高寒地區(qū)混凝土配合比優(yōu)化研究及應(yīng)用

胡凱斌

（江蘇省建筑材料研究設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 210009）

1 項目背景

華潤盤錦熱電廠(2×350 MW)超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組工程位于遼寧省盤錦市區(qū)的東南部，屬于高寒地區(qū)的建筑施工項目。盤錦市屬暖溫帶大陸性半濕潤的季風(fēng)區(qū)，冬季氣溫波動幅度較大，這種氣候條件給混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)帶來極大的困難，這就需要試驗室對混凝土施工方案和混凝土配合比進(jìn)行多方試驗和優(yōu)化。

2 配合比設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

在我國高寒地區(qū)，混凝土的抗凍耐久性，主要是指混凝土抵御凍融破壞的能力。它是控制混凝土質(zhì)量的主要性能。為保證高寒地區(qū)的混凝土在工程施工的質(zhì)量，在進(jìn)行配合比設(shè)計時要充分考慮高抗凍性，配制出抗凍性能滿足耐久性要求的混凝土，首先對原材料進(jìn)行優(yōu)選。

針對盤錦熱電廠工程中混凝土耐久性的要求，配合比設(shè)計在混凝土中添加硅粉這一高效活性摻合料。一方面既是工業(yè)廢料的再利用，另一方面在配制混凝土?xí)r摻入硅粉后，采用低水膠比，摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑，提高混凝土的耐久性能，抗凍性能的同時又可獲得比普通混凝土更為優(yōu)良的性能。硅粉混凝土與普通混凝土的性能有較大不同，所以配合比的確定方法也有一定差異。

2.2 試驗原材料

（1）水泥：P·O 42.5水泥，其中3 d的抗壓強(qiáng)度28.8 MPa，抗折強(qiáng)度6.5 MPa，28 d的抗壓強(qiáng)度54.6 MPa，抗折強(qiáng)度8.8 MPa，滿足GB175—2007《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)。

（2）粗骨料：采用二級連續(xù)級配5～31.5 mm碎石，含泥量0.10%。

（3）細(xì)骨料：采用Ⅱ區(qū)中砂，含泥量1.3%，Ⅱ區(qū)中砂。

（4）摻合料：選用Ⅰ級粉煤灰以及超細(xì)硅粉。其級別為S95級，SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

（5）外加劑：選用防凍型早強(qiáng)高效減水劑，減水率應(yīng)＞15%為宜。砂率調(diào)整為適合泵送的40%，混凝土坍落度保持在140～160 mm，摻入8%～10%的超細(xì)硅粉，10%～12%粉煤灰,而且對所用粉煤灰的質(zhì)量要求較高，必須達(dá)到Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)。

（6）引氣劑：建議摻量0.01%～0.03%。

按照C30混凝土進(jìn)行試配。配合比見表1。

表1 不同硅粉摻量混凝土配合比

2.3 試驗結(jié)果分析

按照GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》，采用慢凍法進(jìn)行混凝土抗凍試驗檢測，試塊在D150次凍融循環(huán)后，混凝土的質(zhì)量損失不大于5%，強(qiáng)度損失不大于25%，試件破壞時發(fā)現(xiàn)，由于混凝土強(qiáng)度和密實性較好，雖然經(jīng)過150次的凍融循環(huán)，但混凝土內(nèi)部滲透的水份比較少，所以經(jīng)過反復(fù)凍融后，對混凝土受凍害程度比較小。同時發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度高的混凝土經(jīng)凍融循環(huán)后強(qiáng)度損失較小，質(zhì)量損失幾乎為零，說明混凝土結(jié)構(gòu)中的含水率低于臨界值，可結(jié)冰的水比較少，這樣發(fā)生冰凍的可能性減少。相對摻粉煤灰、硅粉的混凝土，起到了多級級配的效果，混凝土的密實度提高。這將提升混凝土的抵抗凍融的能力。同時還可明顯提高新拌混凝土的耐久性，減少離析和泌水提高工作效率。

不同硅粉摻量混凝土的抗壓強(qiáng)度如表2所示，由表2可知，混凝土抗壓強(qiáng)度隨著硅粉摻量的增加有明顯提高。通過不同硅粉摻量進(jìn)行試配，得到最佳摻量和砼強(qiáng)度增長的關(guān)系。

表2 不同硅粉摻量混凝土抗壓強(qiáng)度對比

2.4 混凝土配合比優(yōu)化后在工程中的應(yīng)用

（1）新拌混凝土的和易性獲得了顯著改善，摻入硅粉后，混凝土沒有離析和泌水現(xiàn)象，更加有利于混凝土的澆筑，尤其適用于泵送混凝土的澆筑。

（2）摻加硅粉的混凝土再與適當(dāng)防凍外加劑雙摻后能夠大幅度地提高混凝土抗凍性能，適用于高寒地區(qū)混凝土的施工。

（3）針對工程中混凝土抗?jié)B耐久性的要求，根據(jù)不同混凝土抗?jié)B等級，試驗室通過不同砂率的試配得到，抗?jié)B混凝土在配合比設(shè)計上要考慮選用41%以上的砂率，這樣可以提高混凝土中黃砂比例，降低混凝土孔隙率，提高混凝土的抗?jié)B性能。

（4）硅粉混凝土空隙小，其抗?jié)B性、抗凍性等耐久性比普通混凝土均有很大提高。硅粉摻量8%～10%時，抗?jié)B性提高200%，抗凍性提高150%。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)硅粉摻量為10%時，混凝土28 d強(qiáng)度的增長最高。

（2）摻加硅粉拌和后提高了混凝土的和易性和可泵性，減少了現(xiàn)場混凝土澆筑施工中存在的泵送不順暢、堵管的情況，降低了施工成本。

（3）混凝土中摻加硅粉的應(yīng)用是工業(yè)廢料的一種再利用，可以更好的改善混凝土的和易性，大幅度的提高混凝土抗凍性能。

（4）提高了混凝土強(qiáng)度、抗凍性和抗?jié)B性能，保證了現(xiàn)場混凝土實體質(zhì)量，同時混凝土外觀色澤一致。

（5）硅粉混凝土作為一種新型的高性能混凝土，適用于高寒地區(qū)混凝土工程的需要。其特性得到逐步顯現(xiàn)，應(yīng)用前景十分廣闊。