高石粉含量水工混凝土徐變性能的試驗(yàn)研究

魏亮

（廣州市設(shè)計院，廣東廣州 510620）

1 工程概況

人工砂替代天然砂充當(dāng)細(xì)骨料在水利水電建設(shè)工程中應(yīng)用越來越普遍。石粉含量的不同使水工混凝土徐變存在差異，而對于大體積水工混凝土，混凝土的徐變影響到混凝土抗裂性能。人工砂在混凝土中的應(yīng)用與研究表明，適量的石粉和微粒能夠提高混凝土的密實(shí)程度，從而提高混凝土抗壓強(qiáng)度，減小混凝土的徐變。然而過量的石粉使混凝土集料的骨架作用被減弱，對抗壓強(qiáng)度的增長起負(fù)作用，對抑制混凝土徐變產(chǎn)生不利影響[1]。我國《水工混凝土施工規(guī)范（DL/T 5144—2015）》中規(guī)定的石粉含量控制范圍為6%~18%，但在實(shí)際的水電站工程建設(shè)中，骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂中石粉含量常常會超過這一控制范圍[2]，錦屏一級水電站拱壩混凝土的石粉含量達(dá)30%，為探明石粉對水工混凝土徐變的影響規(guī)律，本文開展了高石粉含量水工混凝土徐變性能的研究，以期確定使混凝土具有較合理徐變的石粉含量范圍，為水工混凝土體積穩(wěn)定性和防裂研究提供技術(shù)資料。

2 試驗(yàn)研究

2.1 原材料

水泥：華新P.MH 42.5 中熱硅酸鹽水泥；粗集料：二級配石子；粉煤灰：曲靖F 類Ⅰ級粉煤灰；細(xì)集料：某水電站建設(shè)工程砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的原級配灰?guī)r人工砂，石粉含量15%。通過人工水洗或添加石粉，得到了石粉含量分別為6%、10%、18%、28%、30%共5 種人工砂；石粉：灰?guī)r質(zhì)石粉，主要成分為CaCO3、CaMg和 SiO2晶體，粒徑小于 80μm 的顆粒約占總量 82%。

2.2 試樣制備與試驗(yàn)方法

保持混凝土的砂率、外加劑摻量不變，選取灰?guī)r人工砂中石粉含量6%~30%，兩種不同水膠比（0.37、0.45）的二級配水工混凝土進(jìn)行混凝土徐變試驗(yàn)，配合比見表1。每組混凝土的徐變試件采用φ150mm×450mm 的圓柱體試件，在試件兩測的表面粘貼規(guī)格為150mm 的電阻應(yīng)變片，徐變試驗(yàn)采用XBJ-500 混凝土徐變試驗(yàn)機(jī)，應(yīng)變采集使用uT7110Y 型優(yōu)泰靜態(tài)應(yīng)變采集儀。徐變試驗(yàn)根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程（DL/T 5150—2001）》規(guī)定的方法進(jìn)行。

表1 不同水膠比的水工混凝土配合比

3 結(jié)果及分析

3.1 石粉含量對水工混凝土徐變的影響

石粉含量對混凝土徐變的影響見圖1。從圖中可以得出，石粉含量對混凝土徐變的影響隨徐變試件持荷時間的延長表現(xiàn)出不同的規(guī)律：持荷7d 徐變度隨石粉含量的增大呈增大的趨勢，人工砂中石粉含量由6%提高到18%時，0.37 水膠比的混凝土徐變度增加了31%，0.45 水膠比的混凝土徐變度增加了19%。而石粉含量超過18%時，繼續(xù)增大石粉含量對徐變度的影響很小。石粉能夠參與并促進(jìn)混凝土早期的水化反應(yīng)，增加漿體的數(shù)量，使混凝土徐變增大[3]。當(dāng)石粉含量超過一定范圍時，體系中的石粉一部分參與并促進(jìn)水化反應(yīng)，另外一部分惰性石粉僅作為微集料填充在混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，對漿體的數(shù)量影響較小，因此繼續(xù)增大石粉含量對徐變的影響減弱。持荷28d 時，混凝土體系的水化反應(yīng)進(jìn)程減緩，石粉在混凝土中的晶核效應(yīng)減弱，惰性石粉提高了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密程度，抑制了混凝土的徐變[4]，另外一方面，石粉提高了混凝土的強(qiáng)度，在一定程度上也減小徐變，這種趨勢在持荷90d 和180d 時更加明顯。持荷90d 時，石粉含量為18%的混凝土的徐變度最小，石粉含量從6%增大到18%時，兩種水膠比（0.37、0.45）的混凝土的徐變度分別減小了12%、14%。當(dāng)人工砂中石粉含量大于18%時，過量的石粉微粒使混凝土集料的骨架作用被削弱，使混凝土強(qiáng)度減小，增加了混凝土徐變。

圖1 石粉含量對混凝土徐變的影響

圖2 顯示了加載齡期分別為7d、28d 和90d 的徐變度趨勢圖?？梢钥闯?，石粉含量從15%增大到28%時：水膠比分別為0.37、0.45 的混凝土在加載齡期為7d、持荷180d 的徐變度分別增大了24%和10%；當(dāng)加載齡期為28d 時，持荷180d 的徐變度僅增大了7%；加載齡期為90d 時，石粉含量從15%增大到28%時，0.37 和0.45 水膠比的混凝土持荷180d 的徐變度分別減小了12%和4%。分析認(rèn)為：加載齡期為7d 的混凝土水化速率較快，石粉誘導(dǎo)水化產(chǎn)物在微粒表面析出晶體，提高了混凝土的水化速率，具有活性的石粉微粒參與體系的水化反應(yīng)，導(dǎo)致體系中漿體的數(shù)量增加，增大了混凝土的徐變[5]。隨著加載齡期的延長，混凝土的養(yǎng)護(hù)時間也相應(yīng)延長，混凝土的水化反應(yīng)速率減小，此時石粉主要起填充作用，未參與水化反應(yīng)的石粉作為微集料補(bǔ)充在混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，提高混凝土的密實(shí)程度，有效抑制了混凝土徐變，如圖2 所示。

3.2 人工砂中石粉含量限值的建議

由圖1 可知，人工砂中石粉含量對0.37、0.45 兩種水膠比混凝土徐變的影響趨勢大致相同，持荷7d 前的人工砂混凝土徐變度隨石粉含量增大而增大。對于持荷28d 后的人工砂混凝土：徐變度隨石粉含量增大呈先減小后增大的趨勢，石粉含量為28%時的徐變度比石粉含量為10%時的徐變度略小，當(dāng)石粉含量為18%時，徐變度最小。對于二級配人工砂水工混凝土，較優(yōu)石粉含量為15%~28%，考慮到石粉含量大于22%時，對人工砂混凝土工作性能的不利影響較大，不利于實(shí)際施工[6]，因此對人工砂中最優(yōu)石粉含量的建議值為22%。

4 結(jié)語

圖2 不同加載齡期的徐變度趨勢

（1）石粉含量對加載齡期分別為7d、28d 及90d 的徐變度影響的結(jié)果表明，高石粉含量增大了加載齡期為7d 和28d 的徐變度，抑制了加載齡期為90d 的徐變度。

（2）隨石粉含量的增大，未參與水化反應(yīng)的石粉作為微集料提高了混凝土的密實(shí)程度，有效抑制了混凝土徐變，在水化反應(yīng)的后期較為明顯。

（3）綜合人工砂水工混凝土徐變試驗(yàn)的研究成果，考慮到水工混凝土對體積穩(wěn)定性和溫控防裂等方面的需求，用于二級配水工混凝土的人工砂，其石粉含量上限可放寬至22%。