水利工程人工骨料堅固性對混凝土耐久性能影響分析

代玉華

(喀左縣農(nóng)村人畜飲水辦公室，遼寧 喀左 122300)

0 引 言

實踐表明，占混凝土總體積約50%的骨料力學性能在很大程度上決定了混凝土的抗凍、抗?jié)B、強度等性能[1-2]。目前，國內(nèi)學者比較側重于高強、再生或輕型等混凝土骨料的研究，對不符合規(guī)范要求的人工骨料及其拌制的混凝土性能研究較少[3]。遼東某跨流域長距離引水隧洞工程，以海相碎屑巖為主夾灰?guī)r爆破料場是末端襯砌混凝土僅有的可選料場，周邊無其他合適料場，對該料場人工骨料進行初步檢驗發(fā)現(xiàn)，除堅固性超標外其他指標均符合設計要求。為了確保建設工期以及最大程度的控制工程成本，文章結合實際情況專題研究了混凝土性能受人工骨料堅固性的影響。

關于骨料的堅固性，結合行業(yè)特點國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范給出了明確規(guī)定[4-6]，即粗、細骨料的最大允許值為10%和12%，骨料堅固性控制指標，見表1?？紤]到規(guī)范以天然骨料品質(zhì)特性為依據(jù)制定堅固性控制指標的初衷，對實際應用過程中人工骨料堅固性超標問題《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2015)允許“經(jīng)試驗論證可適當放寬”。

表1 骨料堅固性控制指標

1 原材料性能

1)水泥：試驗所用水泥為中抗硫酸鹽低堿水泥，其物理性能指標和主要化學成分檢驗結果均符合硅酸鹽水泥設計要求。

2)粉煤灰：試驗所用粉煤灰為Ⅰ級灰，其物理品質(zhì)檢驗結果和化學成分試驗結果符合Ⅰ級粉煤灰技術要求。

3)人工骨料：骨料場以海相碎屑巖為主夾灰?guī)r，人工骨料物理力學性能，見表2。

從表2可以看出，安山巖力學性能明顯劣于火山角礫巖。根據(jù)堅固性試驗結果初步擬定4個不同等級的區(qū)域，通過分級檢測骨料堅固性實現(xiàn)骨料篩選，骨料堅固性等級劃分，見表3。結果發(fā)現(xiàn)，除砂細度模數(shù)較規(guī)范允許值偏大外人工骨料(中石、小石、砂)的其他性能指標均符合《水工混凝土施工規(guī)范》要求[7]。

2 混凝土耐久性試驗

2.1 配合比設計

該跨流域長距離引水隧洞工程襯砌混凝土標號為W10F50C40，結合已劃分的4個骨料堅固性等級將混凝土試件分3批次制備，檢測分析混凝土含氣量、配合比參數(shù)、凝結時間及拌和物坍落度，襯砌混凝土配合比，見表4。

表2 人工骨料物理力學性能

表3 骨料堅固性等級劃分 %

表4 襯砌混凝土配合比

從表4可以看出，拌制的混凝土坍落度為185-225mm，控制用水量在152-160kg/m3之間，砂率為45%-47%，水膠比0.38-0.40，拌和物性能能夠達到設計要求，襯砌混凝土凝結時間、含氣量、坍落度、配合比參數(shù)受骨料堅固性的影響可忽略不計。

2.2 力學性能

隨齡期延長混凝土力學性能變化規(guī)律，軸拉、抗壓強度值，見表5。由表5可知C40襯砌混凝土的軸拉、抗壓強度受不同堅固性等級骨料的影響較低[8]。

表5 軸拉、抗壓強度值 MPa

2.3 耐久性能

1)抗凍性能?？箖鲂栽囼灣晒姳?。從表6可以看出，各堅固等級骨料拌制的襯砌混凝土抗凍性均達到F300。由于未摻引氣劑，隨時間凍融次數(shù)的增加第3批次試件的相對動彈性模量和質(zhì)量損失率變化明顯[9]。此外，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增大Ⅳ級堅固等級骨料拌制的混凝土相對動彈性模量明顯下降。

2)抗?jié)B性能。抗?jié)B試驗、抗硫酸鹽侵蝕、抗氯離子擴散檢測值，見表7。從表7可以看出，各堅固性等級骨料拌制的混凝土抗?jié)B性均>W10，混凝土抗?jié)B性受骨料堅固性變化的影響不明顯[10]。

3)氯離子擴散系數(shù)。氯離子擴散試驗所應用到的儀器為RCM測定儀，測試結果如表7。結果表明，各堅固等級骨料拌制的襯砌混凝土氯離子擴散系數(shù)處于2.76×10-12-7.80×10-12m2/s范圍，氯離子擴散系數(shù)在一定程度上受骨料堅固性的影響。

4)抗硫酸鹽侵蝕。采用標準規(guī)范推薦的方法測試第3批次28d齡期試件、前2批次56d齡期試件的抗硫酸鹽侵蝕耐久系數(shù)，如表7。由表7可知，前兩批次56d齡期的4組試件均達到KS150，抗硫酸鹽侵蝕耐久系數(shù)變化較??；第3批次28d齡期的4組試件能夠達到KS120。經(jīng)分析，由于拌制的第3批次混凝土未摻入引氣劑，其含氣量處于3.1%-3.6%之間，加之齡期只有28d，使其耐久系數(shù)明顯低于前2批次。結合試驗數(shù)據(jù)，混凝土養(yǎng)護齡期延長至56d并且摻加引氣劑，在不明顯降低混凝土質(zhì)量指標的同時能夠提高抗硫酸鹽侵蝕等級至KS150級。因此，混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能受骨料堅固性的影響可忽略不計[11-14]。

表6 抗凍性試驗成果 MPa

表7 抗?jié)B試驗、抗硫酸鹽侵蝕、抗氯離子擴散檢測值

3 結 語

經(jīng)檢測，人工破碎的粗、細骨料的堅固性值處于7.9%-24.6%和6.1%-14.5%之間，能夠用于C40襯砌混凝土的拌制。在該骨料堅固性波動范圍內(nèi)未對混凝土拌和物性能、配合比造成影響，對混凝土抗硫酸鹽侵蝕、抗?jié)B性、軸拉與抗壓強度影響不明顯，能夠輕微影響混凝土抗凍性、氯離子擴散系數(shù)。經(jīng)300次凍融循環(huán)，第Ⅳ級堅固性等級骨料配置的C40混凝土相對動彈性模量明顯下降。研究認為，在選擇受限的條件下，參照規(guī)范要求可以將人工破碎骨料堅固性指標適當放寬，經(jīng)試驗測試保證骨料質(zhì)量符合要求。