袁学成

（东莞市福汇多建材有限公司，广东 东莞 523145）

0 前言

与薄壁结构相比，大体积混凝土不易散热，水化热易集聚，水化温升相对较高。而水泥水化反应除了与自身的矿物组成和比表面积相关外，水化温度也是一个重要影响因素。大体积混凝土水化放热集聚的特性，又会加速水泥水化，使得放热更加集中，二者之间恶性循环，最终导致大体积混凝土中心温度不断升高，而中心温度与边缘温度之差也不断增加，温度应力诱发的开裂风险也就增大。大掺量矿物掺合料可以等效替代水泥，减少放热源，又可减少单方用水量、改善混凝土耐久性。膨胀剂水化反应可以增强混凝土的补偿收缩能力，已成功应用于大体积混凝土温度控制。本文采用复掺矿渣、粉煤灰和膨胀剂制备 C40 大体积混凝土，利用它们之间的叠加协同效应，提高大体积混凝土的抗温度开裂能力。

1 试验

1.1 原材料

水泥：P·O42.5 普通硅酸盐水泥，SO3含量 2.48%，碱含量 0.72%，Cl-含量 0.72%，比表面积 324m2/kg，其物理性能见表1。

表1 水泥物理性能

矿粉：S95 级，密度 2.85g/cm3，含水率 0.1%，烧失量 0.38%，SO3含量 0.04%，Cl-含量 0.005%，比表面积 410m2/kg，流动度比 100%，28d 活性指数 95%。

粉煤灰：Ⅰ级 F 类，45µm 方孔筛筛余 4.0%，需水量比 95%，SO3含量 0.81%，游离 CaO 含量 0.92%，含水量 0.2%。

膨胀剂：性能符合 GB 23439—2009《混凝土膨胀剂》的Ⅱ型混凝土膨胀剂，水中 7d 限制膨胀率0.064%，空气中 21d 限制膨胀率 0.016%，其膨胀性能见图1。

砂：河砂，细度模数 2.4，含泥量 0.8%，泥块含量0.1%，碱活性 0.09%。

石：5～20mm 连续级配碎石，针片状含量 3%，压碎值指标 9.0%，碱活性 0.01%。

减水剂：聚羧酸减水剂，减水率 38%，常压泌水率比 17%，含气量 2.7%，7d 抗压强度比为 181%、28d 抗压强度比为 176%。

图1 膨胀剂膨胀性能

1.2 试验方法

C40P10 大体积混凝土的胶凝材料用量分别设计为400kg/m3、420kg/m3和 380kg/m3，配合比见表2。依据表2 拌制混凝土，依据 GB 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对新拌混凝土进行出机坍落度、容重和 2h 经时损失测量。依据 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对硬化混凝土分别进行抗压强度测试，依据 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对硬化混凝土进行电通量、抗渗性测试，依据 GB/T 23439—2009《混凝土膨胀剂》对硬化混凝土进行限制膨胀率测试。

表2 混凝土配合比 kg/m3

2 结果与分析

2.1 新拌混凝土性能

综合考虑混凝土工作性能、力学性能和耐久性能，C40P10 大体积混凝土的坍落度设计为 (180±20)mm。新拌混凝土的工作性能测试结果见表3。

表3 新拌混凝土性能试验记录

由表3 可知，3 个配合比的 C40P10 大体积混凝土拌合物工作性能良好，无泌水、不离析，浆体带着骨料流动。出机坍落度在 190～220mm，2h 后坍落度在160～175mm，混凝土容重在 2370～2380kg/m3，各项性能指标均符合设计和施工要求。此外，随着胶凝材料用量的增多，新拌混凝土的工作性得到改善。

2.2 抗压强度

依据 GB/T 50080—2002《普通混凝土配合比设计规程》，标准差 取 5.0，C40P10 大体积混凝土的配制强度不应小于48.2MPa。三个配合比的硬化混凝土抗压强度测试结果见表4 和图2。

表4 混凝土抗压强度测试

由表4 和图2 可知，三个配合比混凝土抗压强度持续增长，没有出现强度倒缩现象。3d 强度在 25.6～26.4MPa（约为 28d 强度的 46%～53%），7d 强度在32.7～36.3MPa（约为 28d 强度的 60%～70%），28d 强度在 48.4～57.3MPa。三个配合比 28d 抗压强度均达到了配制强度不低于 48.2MPa 的要求。并且，随着胶凝材料的增加，混凝土的抗压强度增长。

图2 混凝土强度增长率

2.3 电通量

与氯离子扩散系数类似，电通量[1]也是一种快速评价混凝土渗透性或密实性的有效手段。电通量法是在真空饱水处理过的试件两端施加 (60±0.1)V 直流电压下，测量通过 6h 流过混凝土试件的电量值。三个配比混凝土的 28d、56d 电通量测量结果见表5。由表5 可知，三个配比的 C40P10 大体积混凝土 28d 电通量值在最小值在 730C，最大值为 850C。56d 电通量最小值为493C，最大值为 622C。结果表明，混凝土电通量随着水灰比的减小而降低。混凝土中掺入粉煤灰和矿渣粉后，可有效改善混凝土孔结构，填充孔隙，减水有害孔，提高混凝土的密实性，降低渗透性[2-3]。此外，混凝土中掺入膨胀剂后，在约束作用下，膨胀剂生成的水化产物可进一步填充优化孔结构，提高混凝土抗渗性。

表5 硬化混凝土电通量值

2.4 抗渗性

混凝土试件水中养护至龄期后，取出进行混凝土抗渗性检测。采用蜡封试件，加压范围 0.1～1.2MPa，每隔 8h 加 0.1 MPa。三个配合比的 C40P10 大体积混凝土试件加压至 1.2MPa 时均未发生透水现象，抗渗等级都达到 P11。劈开试件后，试件渗水高度在 1.0～2.5cm。结果表明，三个配比混凝土的抗渗性能都非常好，这与混凝土电通量试验结果相吻合。

2.5 限制膨胀率

膨胀剂水化反应生成的膨胀性水化产物使得混凝土产生膨胀，在钢筋约束作用下，构成有效约束膨胀，从而可以补偿混凝土后期的收缩变形，提高混凝土的体积稳定性[4]。C40P10 大体积混凝土三个配合比的限制膨胀率测试结果见图3。

由图3 可知，三个配合比混凝土试件水中 14d 的限制膨胀率在 0.026%～0.031%，并且混凝土试件限制膨胀率随着胶凝材料用量的增加而下降。这是因为混凝土的限制膨胀率与强度增长相匹配，强度增长速率高，则混凝土受到的约束越大，相应的混凝土限制膨胀率就相应的小一些。此外，三个配合比混凝土试件在空气中28d 的限制膨胀率在 0.002%～0.011%。该结果表明，所有混凝土试件即使暴露在空气中依然处于膨胀状态，混凝土未发生收缩。这对于保证大体积混凝土的体积稳定性十分重要。

图3 C40P10 混凝土限制膨胀率

综合考虑新拌混凝土的工作性、硬化混凝土的抗压强度、电通量、抗渗性和限制膨胀率，C40P10 大体积混凝土的配合比采用胶凝材料 400kg/m3的 1# 配合比较为适宜。

3 结论

（1）复掺矿渣、粉煤灰和膨胀剂制备的 C40P10大体积混凝土工作性能良好，坍落度经时损失小，28d 抗压强度可达 52.0MPa，56d 电通量仅为 566C，混凝土抗渗等级达到 P11，水中 14d 限制膨胀率分别为0.029%，空气中 28d 限制膨胀率 0.007%，混凝土始终处于膨胀状态，体积稳定性好。

（2）矿渣、粉煤灰和膨胀剂叠加协同作用，填充孔隙，消除有害孔，优化孔结构，提高混凝土的密实性和抗渗性，从而减少外界有害离子的侵入，提高混凝土的耐久性。

[1]冯仲伟，谢永江，朱长华，等．混凝土电通量和氯离子扩散系数的若干问题研究[J]．混凝土，2007,10:7-11．

[2]张嘉新，董淑慧．粉煤灰对混凝土孔结构和抗渗性的影响[J]．低温建筑技术，2012,6:15-17．

[3]周胜波，申爱琴，冯云，等．基于细观孔结构特征探讨矿渣微粉对混凝土抗冻性能的影响[J]．混凝土，2012,10: 94-96+136．

[4]蔡才勤，唐玲．高性能混凝土在大体积混凝土工程中的应用[J]．混凝土，2001,9:25-27．