不同因素對(duì)大體積混凝土流動(dòng)性能的影響

礦物摻合料對(duì)于改善混凝土和易性及黏聚性具有積極作用。隨著粉煤灰摻量的不斷增加，混凝土流動(dòng)性能呈現(xiàn)先增加后基本不變的趨勢，主要由于粉煤灰的滾珠效應(yīng)，整體降低了顆粒間的摩擦阻力；隨著硅灰摻量的增加，混凝土黏聚性不斷提升，混凝土擴(kuò)展度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，主要由于硅灰的球形顆粒作用，但硅灰加入較多后，其高需水比導(dǎo)致混凝土整體黏度較大，不利于施工；礦粉對(duì)于混凝土擴(kuò)展度并未有顯著改善。當(dāng)膠凝材料用量為520kg/m3，粉煤灰摻量為25%時(shí)，當(dāng)硅灰摻量為2.9%時(shí)，較膠凝材料用量為500kg/m3體系混凝土流動(dòng)性好，黏聚性好，倒筒時(shí)間3.4s，整體黏度低，松軟，易于施工。

4.2 不同因素對(duì)大體積混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

研究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，具體測試結(jié)果見圖2。

圖2 混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

由圖可知，膠凝材料用量為500kg/m3時(shí)，混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度與膠凝材料用量為540kg/m3體系并沒有顯著區(qū)別。不同礦物摻合料種類及搭配比例對(duì)于不同齡期的抗壓強(qiáng)度影響也不相同，硅灰活性較高，水化快，主要提供早期強(qiáng)度，礦粉與粉煤灰需要堿性條件激發(fā)，主要提供中期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度。當(dāng)膠凝材料用量為520kg/m3，粉煤灰摻量為25%，硅灰摻量為2.9%，礦粉摻量為15%時(shí)，混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到最佳值，3d抗壓強(qiáng)度為30.7MPa，7d抗壓強(qiáng)度為46.0MPa，28d抗壓強(qiáng)度為60.6MPa，60d抗壓強(qiáng)度為70.1MPa。

4.3 大體積混凝土模擬應(yīng)力監(jiān)測研究

研究模擬混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)中膠凝材料用量及相應(yīng)搭配比例下不同監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力變化情況。監(jiān)測優(yōu)選配合比水化放熱的合理性。實(shí)體監(jiān)測點(diǎn)14d、28d應(yīng)力監(jiān)測情況如圖3所示。

(a)各監(jiān)測點(diǎn) (b)各監(jiān)測點(diǎn)

測試結(jié)果中14d有3個(gè)點(diǎn)高于劈裂抗拉強(qiáng)度，存在一定的開裂風(fēng)險(xiǎn)，但風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低；28d只有3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力高于劈裂抗拉強(qiáng)度，開裂風(fēng)險(xiǎn)極低，說明優(yōu)選后的礦物摻合料比例有效降低了水化放熱量，體系內(nèi)部未出現(xiàn)劇烈放熱導(dǎo)致的局部溫升過高的問題。

5 結(jié) 論

1)優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰可提升混凝土和易性。降低黏度。當(dāng)粉煤灰摻量25%、硅灰摻量2.9%時(shí)，混凝土流動(dòng)性、黏度及長期強(qiáng)度基本達(dá)到最優(yōu)值。

2)優(yōu)質(zhì)礦粉可提升混凝土中期(28d)抗壓強(qiáng)度。當(dāng)?shù)V粉摻量達(dá)到15%時(shí)，混凝土28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)值。

3)應(yīng)力監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土28d齡期下，各點(diǎn)應(yīng)力基本未超過劈裂抗拉強(qiáng)度，表明基本無開裂風(fēng)險(xiǎn)。因此，通過優(yōu)選后確定總膠凝材料用量及礦物摻合料最佳搭配比例為：膠凝材料用量為520kg/m3，粉煤灰摻量25%、硅灰摻量2.9%、礦粉摻量15%。