高性能加浆变态混凝土研究

李鹤龄，王泽秀，王洪培

（1.河北金涛建设工程质量检测有限公司，石家庄 050021；2．河北省水利工程局安装处，石家庄 050021）

高性能加浆变态混凝土研究

李鹤龄1，王泽秀1，王洪培2

（1.河北金涛建设工程质量检测有限公司，石家庄 050021；2．河北省水利工程局安装处，石家庄 050021）

采用面层加浆变态混凝土做防渗体的全碾压坝，其变态混凝土性能的优劣，决定了该类结构能否具有理想的抗裂防渗效能。通过掺加HUEA膨胀剂并优化浆材配合比设计，可制取低干缩变形、高耐久性的变态混凝土，大幅度提高面层防渗结构的整体耐久性。

全碾压坝；变态混凝土；浆材；干缩变形；耐久性

全碾压面层加浆混凝土坝，加浆变态混凝土性能的优劣，决定了该类防渗结构的整体效能，而灰浆特性又是决定加浆变态混凝土品质的关键因素。

从坝体结构分析，全碾压坝横缝较少，因而对防渗体的变形性能提出较高要求。从材料特性方面看，碾压与加浆变态两类混凝土在变形性能上匹配性较差，前者胶体含量少变形量小，后者胶体含量高变形量较大。从气候环境看，我国北方地区干燥多风，容易产生干缩裂缝，据文献载，大气中混凝土干缩率一般为5×10-4～10×10-4，而剧烈温差变化所引起的冷缩变形又往往大于干缩变形。基于上述原因，均增大了该类防渗体产生裂缝的可能性。一旦裂缝产生，必然影响大坝的整体性及抗冻防渗效果，甚至会影响到建筑物的正常运行，造成难以估量的重大损失。

1 灰浆配制及特性研究

灰浆是加浆变态混凝土的重要组分，其材料选择与配合比设计不仅关系自身性能的优劣，更在很大程度上决定了加浆变态混凝土的特性和品质。

1.1 研究内容及方案

原材料为P.Ⅱ525R水泥，Ⅱ级粉煤灰，HUEA（高效）膨胀剂，DH4A缓凝减水剂，DH9引气剂。试验比较方案，采用正交设计法，选用L16（45）正交表（表1），对灰浆水胶比、粉煤灰掺量、HUEA掺量、DH4A掺量、DH9掺量5因素的容重、粘度、泌水率、结石强度等特性的影响进行了深入系统的研究。

表1 因素对浆材特性影响L16（45）正交因素水平表

1.2 试验结果及分析

1.2.1 水胶比

水胶比增大，灰浆泌水率显著增大，粘度、结石强度均大幅度降低。综合其对各项指标的影响，认为以不超过0.5为宜。此时灰浆泌水少，抗离析，具有较好的流变特性。更为重要的是水胶比控制不大于0.5，符合规范中高抗冻性混凝土的要求。

1.2.2 粉煤灰

灰浆粉煤灰掺量20%时，粘度最小，泌水率最低，具有最好的流变特性。

1.2.3 HUEA

HUEA掺量超过10%，灰浆结石强度显著降低。由此可知，加浆变态混凝土中HUEA掺量以不超过10%为宜。

1.2.4 DH4A

DH4A掺量变化对灰浆特性没有显著影响。其掺量可视加浆变态混凝土凝结时间需要选择，即可将其做为调凝剂使用。

1.2.5 DH9

从灰浆容重随DH9引气剂掺量提高而降低的情况看，说明其中含气量随之提高。因此可以认为，在灰浆中掺加适量引气剂，是改善加浆变态混凝土抗冻耐久性的有效途径。

2 有关因素对加浆变态混凝土特性影响研究

2.1 原材料及碾压混凝土配合比

胶凝材料如前所述。骨料为中河砂，最大粒径40mm卵石，级配中∶小=55∶45。碾压混凝土配合比见表2。

表2 碾压混凝土配合比

2.2 研究方案、考查项目及结果分析

研究方案采用正交设计法，选用L9（34）正交表。主要考查加浆量（灰浆与碾压混凝土重量比），灰浆的水胶比、粉煤灰掺量、HUEA掺量4因素，对加浆变态混凝土强度、干缩变形及抗冻性的影响，各因素水平安排见表3。

表3 因素对加浆混凝土特性影响L9（34）正交因素水平表

研究结果表明：

（1）坍落度。坍落度是反映加浆变态混凝土流变特性的主要指标，其主要影响因素为加浆量。当加浆量为6%时，坍落度为1.5～3.9cm，较为适宜。

（2）含气量。含气量波动范围3.2%～4.2%，说明因素变化对其有一定影响但并不显著。

（3）干缩变形。灰浆中HUEA掺量提高，加浆变态混凝土各龄期干缩值均显著降低，基本上呈直线关系。与不掺相比，灰浆中HUEA掺量35%，控制加浆量

4%～8%，则加浆变态混凝土中的HUEA掺量为4.3%～12.3%，其各龄期干缩值约降低20%～45%。

（4）抗压强度。灰浆水胶比增大，粉煤灰掺量增加，加浆变态混凝土强度随之降低。但加浆变态混凝土的强度均较高，90d龄期接近或超过40MPa。

（5）抗冻性。各类加浆变态混凝土抗冻性均达到F1000以上的高水平。在考查的各因素中，以HUEA掺量对抗冻性影响最为显著，随着掺量增加，加浆变态混凝土的抗冻性明显提高。

3 不同类别混凝土特性比较

为论证用高品质加浆变态混凝土取代常态混凝土做全碾压坝防渗面层的可行性，进行了普通加浆混凝土、补缩 （掺HUEA）加浆混凝土与常态、碾压混凝土特性比较。考查的主要项目为空气含量与气泡特征、强度、干缩与湿胀变形、抗冻性等，其主要成果见表4。

由表4可知：

（1）硬化混凝土的气泡特征。与碾压混凝土相比，加浆类混凝土气泡个数显著增加，气泡间距明显减小，将有利于提高其抗冻性。

（2）抗压强度。三级配常态混凝土90d龄期抗压强度为25.6MPa。与之相比，三级配加浆类混凝土提高51%～64%，二级配加浆类混凝土提高60%～66%。

（3）干缩变形。与三级配常态混凝土相比，普通加浆混凝土3d干缩量有所降低，7d龄期干缩量与之相近似；掺HUEA补缩加浆混凝土的干缩量则大幅度降低，三级配补缩加浆混凝土，3d干缩量降低96%，7d干缩量降低40%。二级配补缩加浆混凝土，3d干缩量降低77%，7d干缩量降低24%。

据此，掺加HUEA膨胀剂的补偿收缩加浆混凝土，必将大大降低早期产生干缩裂缝的可能性。

（4）抗冻性。与三级配常态混凝土相比，加浆类变态混凝土的抗冻性提高约一倍，抗冻标号达到F1000水平。

表4 不同类别混凝土特性比较

4 结语

（1）灰浆特性是决定加浆变态混凝土品质的关键因素，加浆量变化对其没有显著的影响。因此，控制浆材品质就是控制加浆变态混凝土质量。

（2）优选原材料并优化配合比设计，可制取高性能加浆变态混凝土。特别是通过在灰浆中掺加HUEA膨胀剂与DH9引气剂，使之具有了良好的补缩和补气效应，对加浆变态混凝土起到了显著的改性作用，有效降低了早期干缩量，显著提高了强度及抗冻耐久性。

［1］河北省水利工程局.全碾压面层加浆混凝土坝耐久性研究报告［D］.1998.

［2］关英俊，范沈抚.关于水工混凝土的耐久性问题［J］.水利发电，1989（3）.

［3］柏宝忠，王以仁.影响水工建筑物耐久性的主要因素及预防对策［J］，水利水电技术，2004，35（10）.

［4］中国水利发电工程学会，国际大坝委员会，中国电力企业联合会.国际碾压混凝土坝学术讨论会论文集［D］.1991.

［5］DL/T5112—2000，水工混凝土碾压施工规范［S］.

TV43

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1672-9900（2010）03-0007-02

2010-04-30

李鹤龄（1951-），男（汉族），河北衡水人，高级工程师，主要从事水利工程施工及检测试验工作，（Tel）13081097792。