双掺技术对薄壁混凝土性能改观研究

□何 翀 □孟 玥 □邹纪明

1 概述

薄壁混凝土属于素混凝土结构（Plain Concrete Structure），不具有承重结构的能力。薄壁混凝土与水闸、混凝土大坝、水槽、灌溉水渠同属于水工混凝土结构。薄壁混凝土由于其自身覆盖面积大、耐用性高、成本低的特点，在水工混凝土中被大量使用。尤其在南水北调工程这样关乎北京、天津、华北地区人民生活用水、农业用水、工业用水等民生大计的大型工程中，薄壁混凝土所承担的责任更为重大。

2 薄壁混凝土实验用材

实验所用的材料是河南省新乡孟电水泥厂生产的孟电牌P.O42.5级水泥，南阳鸭河口电厂生产的II级粉煤灰；山西黄腾化工有限公司生产的UNF-A高浓萘系高效减水剂和HT-YF引气剂；骨料为荥阳福存石料厂生产的5~20mm，20~40mm碎石及机制砂。

3 薄壁混凝土配合比设计

混凝土配合比的设计与试拌，主要进行了水灰比的确定、粉煤灰掺量的选择及砂率的确定。砂率的调整从40%开始，以1%的增幅增大砂率至45%，得到和易性最优的混凝土拌和物，确定砂率。对不同粉煤灰掺量、不同水灰比时混凝土配合比进行优化，在此基础上绘制了强度-水灰比曲线，最终确定混凝土配合比。根据实验结果得出最终的配合比见表1。

4 薄壁混凝土拌和物性能

根据表1确定的最终配合比进行混凝土的拌和实验，得出结论：掺入25%粉煤灰的混凝土凝结时间几乎一致。3个配合比的和易性以KF最佳，KFP次之，KB的略有离析。另外还做了保持静置状态下混凝土拌合和物的坍落度与含气量经时损失实验，具体结果见表2。

表1 最终确定的混凝土配合比表

表2 静置状态下的混凝土拌和物的坍落度和含气量经时损失状况表

根据上述结果分析，单掺粉煤灰和双掺粉煤灰、膨胀剂对于混凝土坍落度的改变并不大，坍落度损失十分接近；但是单掺粉煤灰和双掺粉煤灰、膨胀剂对于混凝土含气量的保持非常有效，两种掺加方法在90min后的含气量保持均有十分良好的效果。

5 混凝土的物理性能

5.1 混凝土的干缩

有研究表明干燥收缩也称干缩，是指混凝土在停止养护后，在不饱和空气中失去内部孔洞的吸附水而发生的不可逆收缩，它不同于自生收缩干湿交替引起的可逆收缩。在混凝土成型后，随着水泥水化程度的深化，内部相对水化产生了混凝土内部的自干燥，从而在混凝土内部造成了缺陷，由于其材料本身的脆性作用引起混凝土内部结构的应力重新分布，从而表现成宏观的干燥收缩。

粉煤灰引入混凝土后，由于早期参与水化反应水泥数量的减少，混凝土的早期收缩会有所减少，长龄期的收缩数位则与普通混凝土相近。

对不同配合比的混凝土根据《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）进行干缩试验，根据结果分析可知，不同配合比的混凝土的干缩值中以KB最大，KFP最小。不同时期，掺入粉煤灰后混凝土对于未掺入粉煤灰的混凝土来说，干缩值明显下降。但是对于掺入了粉煤灰和膨胀剂与掺入了粉煤灰没有掺入膨胀剂的混凝土来说，干缩值变化不明显。也就说明了掺入粉煤灰对混凝土的干缩值的控制有贡献，对混凝土的抗裂性能有一定的提高作用。而膨胀剂则无明显作用。

5.2 混凝土的力学性能

根据《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）的要求，进行了各配合比抗压强度、弹性模量、轴心抗压强度、抗拉强度、极限拉伸等物理力学性能试验，试验结果见表3。

表3 混凝土的物理力学性能表

通过试验结果可知，在7d时期，KB、KF、KFP配合比的混凝土抗压强度范围为24.50 MPa到32.60 MPa。在90d时期，KB、KF、KFP配合比的混凝土的抗压强度范围为42.70MPa到44.20MPa。在KB、KF、KFP配合比相同时期，掺入25%量的粉煤灰的抗压强度要比不掺粉煤灰的配合比下降了。说明掺入粉煤灰会影响混凝土的前期强度，使前期强度偏低，而在后期对强度则有增强作用。

6 混凝土的耐久性

6.1 混凝土的抗渗试验结果

抗介质渗透性（密实性）是薄壁混凝土耐久性的一个重要性能；微观上从混凝土的内部结构与其渗透性的关系来看，水灰比的降低，孔结构的改善，水化产物的增加，都能使混凝土的密实性有所增加，从而能对混凝土的抗渗性有很高的提升。

根据规范《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）的规定。试样以每小时增加0.10MPa水压进行实验，试验水压从0.10MPa开始，到0.80MPa结束，结束时各配合比试块均未出现透水，即所有混凝土的抗渗等级均＞W6。为了比较各配合比抗渗能力的差异，继续加压至1.00MPa后劈开试块测试试块的渗水高度。

根据实验结果得出，KB、KF、KFP配合比的混凝土试块的渗水高度都很小，满足W6级抗渗等级。而掺用粉煤灰的混凝土的渗水高度要比没有掺用粉煤灰的薄壁混凝土较低，说明了混凝土的防渗性能随着粉煤灰的加入而变得更好，因此说明了提高薄壁混凝土的抗渗水性可以通过掺加粉煤灰实现。而膨胀剂对于防渗性能的提高未见明显作用。

6.2 混凝土的抗冻试验结果

按照《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）进行操作。根据实验结果发现在混凝土中加入粉煤灰和膨胀剂，混凝土的含气量从5.40下降到了4.90。混凝土动弹性模量损失和质量损失增大，说明混凝土的动弹性模量损失和质量损失随着加入粉煤灰和膨胀剂而增加。但是相同含气量的KF和KFP配合比的混凝土随着冻融循环次数的增加，KF和KFP配合比的薄壁混凝土相对动弹模损失和质量损失都十分接近。说明薄壁混凝土的抗冻性、相对动弹模和质量损失与薄壁混凝土的含气量直接相关，与掺加材料无明显相关关系。

7 结论

高性能补偿收缩混凝土，抗裂性能优良。粉煤灰会降低混凝土的膨胀率。合理地选择粉煤灰、膨胀剂和高效减水剂的掺量，可配制出性能优良的高性能补偿收缩混凝土。在严格执行质量控制的条件下，取样现场的试验结果与实验室试验结果相当一致，高性能补偿收缩混凝土面板密实、表面无裂缝，具有优异的抗裂耐久性能。低强度的薄壁混凝土无需添加膨胀剂增加混凝土的抗裂防渗性能。

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