水利工程人工骨料坚固性对混凝土耐久性能影响分析

代玉华

(喀左县农村人畜饮水办公室，辽宁 喀左 122300)

0 引 言

实践表明，占混凝土总体积约50%的骨料力学性能在很大程度上决定了混凝土的抗冻、抗渗、强度等性能[1-2]。目前，国内学者比较侧重于高强、再生或轻型等混凝土骨料的研究，对不符合规范要求的人工骨料及其拌制的混凝土性能研究较少[3]。辽东某跨流域长距离引水隧洞工程，以海相碎屑岩为主夹灰岩爆破料场是末端衬砌混凝土仅有的可选料场，周边无其他合适料场，对该料场人工骨料进行初步检验发现，除坚固性超标外其他指标均符合设计要求。为了确保建设工期以及最大程度的控制工程成本，文章结合实际情况专题研究了混凝土性能受人工骨料坚固性的影响。

关于骨料的坚固性，结合行业特点国内现行规范给出了明确规定[4-6]，即粗、细骨料的最大允许值为10%和12%，骨料坚固性控制指标，见表1。考虑到规范以天然骨料品质特性为依据制定坚固性控制指标的初衷，对实际应用过程中人工骨料坚固性超标问题《水工混凝土施工规范》(DL/T5144-2015)允许“经试验论证可适当放宽”。

表1 骨料坚固性控制指标

1 原材料性能

1)水泥：试验所用水泥为中抗硫酸盐低碱水泥，其物理性能指标和主要化学成分检验结果均符合硅酸盐水泥设计要求。

2)粉煤灰：试验所用粉煤灰为Ⅰ级灰，其物理品质检验结果和化学成分试验结果符合Ⅰ级粉煤灰技术要求。

3)人工骨料：骨料场以海相碎屑岩为主夹灰岩，人工骨料物理力学性能，见表2。

从表2可以看出，安山岩力学性能明显劣于火山角砾岩。根据坚固性试验结果初步拟定4个不同等级的区域，通过分级检测骨料坚固性实现骨料筛选，骨料坚固性等级划分，见表3。结果发现，除砂细度模数较规范允许值偏大外人工骨料(中石、小石、砂)的其他性能指标均符合《水工混凝土施工规范》要求[7]。

2 混凝土耐久性试验

2.1 配合比设计

该跨流域长距离引水隧洞工程衬砌混凝土标号为W10F50C40，结合已划分的4个骨料坚固性等级将混凝土试件分3批次制备，检测分析混凝土含气量、配合比参数、凝结时间及拌和物坍落度，衬砌混凝土配合比，见表4。

表2 人工骨料物理力学性能

表3 骨料坚固性等级划分 %

表4 衬砌混凝土配合比

从表4可以看出，拌制的混凝土坍落度为185-225mm，控制用水量在152-160kg/m3之间，砂率为45%-47%，水胶比0.38-0.40，拌和物性能能够达到设计要求，衬砌混凝土凝结时间、含气量、坍落度、配合比参数受骨料坚固性的影响可忽略不计。

2.2 力学性能

随龄期延长混凝土力学性能变化规律，轴拉、抗压强度值，见表5。由表5可知C40衬砌混凝土的轴拉、抗压强度受不同坚固性等级骨料的影响较低[8]。

表5 轴拉、抗压强度值 MPa

2.3 耐久性能

1)抗冻性能。抗冻性试验成果，见表6。从表6可以看出，各坚固等级骨料拌制的衬砌混凝土抗冻性均达到F300。由于未掺引气剂，随时间冻融次数的增加第3批次试件的相对动弹性模量和质量损失率变化明显[9]。此外，随着冻融循环次数的增大Ⅳ级坚固等级骨料拌制的混凝土相对动弹性模量明显下降。

2)抗渗性能。抗渗试验、抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子扩散检测值，见表7。从表7可以看出，各坚固性等级骨料拌制的混凝土抗渗性均>W10，混凝土抗渗性受骨料坚固性变化的影响不明显[10]。

3)氯离子扩散系数。氯离子扩散试验所应用到的仪器为RCM测定仪，测试结果如表7。结果表明，各坚固等级骨料拌制的衬砌混凝土氯离子扩散系数处于2.76×10-12-7.80×10-12m2/s范围，氯离子扩散系数在一定程度上受骨料坚固性的影响。

4)抗硫酸盐侵蚀。采用标准规范推荐的方法测试第3批次28d龄期试件、前2批次56d龄期试件的抗硫酸盐侵蚀耐久系数，如表7。由表7可知，前两批次56d龄期的4组试件均达到KS150，抗硫酸盐侵蚀耐久系数变化较小；第3批次28d龄期的4组试件能够达到KS120。经分析，由于拌制的第3批次混凝土未掺入引气剂，其含气量处于3.1%-3.6%之间，加之龄期只有28d，使其耐久系数明显低于前2批次。结合试验数据，混凝土养护龄期延长至56d并且掺加引气剂，在不明显降低混凝土质量指标的同时能够提高抗硫酸盐侵蚀等级至KS150级。因此，混凝土抗硫酸盐侵蚀性能受骨料坚固性的影响可忽略不计[11-14]。

表6 抗冻性试验成果 MPa

表7 抗渗试验、抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子扩散检测值

3 结 语

经检测，人工破碎的粗、细骨料的坚固性值处于7.9%-24.6%和6.1%-14.5%之间，能够用于C40衬砌混凝土的拌制。在该骨料坚固性波动范围内未对混凝土拌和物性能、配合比造成影响，对混凝土抗硫酸盐侵蚀、抗渗性、轴拉与抗压强度影响不明显，能够轻微影响混凝土抗冻性、氯离子扩散系数。经300次冻融循环，第Ⅳ级坚固性等级骨料配置的C40混凝土相对动弹性模量明显下降。研究认为，在选择受限的条件下，参照规范要求可以将人工破碎骨料坚固性指标适当放宽，经试验测试保证骨料质量符合要求。