綦浩

（辽宁西北供水有限责任公司，辽宁沈阳110003）

0 引言

碾压混凝土在水利工程中应用范围较多，但在坝体施工过程易形成温度应力，产生温度裂缝，影响坝体使用寿命[1-3]。优化混凝土原材料配合比，探索矿物掺合料取代率，针对工程施工过程中存在的等问题，通过测试拌合物VC 值、含气量以及试块强度等关键指标，开展碾压混凝土性能研究[4，5]。

1 工程概况

某水利工程坝体浇筑混凝土方量合计32.15万m3，属大体积混凝土，但碾压混凝土与普通混凝土或者大流态混凝土不同之处在于砂浆含量较低，碾压施工难度大。在坝体碾压混凝土施工过程中出现密实性差，成型结构出现裂缝等问题，严重影响结构的安全性。

2 试验原材料

试验水泥为P·O42.5 级水泥，测试标准稠度需水量26.9%，初凝时间221 min，终凝时间283 min，3 d 抗压强度17.4 MPa，28 d 抗压强度46.2 MPa；试验微珠，细度4.9%，烧失量1.8%，需水量比92%；试验矿粉比表面积426 m2/kg，7 d 活性指数86%，28 d 活性指数102%；试验石粉砂，细度模数2.6～2.7，石粉含量15.7%，MB 值1.2，吸水率1.0%，碎石5～20 mm，20～40 mm，40～80 mm级配，含泥量0.1%～0.3%；外加剂为聚羧酸高效外加剂（引气缓凝型），固含量15.4%，减水率18.0%；水为饮用水。

3 碾压混凝土配合比设计

采用石粉砂搭配矿物掺合料的组合，通过优化混凝土原材料配合比，优化矿物掺合料替代率，并辅助调整砂率及混凝土含气量，改善碾压混凝土工作性能。微珠取代范围0～30%，矿渣取代范围0～50%，通过调整引气缓凝型聚羧酸外加剂不同组分的搭配比例，达到调整混凝土和易性的目的，试验混凝土C90258F100二级配，水胶比均为0.47，用水量均为90 kg/m3，具体配合比如表1所示。

4 实验结果分析

4.1 碾压混凝土工作性影响因素研究

碾压混凝土要求混凝土碾压后浆体饱满，浆体填充空隙性能好，同时合适的含量可以进一步提升浆体饱满量，有利于降低施工难度。研究矿物掺合料中微珠、矿渣取代率对于混凝土工作性、含气量等关键指标的影响，具体测试结果见表2。

研究结果表明，随着矿渣掺量的增加，混凝土VC 值并未有显著改善，表明矿渣掺入并未对和易性有贡献，主要由于矿渣属于磨细矿物掺合料，不具有球形颗粒，达不到润滑、降低摩擦力的目的。随着微珠掺量的增加，混凝土VC 值呈现先降低后基本不变的趋势，表明微珠超过最佳值，滚珠效应达到极限，混凝土工作性改善不明显；当微珠掺量为20%时，混凝土整体粘度下降明显，VC 值为2.3 s，碾压后浆体量饱满，结构填充密室，施工性能良好。通过石粉砂对应砂率调整发现，提高1%砂率，混凝土整体粘度有所改善，VC 值降低较为明显。不同因素对碾压混凝土工作性的影响见图1。

表1 C9025 混凝土配合比

表2 C9025 混凝土性能测试

4.2 碾压混凝土水化放热研究

图1 不同因素对碾压混凝土工作性的影响

混凝土内部温升过快，将会导致里外温差不同，形成温度应力，当应力集中到一定值，无法抵消时，将会导致局部破坏，形成温度裂缝。开展模拟实验，对混凝土内部水化温升变化规律进行同步模拟，通过掺入矿物掺合料，延缓水化放热速率，避免由于局部温升过高导致的温度裂缝出现。确定体系水化放热速率与水化放热量，模拟体系水化放热测试数据见图2。

图2 不同矿渣掺量水化放热测试及模拟结果

随着矿渣掺量不断增加，整体水化放热速率保持逐渐降低的态势。当掺量达到30%时，放热峰也随之降低，但降低幅度不再明显。从结果发现，整个体系诱导期放热速率并未出现显著变化。从加速期开始，随着矿渣取代率逐渐升高，矿渣与水泥水化产物发生二次水化反应的时间明显延缓，体系水化放热匀速进行，水化放热量不会出现短期聚集，规避混凝土内部温升形成温度应力，避免温度应力导致的裂缝出现，混凝土拆模效果良好，基本无龟裂。

5 结论

1）随着微珠掺量的增加，混凝土VC 值呈现先降低后基本不变的趋势，粘度呈现先下降后基本不变的趋势。由于微珠的滚珠效应具有上限值，掺量高并不能显著改善工作性，同时，由于微珠有效成分和水泥水化产物发生二次反应，因此微珠可贡献长龄期抗压强度，当微珠掺量为20%，混凝土VC 值为2.3 s，碾压后浆体量饱满，结构填充密实；由于矿渣需要碱性环境下激发发生二次反应，因此矿渣的掺入可以贡献混凝土中长龄期抗压强度。当矿渣掺量达到30%时，混凝土28 d 抗压强度为37.1 MPa，达到最优值。

2）开展水化热模拟实验，测定微珠、矿渣搭配比例对于水化放热速率的影响，主要降低水化放热速率，降低体系最大水化放热量，水化过程平稳匀速进行，避免急剧反应导致的温升过快，降低温度应力的不利影响。通过优化原材料比例，最终选择微珠掺量为20%，矿渣掺量为30%，体系水化放热达到最优。