邵建新

(浙江省第一水电建设集团股份有限公司，杭州 310051)

0 引 言

高性能混凝土在施工过程中要求混凝土具有良好的流动性、黏聚性、保水性，可顺利通过复杂密集钢筋及异形结构，不出现石头堆积情况。高性能混凝土施工过程中容易出现混凝土和易性差导致的堵管、温度裂缝等质量问题，重点在于原材料选取及配合比设计，同时对于坝体等大体积混凝土，内部温升很容易>95℃，严重影响结构的安全性。优质粉煤灰、矿粉可以显著降低体系水化放热量，有效推迟最大放热峰出现时间，平稳水化，避免剧烈温升，同时改善配合比设计，优化材料比例，针对工程存在的基本性能较差、温度裂缝等问题，通过测试流动度、倒筒时间、收缩率等关键指标，对高性能混凝土基本性能开展研究[1]。

1 工程概况

某大坝为混凝土重力坝，坝顶长度为499.8m，坝高最高为65.9m，相应的挡水位为58.8m，按大坝尺寸算，该工程混凝土为大体积混凝土，由于坝体钢筋结构密集复杂，异形腔较多，混凝土基本性能较差，辅助振捣仍无法通过钢筋，石头堆积情况严重；另外，混凝土内部实测温度过高，形成局部温度裂缝。

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27.6%，3d抗压强度27.9MPa，28d抗压强度51.9MPa；试验粉煤灰为I级粉煤灰，细度4.9%，烧失量1.8%，需水量比93%；试验矿渣比表面积414m2/kg，7d活性指数85%，28d活性指数102%；试验硅灰需水量比119%，7d活性指数达110%；试验中粗河砂，细度模数2.7，含泥量1.9%，碎石5-16mm连续级配，含泥量0.6%；外加剂为聚羧酸高效外加剂，固含量18.6%，减水率20%；水为饮用水[2-3]。

3 高性能混凝土配合比设计

胶凝材料用量为540kg/m3，粉煤灰取代范围0-20%，硅灰取代范围0%-6.1%，矿粉取代范围0%-30%，通过调整聚羧酸减水剂不同组分的搭配比例，达到调整混凝土和易性的目的，混凝土配合比，见表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 实验结果分析

4.1 不同因素对高性能混凝土基本性能的影响

针对项目施工过程中出现的基本性能差、无法通过钢筋以及温度裂缝等质量问题，研究不同矿物掺合料取代率对于混凝土流动度、倒筒时间等关键指标的影响。不同因素对高性能混凝土流动性能的影响，见图1。

图1 不同因素对高性能混凝土流动性能的影响

由图1可知：①粉煤灰对于混凝土基本性能改善具有积极作用，随着粉煤灰掺量的不断增加，混凝土流动性能呈现先增加后基本不变的趋势，主要由于粉煤灰的球形颗粒，产生滚珠效应，表明粉煤灰超过最佳值，滚珠效应不占主要作用；②硅灰对于混凝土黏聚性能具有重要作用，随着硅灰掺量的增加，混凝土黏聚性逐渐优异，混凝土扩展度呈现逐渐增加的趋势，但单一使用硅灰改善效果并不显著；③随着矿渣掺量的增加，混凝土扩展度并未有显著改善，表明矿渣掺入并未对和易性有贡献。当粉煤灰掺量为20%时，当硅灰掺量为3.6%时，为4.2s，混凝土流动性好，黏聚性好，保水性好，混凝土整体黏度小，倒筒时间适中，泵送阻力小，泵送性能优异，有利于施工。

4.2 不同因素对高性能混凝土抗压强度的影响

研究矿物掺合料中不同取代率对于混凝土不同龄期抗压强度的影响，混凝土不同龄期抗压强度，见图2。

图2 混凝土不同龄期抗压强度

由图2可知：不同矿物掺合料对于不同龄期的抗压强度影响也不相同，硅灰主要提供早期(3d、7d)强度，矿渣提供中期(28d)强度，粉煤灰提供后期(60d)强度，主要由于不同矿物掺合料水化速率不同，形成互补。硅灰对于混凝土早期强度贡献较大，但取代率上升后，混凝土黏度增加，主要由于硅灰需水比较大，因此不宜多加；随着矿渣掺量的不断增加，混凝土中期强度呈现先增加后基本不变的趋势；当掺量>20%时，中龄期强度增长幅度不大；随着粉煤灰掺量的不断增加，混凝土60d抗压强度呈现先增加后不变的趋势，当掺量超过20%时，长龄期强度增长幅度不大[4]。

4.3 高性能混凝土收缩性能研究

研究模拟混凝土内部水化温升变化规律，提供理论依据，避免由于局部温升过高导致的裂缝出现。对试块开展收缩试验，确定最佳配合比。混凝土收缩试验测试结果，见图3。

图3 混凝土收缩试验测试结果

选取3个配合比开展收缩试验。由图可知，配比2(SP45010)的21d收缩率<配比1(编号为SP45001)，配比3(编号为SP45012)的21d收缩率<配比2(编号为SP45012)，因此，配比编号为SP45012的混凝土收缩率最小，21d收缩率较7d收缩率涨幅不大，为2.9×10-4，表明配合比编号SP45012的混凝土体积稳定性较好。主要由于随着粉煤灰、矿渣不断取代水泥，而矿渣发生二次水化反应时间明显滞后，体系水化匀速进行，水化放热平稳，规避内部温升急剧升高的问题，反馈到实体结构，即实体表面平整，无温升导致的温度裂缝出现[5]。

5 结 论

1)优质粉煤灰、硅灰的引入，对于改善混凝土和易性具有重要作用。混凝土流动度、黏度均得到显著改善。由于粉煤灰持续进行二次水化，因此可提供长龄期60d及以上抗压强度，当粉煤灰掺量20%、硅灰掺量3.6%时，混凝土流动性、黏度及长期强度基本达到最优值。

2)矿粉对于改善混凝土中期强度具有重要作用。矿粉的引入显著改善混凝土中期抗压强度，当矿渣掺量达到20%时，混凝土28d抗压强度达到最优值。

3)通过对混凝土开展收缩性能试验，模拟不同矿物掺合料搭配比例的收缩性能变化过程。通过收缩试验结果，优选后确定矿物掺合料最佳搭配比例为：粉煤灰掺量20%、硅灰掺量3.6%、矿渣掺量20%。