碧湖水库坝体自密实混凝土的制备与应用技术研究

廖青青，殷 思

(江西省水泰工程检测有限公司，南昌 330000)

0 引 言

自密实混凝土由于具备高流动性、自动填充以及穿越密集钢筋等优异性能，广泛应用于结构特殊、密集复杂等高要求项目中。自密实混凝土在施工过程中免去了过度振捣的风险，在死角或指定位置采取辅助振捣的形式，即可通过自密实性能填充密实结构，提高施工效率。而项目施工过程中，通常因为混凝土中材料选取不当，导致混凝土自密实性能差。如采用5～25 mm或者5～30 mm断级配碎石，就会导致混凝土包裹性差，石头裸露，无法形成一个整体通过钢筋，致使漏浆问题出现。同时，高水泥用量也会导致整体水化速度过快，形成裂缝，不利于工程投入使用。可采取矿物掺合料替代的方式，降低整体水化放热速率。由于高水泥用量将导致整体需水比提高，混凝土黏度将大幅度增加，不利于过程施工，增加泵送设备损耗。采用矿物掺合料替代的方式，测定流动性、黏聚性、保水性等关键指标，确定自密实混凝土优异性能的混凝土配合比。

1 工程概况

碧湖水库大坝为混凝土重力坝，坝顶高程187.50，顶宽8.8 m。项目在施工过程中出现由于包裹性差导致的石头裸露，在密集钢筋处无法通过，出现浆体跑模的问题，严重影响表观及结构的使用功能。

2 试验原材料

试验原材料基本检测指标见表1。原材料选取遵循自密实混凝土对于原材料的要求，严格按照自密实混凝土设计规程开展原材料选取及混凝土配合比设计。

表1 原材料性能指标

3 自密实混凝土配合比设计

自密实混凝土采用高胶凝材料、高砂率体系，确保足够浆体包裹骨料，提高混凝土自密实性能以及通过复杂结构的能力。通过前期基础实验数据得知，配合比设计中胶凝材料总用量确定为单方560 kg，矿物掺合料按照不超过总胶凝材料用量的30%进行等质量取代，具体配合比见表2。

4 实验结果分析

4.1 自密实混凝土和易性影响因素研究

研究不同因素对自密实混凝土流动性能的影响，确定不同因素的影响规律。具体混凝土流动度测试结果见图1。

图1 不同因素对钢管自密实混凝土流动度的影响

研究结果表明，矿物掺合料可以提升自密实混凝土整体流动性能，对于黏聚性以及保水性能具有一定的改善。混凝土中加入微珠后，保持总胶凝材料不变的前提下，用水量明显降低，且混凝土整体黏度有所下降，泵送阻力明显降低，这主要是微珠自身的滚珠效应形成的良好结果；混凝土中加入硅灰后，最明显的改善为混凝土的黏聚性及保水性，混凝土泌水问题得到显著改善，混凝土在留平的同时不会出现泌浆泌水的问题，确保混凝土具有良好通过密集钢筋的能力；混凝土中加入矿粉，对于流动性改善没有任何作用，由于矿粉为粉磨工艺，颗粒不具备减水的作用，同时由于粉磨颗粒形状的复杂性，加入矿粉的混凝土容易出现泌水的问题。

4.2 自密实混凝土抗压强度影响因素研究

混凝土抗压强度的影响因素很多，研究不同龄期抗压强度影响因素的影响规律，以指导配合比设计。混凝土抗压强度测试结果见图2。

图2 混凝土不同龄期抗压强度

研究结果表明，混凝土中加入矿物掺合料对于改善不同龄期的抗压强度具有重要作用。早期强度方面，矿物掺合料中硅灰贡献作用较大，由于硅灰中活性二氧化硅占比高，反应迅速，因此主要提供早期强度，但硅灰需水比高，不宜多加，加多混凝土整体黏度较高，不利于泵送；中期强度方面，矿物掺合料中矿粉贡献作用较大，由于矿粉的反应需要二次激发，因此水泥水化后，开始进一步和矿粉发生反应，提供中期强度，但矿粉不宜多加，加多后混凝土易出现泌水问题，影响表观及使用功能；后期强度方面，矿物掺合料中粉煤灰贡献作用较大，由于粉煤灰再次反应时间之后，持续提供水化产物，混凝土结构不断密实，后期强度增长空间较大。

4.3 自密实混凝土水化放热性能研究

研究不同矿物掺合料对水化速率的影响，以指导配合比设计。混凝土水化放热速率见图3。

图3 不同矿渣掺量水化放热测试结果

研究不同矿渣掺量胶凝材料体系水化放热规律。由放热量及放热速率测试结果可知，矿渣对于降低放热量具有积极作用，矿渣掺量与水化放热量呈现反相关的关系，即掺量越高，放热量越低。由于矿渣反应的滞后性，延缓了整体的水化放热速率，削弱最大放热峰值，有效避免内部热量过高导致的温度升高的问题。众所周知，混凝土内部温度越高，整体结构就越容易出现裂缝，对于表面的龟裂，可以采用修补的方式，但对于贯穿结构的有害裂缝，将会影响结构的使用，甚至出现拆除等严重后果。同时，矿渣二次反应形成的水化产物，进一步填充整体结构，水化硅酸钙凝胶量进一步增加，结构更加密实，实体结构表现为中后期强度持续增加，由于整体结构密实，混凝土后期的耐久性能也显著提升。

5 结 论

1) 矿物掺合料中具有球形颗粒效应的硅灰和微珠，可以显著改善混凝土流动性、黏聚性、保水性。同时，由于硅灰中活性组分高，水化迅速，加入硅灰后，混凝土早期抗压强度提升幅度明显，同时由于硅灰的高需水比，进一步提升混凝土的黏聚性。粉煤灰的加入，其本身的球形颗粒润滑作用，在降低用水量的同时不增加混凝土体系黏度，新拌混凝土和易性良好。硅灰和粉煤灰配合使用，混凝土状态达到最佳。

2) 矿物掺合料中矿渣由于具有碱性激发的特性，等量替代水泥加入后，在延缓水化放热的同时持续二次形成致密水化产物，不断提升混凝土中后期抗压强度。