寒冷地區(qū)水工混凝土摻大吸水率粗骨料的試驗研究

馮寶君

(葫蘆島市綏中縣水利建筑工程公司，遼寧 葫蘆島 125200)

混凝土是水利工程建設中最主要的建筑材料之一，骨料作為基本原材料占混凝土體積的70%以上，這也是組成混凝土的重要成分[1-2]。北方寒冷地區(qū)天然骨料吸水率(1.8-3.5%)一般超過《水工混凝土施工規(guī)范》中的規(guī)定：對于有侵蝕作用或抗凍要求的混凝土，骨料吸水率≤1.5%[3-5]。因此，針對天然骨料吸水率超標問題，文章設計了不同摻配比例的人工骨料與天然骨料混凝土，結合微觀結構特征、抗壓強度、抗?jié)B和抗凍性能提出滿足工程需求的混凝土配合比，并論證了寒冷地區(qū)水利工程大吸水率骨料應用的科學性和可行性。

1 試驗材料

1)水泥。試驗選用P·O 42.5級“渤海牌”普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢測水泥性能符合GB175-2017技術要求，水泥性能檢測表，見表1。

表1 水泥性能檢測表

2)粉煤灰。試驗選用大連恒翔生產(chǎn)Ⅱ級灰，經(jīng)檢測粉煤灰性能符合DL/T5055-2018Ⅱ級粉煤灰要求，粉煤灰性能檢測表，見表2。

表2 粉煤灰性能檢測表

3)粗、細骨料。本試驗選用天然砂作為細骨料，經(jīng)檢測其物理性能符合《水工混凝土施工規(guī)范》要求，細骨料性能檢測表，見表3。試驗按照不同比例將人工骨料和吸水率較高的料場天然骨料混合作為粗骨料，其物理性能，粗骨料性能檢測表，見表4。

表3 細骨料性能檢測表

表4 粗骨料性能檢測表

4)外加劑和水。試驗選用中鋁聚能MA高效引氣劑和科諾QW-10緩凝高效減水劑，試驗用水選擇飲用水。

2 試驗方案設計

2.1 技術要求

試驗配置C30F300W4常態(tài)混凝土，控制水膠比處于0.30-0.45之間，砂率處于32-35%之間，設計骨料級配0.5∶0.5，粉煤灰摻量25%，引氣劑產(chǎn)量0.012%，減水劑產(chǎn)量1.0%，混凝土強度為38.0MPa，考慮拌合物實際情況適當調整外加劑摻量，控制拌合物含氣量4.0-7.0%和塌落度7-9cm。

2.2 配合比設計

本試驗設計4種不同水膠比和4個粗骨料方案，配合比設計，見表5。通過測試不同試件的抗凍性能和抗壓強度，探討混凝土性能與骨料吸水率之間的關系。

表5 配合比設計

3 結果與分析

3.1 對混凝土強度的影響

試驗檢測水膠比為0.43、0.38、0.33四種骨料配比的混凝土7d和28d抗壓強度，抗壓強度檢測表，見表6。

表6 抗壓強度檢測表

由表6可知，在水膠比相同的條件下，人工骨料占比越大則混凝土強度越高，這是由于骨料吸水率越大則內部分布的缺陷或孔隙就越多，從而降低了混凝土強度；此外，達到飽和面干狀態(tài)時內部含缺陷或孔隙的骨料可能吸收相對較多的水分，在水化過程中這部分水分被釋放出來，并使得計算水膠比要低于實際水膠比，這也是導致混凝土強度差異的關鍵因素。

結合表6試驗數(shù)據(jù)，各水膠比下編號T、編號6T4S的28d抗壓強度均不滿足設計配置強度38.0MPa的要求。因此，本試驗重新設計、配置、成型、檢測編號T、6T4S、2T8S三種骨料方案混凝土，編號T-4、6T4S-4、6T4S-5、2T8S-4試件的水膠比分別為0.28、0.31、0.29、0.35，配置混凝土7d抗壓強度依次為29.1MPa、29.5MPa、32.0MPa、32.8MPa，28d抗壓強度依次為38.6MPa、38.8MPa、46.2MPa、39.5MPa，按照以上方案配置的混凝土狀態(tài)良好，其水膠比和28d抗壓強度均符合設計要求。

3.2 對混凝土抗凍性影響

凍融循環(huán)達到300次時各組試件的狀態(tài)良好，只有部分試件表面出現(xiàn)一定剝落，按設計方案配置的混凝土抗凍性和抗?jié)B性較好。研究認為，混凝土良好的界面結構決定了其優(yōu)異的抗?jié)B和抗凍性能，界面結構越密實則外部水分侵入內部的難度越大，宏觀上表現(xiàn)為混凝土的耐久性優(yōu)良[6]。

3.3 對微觀結構的影響

本試驗擬利用掃描電鏡觀測分析編號T-4、6T4S-4、2T8S-4、S-2試件的界面結構，對混凝土宏觀性能從微觀角度上進行分析。

結果顯示，編號2T8S-4、S-2試件具有均勻密實的界面結構，能夠清楚地觀測到針棒狀鈣礬石和水化硅酸鈣凝膠；編號T-4、6T4S-4試件也具有均勻密實的界面結構，但水化產(chǎn)物相對相對較少，這是由于凝膠材料比例較低或水化程度較差[7]。總體而言，混凝土界面結構受不同骨料摻配比例的影響無明顯差異，各組試件均具有均勻密實的界面結構，這在很大程度上決定了混凝土宏觀性能，主要表現(xiàn)為優(yōu)異的抗?jié)B、抗凍性能和較高的抗壓強度。

由于骨料內部存在相對較多的孔隙使得其吸水率較高，拌合成型過程中水泥漿體會滲入骨料內部，從而增強粗骨料與水泥砂漿的膠合效應，改善了結構整體性和界面密實性，因此抗凍性能得到加強。然而，骨料內部孔隙多會降低混凝土的抗壓強度和整體力學性能，抗壓強度逐漸替代抗凍等級成為高吸水率混凝土配置的主控指標[8-13]。

4 結 論

施工過程中要應用以上試驗研究成果，還要注意骨料清潔、加強骨料質量控制、實時掌握品質的變化。現(xiàn)有研究還較少涉及大吸水率骨料的普遍適用性問題，因此以上研究成果只適用于寒冷地區(qū)特定骨料，要揭示混凝土性能與吸水率之間的一般性規(guī)律仍需開展進一步深入研究。