PNC- 803添加劑對(duì)大壩面板混凝土性能影響的試驗(yàn)研究

楊明會(huì)

(喀左縣農(nóng)田建設(shè)管理中心，遼寧 喀左 122300)

1 研究背景

在混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，面板的質(zhì)量會(huì)對(duì)大壩的安全穩(wěn)定性和抗?jié)B性產(chǎn)生至關(guān)重要的影響[1]?；炷磷鳛槊姘宓闹饕牧?，其力學(xué)性能、抗?jié)B性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性是大壩長(zhǎng)期安全服役的重要基礎(chǔ)。因此，提高面板混凝土材料的性能是科研工作者的長(zhǎng)期追求目標(biāo)。一般來說，普通混凝土在硬化過程中會(huì)受到溫度、干濕變化以及荷載等多種因素的作用和影響，在內(nèi)部存在大量的微裂縫和毛細(xì)孔隙。這一缺陷會(huì)給水以及以水為載體的其他有害物質(zhì)的滲入提供了通道，進(jìn)而對(duì)混凝土性能，特別是耐久性造成嚴(yán)重的不利影響，降低混凝土的抗?jié)B性，縮短混凝土的使用壽命[2]。面對(duì)大壩混凝土面板特殊的服役條件，必須采取有效措施，提高混凝土的抗?jié)B性。在為數(shù)眾多的混凝土防滲措施中，水泥基滲透結(jié)晶型防水材料不僅可以作為防滲涂料，還可以作為添加劑使用，在提升混凝土抗?jié)B性能方面具有顯著的作用和價(jià)值[3]。近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)各種不同品牌水泥基滲透結(jié)晶型添加劑展開廣泛研究，并取得了諸多有價(jià)值的研究成果，為該添加劑的工程應(yīng)用提供了必要的支持[4]。PNC- 803是水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，由波蘭特水泥、特選石英砂以及多種活性化學(xué)物質(zhì)配置而成，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。此次研究通過室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討PNC- 803對(duì)大壩面板混凝土力學(xué)性能、滲透性和耐久性的影響，為其在水工混凝土領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供有益的支持和借鑒。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

此次試驗(yàn)使用的水泥為亞泰集團(tuán)哈爾濱水泥有限公司生產(chǎn)的天鵝牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其比表面積大于360m2/kg；初凝和終凝時(shí)間分別為195min和245min，28d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別為53.5MPa和8.5MPa；試驗(yàn)用粉煤灰為本溪市第一熱電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，其細(xì)度為9.22%，需水量為91%，燒失量為5.0%。

礦粉是高爐礦渣經(jīng)干燥研磨而成的微粉，作為摻合料取代部分水泥，它不僅可以降低工程成本，還可以改善混凝土的性能[5]。此次試驗(yàn)使用礦粉來自本溪新融礦粉廠，其樣本的比表面積為4633m2/kg，氯離子含量小于0.06%。

試驗(yàn)用細(xì)骨料為天然河沙，其細(xì)度模數(shù)為2.4，表觀密度為2.725g/cm3，含泥量為0.1%；試驗(yàn)用粗集料為人工石灰?guī)r碎石，粒徑范圍為4.5～22.5mm，級(jí)配良好，壓碎率為4.2%。

PNC- 803是一種無毒、無味、水泥灰色的環(huán)保產(chǎn)品，在添加進(jìn)混凝土之后，可以和混凝土中的水與氫氧化鈣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的結(jié)晶，達(dá)到封堵混凝土內(nèi)部毛細(xì)管和裂縫的目的，進(jìn)而提高混凝土抗?jié)B性和抗侵蝕能力[6]。試驗(yàn)用PNC- 803添加劑由美國(guó)PENETRON國(guó)際有限公司生產(chǎn)，其含水率為0.3%，減水率為3%，含氣量為0.5%，28d收縮比率為103%，7d和28d抗壓強(qiáng)度比分別為118%和111%。試驗(yàn)用減水劑為新疆宏力新型材料有限公司生產(chǎn)的聚羥酸高效減水劑，其減水率為14%，推薦摻量為0.2%；試驗(yàn)用水為試驗(yàn)地的普通自來水。

2.2 試塊制備

在試塊的制作過程中，先將細(xì)集料和粗集料加入攪拌機(jī)中攪拌30s，然后加入水泥、粉煤灰和礦粉繼續(xù)攪拌30s，最后加入水、減水劑和PNC- 803添加劑攪拌120s。將拌制完成的混凝土裝入相應(yīng)的試模中，然后放在振動(dòng)臺(tái)上振搗30s左右。在振搗過程中要注意時(shí)間的掌控，時(shí)間過短不利于提高密實(shí)度，過長(zhǎng)則會(huì)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，都不利于獲得科學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果[7]。將制作好的試件放在陰涼通風(fēng)處靜置24h拆模編號(hào)，然后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)規(guī)定齡期[8]。

2.3 試驗(yàn)方法

為了研究PNC- 803添加劑的不同摻量對(duì)面板混凝土性能的影響，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)和研究成果，確定0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%這6種不同的摻加比例進(jìn)行試驗(yàn)[9]?？箟簭?qiáng)度試驗(yàn)采用150mm×150mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)試件，試驗(yàn)設(shè)備為KN2000型液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)，在試驗(yàn)過程中按照0.3MPa/s的加載速率進(jìn)行試驗(yàn)直至試件破壞，并記錄好破壞荷載[10]?？?jié)B試驗(yàn)采用圓臺(tái)狀試件，其頂端和底端直徑分別為175mm和185mm，高度為150mm。試驗(yàn)采用的是天津市建儀試驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)的抗?jié)B儀。試塊的抗凍性采用150mm×150mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)試件，試驗(yàn)采用自動(dòng)循環(huán)凍融機(jī)，每次循環(huán)8h，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取不同凍融循環(huán)次數(shù)下的試件質(zhì)量損失率，并據(jù)此評(píng)價(jià)混凝土的抗凍性能[11]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 抗壓強(qiáng)度

對(duì)不同PNC- 803摻量水平，養(yǎng)護(hù)齡期分別為3、7和28d齡期試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，每組試驗(yàn)方案測(cè)試3個(gè)試塊，以其均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)試驗(yàn)中獲取的數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同試驗(yàn)方案的抗壓強(qiáng)度值，結(jié)果見表1。根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，繪制出如圖1所示的不同齡期條件下混凝土的抗壓強(qiáng)度隨PNC- 803摻量的變化曲線。結(jié)合表1和圖1可以看出，不摻加PNC- 803的普通混凝土在各個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度均可以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，具有一定的對(duì)照意義。從試驗(yàn)結(jié)果來看，在普通混凝土中摻加PNC- 803添加劑可以顯著提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。從具體的變化趨勢(shì)來看，在各個(gè)齡期下，混凝土的抗壓強(qiáng)度均隨著PNC- 803添加劑摻量的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的變化特點(diǎn)。當(dāng)摻量小于0.9%時(shí)，混凝土強(qiáng)度呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，當(dāng)摻量大于0.9%時(shí)，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。究其原因，當(dāng)混凝土中摻入少量PNC- 803添加劑時(shí)，其結(jié)晶物會(huì)填充混凝土中的孔隙和微裂縫，有助于提升混凝土的密實(shí)度，但是過量摻入會(huì)由于結(jié)晶物的微膨脹作用產(chǎn)生輕微和細(xì)小孔隙，影響其密實(shí)度，因此抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的變化特點(diǎn)?？傊?，從抗壓強(qiáng)度來看，摻加量以0.9%為宜。

表1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖1 抗壓強(qiáng)度隨PNC- 803摻量變化曲線

3.2 抗?jié)B性

研究中對(duì)不同PNC- 803摻量方案下試件進(jìn)行抗?jié)B性試驗(yàn)，每組試驗(yàn)測(cè)試六個(gè)試件，以其均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果，其具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出如圖2所示的滲水高度隨PNC- 803摻量的變化曲線。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在摻加PNC- 803添加劑的情況下，混凝土試件的滲水高度明顯減小，說明摻加PNC- 803添加劑可以有效提升大壩面板混凝土的抗?jié)B性，其原因和抗壓強(qiáng)度類似，這里不再敷述。從圖2的變化曲線來看，混凝土試件的滲水高度隨著PNC- 803添加劑摻量的增加呈現(xiàn)出先減小后增加的變化趨勢(shì)，當(dāng)摻量為0.9%時(shí)，滲水高度最小。由此可見，在面板混凝土中摻加0.9%的PNC- 803添加劑可以獲得最佳抗?jié)B效果。

表2 混凝土試件滲水高度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 滲水高度隨PNC- 803摻量變化曲線

3.3 抗凍性

由于北方寒區(qū)大壩面板會(huì)受到冬春季凍融循環(huán)的嚴(yán)重影響，因此抗凍融性能也是影響面板混凝土耐久性的重要指標(biāo)?；诖耍芯恐袑?duì)不同PNC- 803摻量的面板混凝土試件進(jìn)行凍融試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算獲取20、40、60次凍融循環(huán)條件下試件的質(zhì)量損失率，結(jié)果見表3。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，繪制出如圖3所示的質(zhì)量損失率隨PNC- 803摻量變化曲線。由圖可知，摻加PNC- 803方案下的混凝土質(zhì)量損失率明顯偏小，說明在面板混凝土中摻入PNC- 803添加劑可以降低面板混凝土的凍融破壞，提高北方寒區(qū)凍融循環(huán)作用下的面板耐久性。從圖3可以看出，試件的質(zhì)量損失率隨著PNC- 803摻量的增加呈現(xiàn)出先減小后增大的變化特征，當(dāng)摻量水平為0.9%時(shí)的質(zhì)量損失率最小，為最佳摻量。

表3 質(zhì)量損失率試驗(yàn)結(jié)果

圖3 質(zhì)量損失率隨PNC- 803摻量變化曲線

4 結(jié)論

此次研究通過室內(nèi)試驗(yàn)的方式探討了PNC- 803添加劑對(duì)大壩面板混凝土性能影響，獲得的主要結(jié)論如下：

(1)在面板混凝土中摻加PNC- 803添加劑可以有效提升抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

(2)當(dāng)摻加量小于0.9%時(shí)，增加PNC- 803摻加量可以明顯提升混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性，當(dāng)摻加量大于0.9%時(shí)，反而不利于混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性的提升。

(3)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建議在工程施工中摻加0.9%的PNC- 803添加劑。