水利工程建筑中混凝土的配合比设计与性能研究

班晓东

（内蒙古自治区水利水电勘测设计院，呼和浩特 010020）

水利工程作为一种用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的民生工程，作为水利工程的重要基础支撑的混凝土结构在提升水利工程稳定性、延长使用寿命等方面起着至关重要的作用[1]。然而，实际施工过程中，水利工程中的混凝土结构由于其特殊的应用环境而易于发生开裂等问题[2]，究其原因，这主要与其流动性较差、脆性较大等有关[3-4]。此外，在节能环保和固体废弃物逐渐增多的今天，将粉煤灰、陶粒等原材料加入混凝土中进行充分利用是实现建筑行业可持续发展的重要趋势，而掺有粉煤灰等的自密实混凝土的配合比设计及其对材料物性指标的影响方面的报道较少[5-7]。本文开展自密实混凝土配合比设计，并考察水灰比、陶粒体积率和粉煤灰掺量对自密实混凝土表观密度、坍落扩展度和压缩强度的影响的研究将有助于改善水利工程中混凝土结构的脆性破坏和开裂问题。

1 试验材料与方法

以天然河砂、900 级页岩陶粒、水泥（PC32.5、PO 42.5）、850 级粉煤灰、水、减水剂（WK-2 型聚羧酸减水剂）等为原料制备了不同强度等级的自密实混凝土；根据JGJ/T 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》计算了不同组分的用量[8]，不同水灰比、陶粒体积率和粉煤灰取代率的自密实混凝土的配合比设计如表1，自密实混凝土试件的尺寸为100mm×100mm×100mm。

表1 不同水灰比的自密实混凝土的配合比设计（kg/m3）Tab.1 Mix design of self compacting concrete with different water cement ratio

根据GB/T 17431.2-2010《轻集料及其试验方法》计算表观密度[9]；根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试立方体的压缩强度[10]，以三组平行试样的平均值作为测试结果，测试仪器为MTS-810 型电液压力学试验机，拉伸速率为0.5MPa/s。

2 结果及讨论

图1为不同水灰比的自密实混凝土的表观密度和坍落扩展度。从表观密度测试结果来看，随着水灰比从0.32增加至0.40，三种自密实混凝土的表观密度都表现为逐渐减小特征；从坍落扩展度测试结果来看，随着水灰比从0.32增加至0.40，三种自密实混凝土的坍落扩展度都表现为逐渐增加特征，且强度等级越低则相同水灰比下的自密实混凝土的坍落扩展度越高。

图1 不同水灰比的自密实混凝土的表观密度和坍落扩展度Fig.1 Apparent density and slump expansion of self compacting concrete with different water cement ratio

图2为不同水灰比的自密实混凝土的立方体压缩强度测试结果，图中分别列出了不同强度等级的自密实混凝土在养护时间为7d和28d时的立方体拉伸强度测试结果。对于SCLC30 试件，7d 压缩强度先增加后减小，而28d压缩强度呈现先减小后增大特征；对于SCLC40 试件，7d 压缩强度先增加后减小，而28d 压缩强度呈现先减小后增大特征；对于SCLC50 试件，7d压缩强度先增加后减小，而28d压缩强度呈现先减小后增大特征。在水灰比为0.36时，不同强度等级的自密实混凝土的7d和28d压缩强度都较高。

图2 不同水灰比的自密实混凝土的立方体压缩强度测试结果Fig.2 Cube compressive strength test results of self compacting concrete with different water cement ratio

从表观密度测试结果来看，随着陶粒体积率从0.36增加至0.44，三种自密实混凝土的表观密度都表现为逐渐减小特征；从坍落扩展度测试结果来看，随着水灰比从0.36增加至0.44，三种自密实混凝土的坍落扩展度都表现为逐渐增加特征，且强度等级越低则相同陶粒体积率下的自密实混凝土的坍落扩展度越高。

对于SCLC30 试件，7d 压缩强度和28d 压缩强度都表现为逐渐减小特征；对于SCLC40 试件，7d 压缩强度和28d压缩强度随着粗骨料体积掺量的变化趋势与SCLC30 试件相似；对于SCLC50 试件，7d 压缩强度和28d压缩强度也整体呈现逐渐减小特征。综合而言，在陶粒体积率为0.40时，不同强度等级的自密实混凝土的7d和28d压缩强度都较高。

随着粉煤灰掺量从15%增加至35%，三种自密实混凝土的表观密度都表现为逐渐减小特征；从坍落扩展度测试结果来看，随着粉煤灰掺量从15%增加至35%，三种自密实混凝土的坍落扩展度都表现为逐渐增加特征，且强度等级越低则相同粉煤灰掺量下的自密实混凝土的坍落扩展度越高。

对于SCLC30 试件，7d 压缩强度和28d 压缩强度都表现为逐渐减小特征；对于SCLC40 试件，7d 压缩强度和28d 压缩强度随着粉煤灰掺量的变化趋势与SCLC30试件相似；对于SCLC50试件，7d压缩强度和28d 压缩强度也整体呈现逐渐减小特征。综合而言，在粉煤灰掺量为25%时，不同强度等级的自密实混凝土的7d和28d压缩强度都较高。

优化后SCLC30、SCLC40 和SCLC50 试件的表观密度分别为1857kg/m3、1866kg/m3和1885kg/m3，坍落扩展度分别为710mm、700mm 和680mm，7d 压缩强度分别为31.6MPa、41.9MPa 和48.1MPa，28d 压缩强度分别为38.7MPa、47.8MPa和53.0MPa。对比分析可知，自密实混凝土的强度等级越高，对应的表观密度越大、坍落扩展度越小、7d和28d压缩强度越大。

3 结语

1）随着水灰比从0.32增加至0.40，3种自密实混凝土的表观密度都表现为逐渐减小，坍落扩展度都表现为逐渐增加特征，且强度等级越低则相同水灰比下的自密实混凝土的坍落扩展度越高。

2）随着陶粒体积率从0.36增加至0.44，3种自密实混凝土的表观密度都表现为逐渐减小，坍落扩展度都表现为逐渐增加特征，且强度等级越低则相同陶粒体积率下的自密实混凝土的坍落扩展度越高。

3）随着粉煤灰掺量从15%增加至35%，3 种自密实混凝土的表观密度都表现为逐渐减小，坍落扩展度都表现为逐渐增加特征，且强度等级越低则相同粉煤灰掺量下的自密实混凝土的坍落扩展度越高。