转运时间和高度差对输电工程混凝土性能的影响

许涛 ，朱兆辉 ，陈诚 ，高建明

（1.中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 211102；2.东南大学材料科学与工程学院，江苏 南京 211189）

0 引言

近几年随着国家经济的快速发展， 各地对输电量要求越来越高， 各个地区的输电线路也在快速增加， 而其中起着根基作用的输电工程混凝土决定了整体工程的施工进度。 本试验以长三角地区输电工程基础混凝土的施工为背景， 研究其施工过程中混凝土转运时间和高度差对混凝土工作性和强度等的影响， 对输电工程混凝土的工程指标提出了更加具体的要求。

1 试验原材料及试验方法

1.1 原材料

水泥采用海螺集团中国水泥厂生产的P·O 42.5 级水泥；粗集料采用5～25 mm 连续级配碎石，泥块含量≤0.5%，含泥量≤1%，表观密度为2 810 kg/m3；细集料采用天然砂，细度模数为2.36，泥块含量≤0.7%，含泥量≤1.5%；减水剂采用江苏苏博特新材料股份有限公司的聚羧酸型高性能减水剂（液态），减水率约20%，固含量10%；混凝土拌和用水为自来水。

1.2 配合比

试验所用混凝土配合比如表1 所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

1.3 试验过程与方法

试验过程：设置三个运输时间（40 min、80 min、120 min）、两个转运高度差（2 m、3 m），具体方案如表2 所示。在20 ℃、相对湿度60%的环境下，测试转运后混凝土的坍落度及混凝土相应龄期 （7 d、14 d、28 d、60 d）的抗压强度，取对应条件下的试块制备压汞及扫描电镜试样。

主要设备：环境模拟试验箱、温湿度传感器、压力试验机、坍落度筒、直尺、混凝土搅拌机、场发射环境扫描电子显微镜、全自动压汞仪等。 环境模拟试验箱可达到的模拟条件为5～80 ℃， 相对空气湿度40%～95%，温度均匀度≤1 ℃，温度偏差±1 ℃，相对空气湿度偏差±2%。

表2 试验方案

试验方法： 混凝土的工作性能依据GB/T 50080—2016 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》 进行， 混凝土的抗压强度依据GB/T 50107—2010《混凝土强度检验评定标准》进行，采用压汞仪测试混凝土的孔隙率， 采用SEM 观察混凝土水化产物的微观形貌。

2 结果与讨论

2.1 运输时间和转运高度差对混凝土工作性能的影响

混凝土运输时间和转运高度差对混凝土坍落度的影响如图1 所示。试验结果表明，混凝土的坍落度损失量随着运输时间的延长越来越大， 损失速率也越来越快； 混凝土的坍落度损失量随着转运高度的增加而变大， 运输时间对混凝土坍落度损失的影响高于转运高度差对混凝土坍落度的影响。 混凝土运输时间在40 min 内且转运高度差在3 m 内，混凝土坍落度损失能控制在10%以内； 当混凝土运输时间达到80 min 时， 混凝土的坍落度损失比在15%~25%，此时混凝土的工作性能较差，不能直接用于输电工程基础的浇筑， 需经过后加外加剂及再搅拌等方式处理；而当混凝土运输时间超过120 min 后，混凝土的坍落度损失超过35%， 不能用于输电工程基础的浇筑。

图1 混凝土运输时间和转运高度差对混凝土坍落度的影响

运输时间加长，坍落度损失速率逐渐加快。 主要原因是水泥水化水分逐渐被消耗，另一方面是因为水分的快速蒸发。而转运高度差的增加会造成混凝土的浆体不能充分包裹住砂子和石子，容易造成离析现象，会致使混凝土的流动性变差，从而出现坍落度损失变大。

2.2 运输时间和转运高度差对混凝土强度的影响

混凝土运输时间和转运高度差对混凝土强度的影响如表3、图2 所示。 试验结果表明，混凝土强度随着运输时间的延长逐渐降低且速率越来越快，整体呈现的规律是在14 d 时强度损失比达到最大值，而后逐渐减小；混凝土的强度随着转运高度差的增加而逐渐降低。 混凝土坍落度损失控制在10%以内时，混凝土的强度损失在7%以内；当坍落度损失在15%~25%时，即运输时间在80～120 min时， 转运高度差对混凝土强度的影响逐渐增大，尤其是14 d 的混凝土强度，强度损失比从12.67%升至17.43%， 此时的混凝土不仅工作性不能满足施工要求，甚至强度也不能在规定龄期内达到输电工程基础混凝土的规定强度。而当混凝土运输时间达到 120 min 时， 混凝土强度在 7 d、14 d、28 d、60 d都有超过11%的损失， 在14 d 时强度损失达到最高至24.67%。

表3 各条件下混凝土强度损失比与龄期的关系

图2 混凝土运输时间和转运高度差对混凝土强度的影响

运输时间越长、转运高度差越大，就会导致混凝土的坍落度损失越大， 在成型时由于混凝土工作性较差， 致使混凝土浇筑与振捣较难达到理想效果，难以保证混凝土的密实程度，致使混凝土各龄期的强度减小；另外，在混凝土处于低湿环境下且未采取其它增湿措施的情况下， 缺水的混凝土不易从外界吸取足量的水分保证其强度正常发展。 不同施工条件下的混凝土在14 d 时的强度损失比最大，这是因为混凝土前期失水过多，工作性较差，导致混凝土内部结构较脆弱，而后随着龄期的增长，水化程度增大，内部结构更加密实，较基准混凝土强度损失越小。

2.3 微观形貌和孔结构表征

图 3、4 分别是从混凝土 C-20-0、C-20-6 内部取样经过处理得到的内部形貌图。 3 d 时混凝土的水化产物较多，直接成型的混凝土C-20-0 的水化产物已经开始密实堆积，而经过转运120 min 及转运高度差为3 m 的混凝土C-20-6 的水化产物还处于快速生长阶段， 针棒状的AFt 与呈团絮状的C-S-H 凝胶已经初呈规模，但界面处还较为松散；28 d 时混凝土的水化产物布满视野， 混凝土C-20-0 的初步视野中可以看到密实堆积的Ca（OH）2及凝胶产物，混凝土C-20-6 的水化产物堆积也比较密实， 界面处还可看到一些未完全成长的凝胶层。 因此也可验证混凝土C-20-0 所处各个龄期时的强度均高于混凝土C-20-6。

图3 混凝土C-20-0 3 d（左）、28 d（右）内部形貌

图 4 混凝土 C-20-6 3 d（左）、28 d（右）内部形貌

图 5、6 分别是从混凝土 C-20-0、C-20-6 内部取样经过处理得到的可积孔径分布图和混凝土样品孔体积占比图。 从图5 中可明显看出，随着龄期的增长，C-20-0 的最可积孔径从3 d 时的77 nm 至28 d 时的 50 nm，C-20-6 的最可积孔径从 3 d 时的80 nm 缩小至28d 时的51 nm，这表明水化在持续进行， 水化产物在填充混凝土的内部孔隙；C-20-0 的最可积孔径在早期3 d 和后期28 d 都比C-20-6 的最可积孔径小， 说明经过转运120 min及转运高度差为3 m 的转运过程后， 混凝土内部的孔隙结构受到一定影响，即大孔数量增加、小孔数量减少。

为了表征样品的孔径分布变化，将<50 nm 的孔径称为小孔，其中<20 nm 的孔称为无害孔；50～100 nm 的孔称为中孔；>100 nm 的孔称为大孔[1-3]。 从图 6 中可以看出，混凝土3 d 后的中小孔体积占比均超过85%，占比最高的是28 d 的混凝土C-20-0，达到了91%。 随着龄期的增长，中小孔的体积分数都在增加， 其中小孔的数量增长速度最快。 混凝土C-20-0 的3 d、28 d 的小孔体积分数百分比都超过混凝土C-20-6 的小孔体积分数百分比， 混凝土C-20-0 28 d 时的小孔体积分数百分比达到60%。

图5 混凝土可积孔径分布

图6 混凝土样品孔体积占比

混凝土C-20-0 和混凝土C-20-6 的强度发展变化，与其内部水化程度和孔结构具有一定的相关性，即在配合比及养护环境相同的情况下，小孔体积百分比占比越高，水化产物堆积越密实，混凝土强度越高。

3 结论

（1）混凝土的坍落度损失不仅与运输时间相关，转运高度差也对坍落度有一定影响，运输时间越长影响越大。

（2）混凝土强度随着运输时间的延长逐渐降低且降低速率越来越快； 强度损失比在14 d 时达到最大值，而后逐渐减小；混凝土的强度随着转运高度差的增加而逐渐降低。

（3）经过转运时间120 min、转运高度差为3 m的转运过程之后，混凝土3 d 时中孔、大孔体积占比相较于对照组增加了4%，28 d 时中孔、 大孔体积占比扩大至6%，混凝土28 d 强度也相应地降低了15%。