高寒地区混凝土配合比优化研究及应用

胡凯斌

（江苏省建筑材料研究设计院有限公司，江苏 南京 210009）

1 项目背景

华润盘锦热电厂(2×350 MW)超临界燃煤发电机组工程位于辽宁省盘锦市区的东南部，属于高寒地区的建筑施工项目。盘锦市属暖温带大陆性半湿润的季风区，冬季气温波动幅度较大，这种气候条件给混凝土的浇筑和养护带来极大的困难，这就需要试验室对混凝土施工方案和混凝土配合比进行多方试验和优化。

2 配合比设计

2.1 设计思路

在我国高寒地区，混凝土的抗冻耐久性，主要是指混凝土抵御冻融破坏的能力。它是控制混凝土质量的主要性能。为保证高寒地区的混凝土在工程施工的质量，在进行配合比设计时要充分考虑高抗冻性，配制出抗冻性能满足耐久性要求的混凝土，首先对原材料进行优选。

针对盘锦热电厂工程中混凝土耐久性的要求，配合比设计在混凝土中添加硅粉这一高效活性掺合料。一方面既是工业废料的再利用，另一方面在配制混凝土时掺入硅粉后，采用低水胶比，掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂，提高混凝土的耐久性能，抗冻性能的同时又可获得比普通混凝土更为优良的性能。硅粉混凝土与普通混凝土的性能有较大不同，所以配合比的确定方法也有一定差异。

2.2 试验原材料

（1）水泥：P·O 42.5水泥，其中3 d的抗压强度28.8 MPa，抗折强度6.5 MPa，28 d的抗压强度54.6 MPa，抗折强度8.8 MPa，满足GB175—2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》标准。

（2）粗骨料：采用二级连续级配5～31.5 mm碎石，含泥量0.10%。

（3）细骨料：采用Ⅱ区中砂，含泥量1.3%，Ⅱ区中砂。

（4）掺合料：选用Ⅰ级粉煤灰以及超细硅粉。其级别为S95级，SO3的质量分数小于1%，符合国家标准。

（5）外加剂：选用防冻型早强高效减水剂，减水率应＞15%为宜。砂率调整为适合泵送的40%，混凝土坍落度保持在140～160 mm，掺入8%～10%的超细硅粉，10%～12%粉煤灰,而且对所用粉煤灰的质量要求较高，必须达到Ⅰ级标准。

（6）引气剂：建议掺量0.01%～0.03%。

按照C30混凝土进行试配。配合比见表1。

表1 不同硅粉掺量混凝土配合比

2.3 试验结果分析

按照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，采用慢冻法进行混凝土抗冻试验检测，试块在D150次冻融循环后，混凝土的质量损失不大于5%，强度损失不大于25%，试件破坏时发现，由于混凝土强度和密实性较好，虽然经过150次的冻融循环，但混凝土内部渗透的水份比较少，所以经过反复冻融后，对混凝土受冻害程度比较小。同时发现抗压强度高的混凝土经冻融循环后强度损失较小，质量损失几乎为零，说明混凝土结构中的含水率低于临界值，可结冰的水比较少，这样发生冰冻的可能性减少。相对掺粉煤灰、硅粉的混凝土，起到了多级级配的效果，混凝土的密实度提高。这将提升混凝土的抵抗冻融的能力。同时还可明显提高新拌混凝土的耐久性，减少离析和泌水提高工作效率。

不同硅粉掺量混凝土的抗压强度如表2所示，由表2可知，混凝土抗压强度随着硅粉掺量的增加有明显提高。通过不同硅粉掺量进行试配，得到最佳掺量和砼强度增长的关系。

表2 不同硅粉掺量混凝土抗压强度对比

2.4 混凝土配合比优化后在工程中的应用

（1）新拌混凝土的和易性获得了显著改善，掺入硅粉后，混凝土没有离析和泌水现象，更加有利于混凝土的浇筑，尤其适用于泵送混凝土的浇筑。

（2）掺加硅粉的混凝土再与适当防冻外加剂双掺后能够大幅度地提高混凝土抗冻性能，适用于高寒地区混凝土的施工。

（3）针对工程中混凝土抗渗耐久性的要求，根据不同混凝土抗渗等级，试验室通过不同砂率的试配得到，抗渗混凝土在配合比设计上要考虑选用41%以上的砂率，这样可以提高混凝土中黄砂比例，降低混凝土孔隙率，提高混凝土的抗渗性能。

（4）硅粉混凝土空隙小，其抗渗性、抗冻性等耐久性比普通混凝土均有很大提高。硅粉掺量8%～10%时，抗渗性提高200%，抗冻性提高150%。

3 结论

（1）当硅粉掺量为10%时，混凝土28 d强度的增长最高。

（2）掺加硅粉拌和后提高了混凝土的和易性和可泵性，减少了现场混凝土浇筑施工中存在的泵送不顺畅、堵管的情况，降低了施工成本。

（3）混凝土中掺加硅粉的应用是工业废料的一种再利用，可以更好的改善混凝土的和易性，大幅度的提高混凝土抗冻性能。

（4）提高了混凝土强度、抗冻性和抗渗性能，保证了现场混凝土实体质量，同时混凝土外观色泽一致。

（5）硅粉混凝土作为一种新型的高性能混凝土，适用于高寒地区混凝土工程的需要。其特性得到逐步显现，应用前景十分广阔。