某水电站项目高性能混凝土匀质性关键配制技术研究

秦 伟

（洛阳水利工程局有限公司，河南 洛阳 471000）

0 引言

高性能混凝土已经广泛应用超高层泵送、大跨度长距离建筑以及大型水利水电项目当中，施工性能、后期耐久性能有保障。在水利工程项目应用过程中，高性能混凝土具有高胶凝材料用量、低水胶比以及矿物掺合料掺量高等特点，对于匀质性能、施工性能、后期耐久性能具有明显改善作用。高性能混凝土施工过程中要求混凝土具有良好的和易性能，同时良好的自密实性能及间隙通过率必不可少，针对密集钢筋以及多腔异形等特殊结构，仍可顺利施工。针对存在的混凝土流动性能不佳、粘度过高、泵送艰难等问题，重新开展混凝土配合比设计，对混凝土原材料比例进行优化，探索最佳矿物掺合料取代率，针对工程施工过程中存在的问题，通过对混凝土扩展度、倒筒时间等关键指标进行测试，研究混凝土匀质性影响因素。

1 工程概况

某水电站大坝为混凝土重力坝，坝顶长度为531.6 m，坝高最高为67.3 m，相应的挡水位为60.5 m，按大坝尺寸算，该水电站混凝土为大体积混凝土，除了考虑不同因素对混凝土和易性能的影响，还应考虑大体积混凝土水化放热等温升问题，要求混凝土施工过程中具有良好的流动性、粘聚性、保水性。但项目施工过程中，混凝土流动性能差，混凝土偏粘偏硬，泵送阻力大，且出泵混凝土有扩展度损失，严重影响施工效率，影响到结构的使用。

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27.2%，胶砂3 d抗压强度27.7 MPa，28 d抗压强度52.4 MPa；试验粉煤灰，测试细度4.4%，烧失量1.3%，需水量比94%；试验矿粉比表面积421 m2/kg，胶砂7 d活性指数84%，28 d活性指数101%；试验硅灰需水量比117%，胶砂7 d活性指数达118%；试验中粗河砂，细度模数2.5～2.6，含泥量2.2%，碎石5～16 mm连续级配，含泥量0.6%；外加剂为聚羧酸高效外加剂，固含量20.4%，减水率22%；水为自来水。

3 高性能混凝土配合比设计

高性能混凝土水胶比低、矿物掺合料掺量高，调整的重点应在于混凝土流动度、粘聚性、保水性的调整。开展混凝土配合比设计，优化原材料种类，确定矿物掺合料最佳取代率。粉料总用量为480～500 kg/m3，粉煤灰取代范围 0～40%，硅灰取代率3.4%，矿粉取代范围0～30%，具体配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4 实验结果分析

4.1 高性能混凝土和易性影响因素研究

针对项目出现的流动性差、偏粘偏硬等质量问题，研究矿物掺合料中粉煤灰、硅灰、矿粉取代率等因素的综合影响，测试混凝土流动度、倒筒时间等和易性指标，具体测试结果见表2。

表2 混凝土性能测试

图1 不同因素对高性能混凝土流动性能的影响

流动性能影响因素方面，硅灰对于混凝土流动性能以及粘聚性改善具有提升作用，硅灰可提升混凝土的粘聚性，改善整体匀质性；矿粉对于混凝土流动性能不起作用，也无法改善混凝土粘度；粉煤灰对于流动性及粘度改善具有提升作用，随着粉煤灰掺量的不断提升，混凝土扩展度呈现先增加后基本保持不变的趋势，表明粉煤灰球形颗粒发生作用；当粉煤灰掺量为30%、硅灰掺量为2.1%时，混凝土整体粘度达到最佳，倒筒时间达到最低值，倒筒时间为3.6 s，混凝土松软，性能良好。

4.2 高性能混凝土抗压强度影响因素研究

研究粉煤灰、矿粉等矿物掺合料不同取代率对于混凝土不同龄期抗压强度的影响，具体测试结果见图2。

图2 混凝土不同龄期抗压强度

由图2可知，矿物掺合料对于体系不同龄期抗压强度的贡献各有不同。其中早期抗压强度主要为硅灰贡献，主要由于硅灰属于活性高的矿物掺合料，中后期抗压强度主要为矿粉、粉煤灰贡献，粉煤灰、矿粉需要激发发生反应，形成致密水化产物；由于硅灰、粉煤灰、矿粉的水化速率不同，因此体系可以匀速进行水化反应。随着矿粉掺量增加，混凝土中期强度呈现先增加后基本不变的趋势；当粉煤灰掺量为30%、矿粉掺量为20%时，混凝土28 d、60 d强度增长幅度基本保持最佳。28 d抗压强度为52.3 MPa，60 d抗压强度为57.7 MPa，28 d强度增长率为38.7%，60 d强度增长率为10.3%。

4.3 高性能混凝土水化温升研究

针对实体结构开展水化温升模拟实验，研究矿物掺合料取代率对体系水化放热温升性能的影响，降低由于内部水化温升过高导致的温度裂缝出现，确定最佳矿物掺合料取代。

图3 矿粉掺量30%时水化放热模拟结果

通过水化放热速率测试结果及模拟计算结果知，当矿粉掺量达到30%时，水化放热峰随之降低，超过该取代率后，放热速率虽然持续降低，但考虑到早期强度及耐久性等综合因素的影响，确定矿粉掺量为30%，通过线性模拟计算，该体系可较好表征水化过程的不同反应阶段，规律大致相同，通过预埋点位开展实体内部测温，实体结构内部与外部的温差符合标准要求，拆模后并无出现裂缝等问题。

5 结论

（1）随着粉煤灰、硅灰取代率的增加，混凝土流动度呈现先增加后基本不变的趋势，粘度呈现先下降后基本不变的趋势。表明粉煤灰、硅灰有利于改善提升流动性能及粘聚性能。当粉煤灰掺量30%、硅灰掺量2.1%时，混凝土流动性、粘聚性达到最佳。

（2）随着粉煤灰、矿粉取代率的不断增加，混凝土中后龄期强度呈现先增大后基本不变或略微降低的趋势。粉煤灰、矿粉对于混凝土中后龄期抗压强度贡献最大，当粉煤灰掺量达到30%、矿粉掺量达到30%时，混凝土中后龄期抗压强度达到最优值。

（3）开展实体结构水化热模拟实验，通过优化原材料比例，体系水化放热速率显著降低，反应过程平稳，最终选择粉煤灰掺量30%、硅灰掺量2.1%、矿粉掺量30%。