尼克水电站骨料针片状颗粒对混凝土性能的影响

王兆云

(新疆水利水电勘测设计研究院,新疆 乌鲁木齐　830000)

1　料场概况

尼克水电站工程主要由拦河引水渠首、引水渠及发电系统组成。电站引水线路总长约31 km,总装机容量为200 MW,引水设计流量为130 m3/s,工程规模为Ⅲ等中型工程。

其中C6料场处于引水线路中后段的尼克河床内,距渠线约450 m,距发电厂房约6.5 km,料场总储量约140万m3,是电站引水渠后段和厂房较合适料原。根据试验成果,料场砾石作为粗骨料,针片状颗粒含量18.1%～23.4%,平均值21.5%,超出规范要求,按照有关规范和规程,应对C6料场进行配合比专题试验研究后,才能确定该料场作为骨料的可行性。

2　研究思路和意义

骨料是水泥混凝土材料的重要组成部分,通常占混凝土总体积的70%以上,而粗集料颗粒有浑圆状、多棱角状、针状和片状四种类型的形状。其中,较好的是接近球体或立方体的浑圆状和多棱角状颗粒[1]。而呈细长、扁平的针状和片状颗粒对水泥混凝土的和易性、强度和稳定性等性能有着不良影响,因此,在骨料中应限制针片状颗粒含量。

目前国内研究针片状颗粒对C30和C50混凝土性能影响较多,对C20混凝土的研究较少,根据宋伟等对C30和C50混凝土的研究结果表明:针片状含量的变化,无论是对低强度等级的C30混凝土还是对高强度等级的C50混凝土的工作性能都有着一定的影响,针片状含量对试验的两个强度等级混凝土的抗压强度也有较大影响,尤其是针片状含量超过16%之后,随含量增加,混凝土的抗压强度降低明显[2]。

本文采用不同针片状含量粗骨料所配制的C20强度等级的混凝土,粗骨料针片状颗粒含量分别控制在5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%进行配合比试验,研究随着针片状颗粒含量的增加,混凝土强度和耐久性的变化趋势,初步探讨粗骨料中针片状颗粒含量对C20混凝土性能所产生的影响,为工程混凝土骨料场的选择提供参考。

3　混凝土原材料

混凝土试验采用的是新疆天山水泥厂生产的P·O42.5水泥。其水泥物理、力学性能检测结果见表1。

试验采用的是新疆新华天粉煤灰技术开发有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰,其技术性质检测结果见表2。

配合比采用五杰外加剂厂生产的PMS-NEA3引气剂和NF-1高效减水剂。

试验细骨料采用C6料场筛分水洗后的砂,含泥量为1.5%,细度模数3.08。粗骨料采用C6料场筛分后的5～20 mm,20～40 mm两种规格的砾石。所用的针片状颗粒从原料中人工挑拣出来。不同含量的针片状颗粒数量就在自然条件下针片状颗粒含量的基础上,按不同单粒级的比例,通过计算确定各单粒级骨料需要增加的针片状颗粒数量。

表1　水泥性能检测结果

表2　粉煤灰物理、化学性能检测结果

4　混凝土配合比试验

此次配合比试验拟定二级配混凝土：小石∶中石=40∶60,水胶比0.45,胶材中掺20%的Ⅰ级粉煤灰,砂率为32%～33%,相对应每组配合比胶凝材料用量相同,用水量相同,坍落度和含气量控制在基本相同的范围内,以保证试验在基本相同的条件下试验数据更加准确,更有针对性和可比性。混凝土配合比试验成果见表3,混凝土力学性能试验成果见表4。

表3　配合比原材料用量表

表4　不同针片状含量混凝土力学性质及抗冻试验成果表

5　试验成果分析

5.1　针片状颗粒含量对混凝土拌合物工作性能的影响

由表3的结果可以看出,随着骨料中针片状含量的增加,混凝土拌合物的坍落度总体呈降低趋势,其最小值仍在工程要求的范围内,但在针片状含量<25%时降低趋势不明显,>25%时呈现出较明显的降低趋势。这是因为,针片状颗粒比表面积大,吸水性强,从而使混凝土拌合物坍落度降低,粘聚性变差,并且由于针片状颗粒与其周围骨料的嵌挤咬合力弱而使得混凝土拌合物有一定的离析趋势,从而降低混凝土的流动性。而含气率则变化不大,说明针片状颗粒的影响存在但不明显。

5.2　针片状颗粒含量对混凝土力学性能的影响

抗压强度是混凝土的最基本性能,混凝土的强度主要取决于凝胶体孔隙率或胶空比,作为一种多相复合材料,虽然硬化水泥石在很大程度上决定着混凝土的强度,但骨料也是混凝土不可忽视的组成部分,对混凝土的强度也会产生较大的影响。骨料中针片状颗粒存在,直接影响了骨料的压碎值指标,也就是降低了骨料本身的强度,而且针片状颗粒的增多使得孔隙率变大,并容易在片状颗粒下面富集过多的自由水,形成水囊,造成水泥浆与骨料的黏结减弱,水泥浆的实际水灰比也因为多余水分的存在而大于本体中的水灰比,从而使得该部分的水泥石结构比较疏松,强度较低[3]。

从图1、图2和表4可看出,对于C20混凝土来说,随着针片含量的增加混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度呈下降趋势。但是在骨料针片状颗粒含量<25%时,针片状颗粒含量每增加5%,28 d抗压强度减小幅度约1%～3%,针片状颗粒对混凝土抗压强度的影响不占主导地位;但随着针片状颗粒含量>25%后,随着针片状颗粒含量的增加混凝土抗压强度下降较为明显,针片状颗粒含量每增加5%,28 d抗压强度减小幅度约5%～10%,当针片的含量在30%时,28 d抗压强度值下降了17%左右,当针片的含量在35%时,28 d抗压强度值下降了21%左右。

图1　不同针片状含量时混凝土的抗压强度

图2　不同针片状含量时混凝土的劈拉强度

5.3　针片状颗粒含量对混凝土抗冻性能的影响

从表4的冻融循环试验可看出,随着针片状颗粒的增加混凝土的冻融质量损失略有降低,而动弹性模量损失的变化不明显,也就是说骨料中针片状颗粒的存在对混凝土的抗冻性影响不大。

5.4　掺合粉煤灰对混凝土性能的影响

从表3、表4可看出,原料掺加20%粉煤灰后,混凝土坍落度比原料不掺降低了30 mm,工作性能明显变差,说明粉煤灰的掺入工作性能影响较大;混凝土抗压强度与原料相比基本没有变化,混凝土的抗压强度指标基本没有影响;而劈裂抗拉强度和抗冻性指标与原料相比均有所降低,但降低幅度不大,说明粉煤灰的掺入对劈裂抗拉强度和抗冻性有一定的影响,但影响不大。

6　结语

(1)随着骨料中针片状含量的增加,在针片状含量<25%时降低不明显,>25%时呈现出较明显的下降趋势,混凝土的工作性能从整体上开始有较明显的降低;

(2)对于C20混凝土来说,随着针片含量的增加混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度呈下降趋势。但在骨料针片状含量<25%时,针片状颗粒对混凝土抗压强度的影响不大;针片状含量>25%后,混凝土的抗压开始明显降低,降幅在5%～10%;

(3)随着针片状颗粒的增加混凝土的冻融质量损失略有降低,动弹性模量损失不明显,针片状颗粒的存在对混凝土的抗冻性影响不大;

(4)掺入20%的粉煤灰对混凝土的抗压强度基本没有影响,对劈裂抗拉强度和抗冻性有一定的影响,但影响不大;但是粉煤灰的掺入会使混凝土工作性能明显变差;

(5)有效控制粗骨料针片状含量,不仅便于施工,更有利于提高建筑工程质量。综合考虑混凝土的工作性能和强度,对于C20混凝土粗料针片状颗粒含量则应控制在25%以内。

参考文献:

[1]宋伟.机制集料对混凝土性能影响的试验研究[D].大连：大连理工大学,2007.

[2]张景琦，江守恒，朱卫中.粗骨料针片状含量对泵送混凝土性能影响[J].低温建筑技术，2009(3)：15-16.

[3]宋伟,赵尚传,殷福新,等.粗集料针片状颗粒含量对混凝土工作性及力学性能影响的研究[J].公路交通科技,2007(11)：93-96.