1、 35 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）高黏结低收缩水工混凝土性能研究李桂宝（绥中水利电力建设有限公司，辽宁 绥中 125200）摘 要：通过试验测试新拌混凝土工作性能、硬化后的力学性能、徐变以及收缩性能，探讨了粉煤灰和矿粉等掺合料对水工混凝土性能的影响。结果表明：粉煤灰与矿粉的掺入能够明显改善水工混凝土的整体性能，24h 内掺矿物掺合料
2、的混凝土坍落度损失量不超过25mm，其初凝时间 8h 左右，标养 28d 的抗压强度 66MPa 以上，能够达到高黏结低收缩C60 水工混凝土强度要求。关键词：水胶比；掺合料；试验分析；水工混凝土中图分类号：TV431文献标识码：B随着水利建设规模的扩大以及工程技术的不断发展，水利行业对混凝土性能的要求不断提升，特别是在北方严寒地区水利工程建设中 C60 高性能混凝土的应用日趋广泛1-2。然而，C60 高性能混凝土在实际应用中还存在许多不足，主要体现在配合比设计和矿物掺合料利用等方面，对此国内诸多学者开展了深入研究。例如，王成启等利用粉煤灰微珠和超细矿渣粉配制 C100 超高强混凝土，结果表明
3、其工作性能、耐久性能及抗压强度达到设计指标要求，拌合物坍落度超过 180mm，硬化后的结构致密，标养 28d 抗压强度达到 110MPa，胶凝材料用量低于 550kg/m3能够有效控制收缩变形；吴香国等认为超高性能混凝土(UHPC)的加固修复效果直接取决于既有混凝土界面与修复层之间的黏结性能，通过斜剪和直剪试验探讨了界面黏结滑移及黏结强度受剪切角、混凝土强度、界面剪力键、界面黏结材料等因素的影响，并揭示既有界面与 UHPC修复层的短期黏结性能，提出两者的黏结滑模型以及黏结刚度的建议值，结果显示结构胶高于灌浆料黏结试件的黏结强度，将剪力键设置在界面处能够大幅提高其黏结强度及黏结刚度；熊鲲等采用大
4、体积模型和室内绝热温升试验研究了低收缩低水化热UHPC 的水化放热规律，结果表明采取覆盖保温泡沫板和加碎冰降温措施可以明显减小结构内外温差及拌合物入模温度，有效控制大体积混凝土开裂风险，拆模后未发现裂纹，整体外观良好3-5。鉴于此，本研究以水库大坝工程用混凝土为例，选用高质量粉煤灰、矿粉等掺合料改善和复配 C60 高性能混凝土，以期为高性能混凝土配合比设计及其推广应用提供一定支持。1 试验方法1.1 原材料本研究充分考虑试验目的及相关研究成果合理确定所用原材料，试验检测其主要性能指标，具体如下：渤海水泥（葫芦岛）有限公司生产的 PO42.5 级水泥，比表面积 365m2/kg，安定性合格，密度
5、 3.2g/cm3，初、终凝时间 145min 和220min，标稠用水量 24.5%，3d 抗折、抗压强度6.6MPa 和 32.7MPa，28d 抗折、抗压强度 8.8MPa 和48.1MPa，各参数符合通用硅酸盐水泥有关要求；大连鑫星国际贸易有限公司提供的 S95 级矿文章编号:1007-7596（2023）05-0001-04收稿日期 2022-01-21作者简介 李桂宝（1 9 7 7-），男，辽宁绥中人，工程师，研究方向为水利水电工程施工、水利工程检测、水利工程管理等。DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.052 36 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水
6、利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）粉，比表面积 420m2/kg，密度 2.96g/cm3，流动度比100%，7d、28d 活性指数 72%和 110%，各参数符合现行规范要求；绥中电厂生产的 F 类级粉煤灰，需水量比 98%，细度 5.0%，密度 2850kg/m3，烧失量 3.6%，7d、28d 活性指数 75.5%、81.2%，各参数符合水工混凝土掺用粉煤灰技术规范相关要求；
7、骨料系统生产的花岗岩碎石和人工砂，碎石粒性良好，粒径 525mm，压碎指标 5.6%，堆积密度 1740kg/m3；人工砂的细度模数 2.7，级配良好，堆积密度 1670kg/m3，石粉含量 12.0%，各参数符合水工混凝土砂石骨料试验规程中的要求；苏博特 SBTJM-系列(缓凝、泵送)高效减水剂，减水率 28%，7d、28d 抗压强度比175%和 170%，坍落度经时损失 20mm，泌水率27.0%，各参数符合水工混凝土外加剂技术规程有关要求。1.2 配合比设计查表确定概率度系数 t=1.65，强度保证率P=95%，参照强度保证计算公式 fcu，0=fcu，k+t确定配制强度 65.0MPa
8、，然后依据水工混凝土配合比设计规程利用绝对体积法设计 7 种配合比6，如表 1 所示。表 1 配合比设计编号设计参数原材料用量/kg（m3）-1水胶比粉煤灰/%矿粉/%减水剂剂水水泥粉煤灰矿粉砂石外加剂C10.32001.21504690078010805.6C20.311001.214542147078010805.6C30.302001.213536090078010805.6C40.293001.2130314134078010805.6C50.3210401.21502344718878010805.6C60.3015351.21402337016378010805.6C70.2120
9、301.214534513820778010805.61.3 试验方法本试验采用二次投料法配制100mm100mm100mm的混凝土试件，每组3个，试验流程如下：先将所有骨料与50%的拌合水混合搅拌30s，再投入全部的水泥和设计掺量的粉煤灰、矿粉搅拌60s，然后投入剩余50%的拌合水及减水剂并搅拌90s，搅拌均匀后倒出混合料；采用手动插捣的成型方式，将拌合物分层倒入试模，每次填装后用插捣棒均匀插捣30次，并抹平试样表面；成型后用塑料薄膜覆盖表面，静置24h后拆模，将试样放入标养室养护至规定龄期6-7。1）工作性能和力学性能测试。根据混凝土拌合物性能、物理力学性能相关标准推荐的方法测定混凝土工作
10、性能和力学性能，试件成型尺寸 100mm100mm100mm，标准养护龄期 7d、28d、采用 YAW-3000 型压力试验机测试不同龄期的各组试件抗压强度，最终抗压强度等于换算系数0.95 与测试数值的乘积。2）徐变与收缩测试。依据水工混凝土耐久性技术规范推荐的方法测定混凝土徐变和收缩，加载龄期为 3d、7d、28d、60d、90d、120d、150d、180d 等，所用到的仪器有 XBJ-500C 徐变测定仪、SW-F6 非接触式收缩变形仪等。2 试验结果分析2.1 新拌混凝土工作性能经检测，新拌混凝土的含气量、初凝时间和坍落度，如表 2 所示。结果表明，初始状态下新拌混凝土坍落度均处于
11、180220mm 之间，随着时间的延长 2h 经时损失均 25mm，表明拌合物具有良好的工作性能。表 2 新拌混凝土工作性能编号初凝时间/h含气量/%坍落度/mm出机1h2hC19.21.0210205205C210.41.0200200195C36.80.9180170160C46.80.9210200190C59.51.0220215205C68.61.0215200190C77.21.5200190180 37 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S
12、 c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）2.2 混凝土力学性能经检测，不同龄期的混凝土抗折、抗压、劈拉强度和静态弹性模量，如表 3 所示。结果显示，掺矿粉或粉煤灰混凝土的早期强度略低于未掺组，随养护龄期的延长混凝土强度明显增大，并逐渐接近未掺组。具体而言，混凝土抗折强度和劈拉强度均表现出波动变化趋势，这表明矿粉或粉煤灰对劈拉强度和抗折强度的促进作用存在一定的界限，超出该界限则表现出不利作用，即矿物掺合料具有最佳掺量8-9。同时，掺粉煤灰或矿粉组的后期强度较高，说明后期能够激发掺合料性能，如 C2、C3 组的 28d 抗折
13、和劈拉强度均高于其它组，表明矿物掺合料的掺入可以在一定程度上改善混凝土性能。虽然掺量较高时，矿粉或粉煤灰在一定程度上降低了抗压强度，但 C5 组的 28d 抗压强度试验数据仍达到 66.5MPa，可以达到设计强度要求。表 3 硬化混凝土力学性能编号28d 抗折强度/MPa28d 劈拉强度/MPa抗压强度/MPa静态弹性模量/GPa7d28d7d28dC16.54.757.176.248.151.6C27.05.855.273.046.552.4C37.86.054.677.846.649.5C47.16.242.870.243.450.7C56.85.750.466.542.149.2C67.
14、55.654.668.444.849.6C76.15.247.566.742.550.32.3 混凝土徐变和收缩性能随着养护龄期的延长混凝土徐变和收缩变化趋势如图 1 所示。050100150200250300037286090120150180360加载龄期/dC1C2C3C4C5C6C7收缩值/10-5 00.20.40.60.81037286090120150180360加载龄期/dC1C2C3C4C5C6C7收缩值/10-5(a)收缩值(b)徐变系数图 1 混凝土徐变和收缩变化趋势由图 1(a)可知不同配合比的混凝土收缩值存在明显差异，但整体变化趋势相同。具体而言，龄期 180d 以前
15、 C1 组试件的收缩值呈明显上升趋势，龄期达到 180d 后仍有缓慢上升趋势，而其它各组逐渐趋于稳定。因此，对单掺或双掺矿物掺合料，粉煤灰和矿粉均会在一定程度上降低试件收缩值，结合试验数据其减小幅度约为 30%。另外，将粉煤灰或矿粉等量替代水泥后可以发挥一定的填充和微珠效应，从而提高混凝土整体密实度；粉煤灰和矿粉参与二次水化，在硬化过程中发挥一定减水效果，使得结构致密性进一步提升。综上分析，在收缩值较小的条件下，以上两种因素共同改善了混凝土收缩性能，保证混凝土性能达到设计要求。由图 1(b)可知，结果显示除 C1 组外其它各组的徐变系数变化趋势基本相同，并且相同掺合料组的徐变系数相差不大。具体
16、而言，在龄期 60d 以前各组徐变系数均呈现出上升趋势，龄期达到 180d时徐变系数增长幅度放缓，超过 180d 时则基本维持稳定。依据表 3 试验数据，增加粉煤灰掺量会减（下转第 77 页）77 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）所产生的效果，对今后辽阳市经济社会发展规模及布局提出合理化建议。参考文献：1 李红艳.衡水湖水质氨氮污染状况分析 J.河南水利与南水北调.2021(03):34-35.小水胶比，并逐渐降低混凝土徐变系数。综上分析，粉煤灰和矿粉能够充分发挥其微集料效应，这种特殊的性能还存在一定的分散填充作用，掺入适量的矿粉和粉煤灰有利于改善混凝土密实性。研究认为，内部失水导致的孔壁压力改变是引起混凝土徐变和收缩现象的主要原因，说明孔壁压力的改变无法维持结构的整体稳定10。试验测定标养 28d 的混凝土试件徐变性能，结果表明
