孫曉奇 ，朱甲學，方祖光 ，李艷萍 ，馬智法

（1.中國水利水電第二工程局有限公司，北京 100011；2.水利部寒區(qū)工程技術研究中心，吉林 長春 130061）

蒲石河抽水蓄能電站下水庫閘墩采用預應力混凝土澆筑，與常規(guī)混凝土相比，預應力混凝土具有混凝土標號高、水泥用量高、膠凝材料用量高等特點，從而導致混凝土澆筑后水化熱溫升較高、干縮較大，存在開裂危險。結合蒲石河抽水蓄能電站下水庫閘墩的各項技術要求進行混凝土抗裂技術研究，通過采用摻合料雙摻、三摻及摻粉煤灰前期性能激發(fā)等新技術手段，研究不同膠凝材料組合變化對混凝土性能的影響，以達到降低混凝土因原材料、配合比等問題而導致開裂，增加結構耐久性能的目的。

1 技術路線

混凝土開裂的原因復雜,是多方面因素共同作用的結果。根據(jù)已經(jīng)掌握的資料，目前工程界防止或控制混凝土裂縫的措施主要有以下幾種：

1）從設計角度對結構合理分縫并配置抗裂筋。

2）從科研角度對混凝土原材料和配合比進行優(yōu)化選擇。

3）從施工角度對混凝土的拌和溫度、入倉溫度、最大溫升、內外溫差及降溫速率進行控制。在該次研究試驗中，主要通過采用混凝土原材料優(yōu)選、配合比優(yōu)化、摻合料組合優(yōu)化等研究手段，優(yōu)化混凝土材料自身抗裂性能。

考慮大體積混凝土抗裂性能影響因素，確定這次大體積混凝土抗裂性能研究指導思想為：在混凝土性能滿足設計要求的前提下，采用合理的膠凝材料組合和適當減少單方水泥用量，實現(xiàn)降低水化熱溫升，提高混凝土極限拉伸性能，減小混凝土干縮，從而提高混凝土抗裂性能。實施過程中具體摻合料組合方案及相應機理見表1。

表1 摻合料組合方式

2 原材料選擇和配合比

2.1 原材料

1）水泥。采用撫順水泥有限責任公司生產的渾河牌P·MH42.5級中熱硅酸鹽水泥，水泥各項指標滿足國標要求。

2）粉煤灰。采用丹東華丹粉煤灰有限公司生產的粉煤灰，粉煤灰各項性能均滿足DL/T5055-2007《水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范》要求。

3）粉煤灰激發(fā)劑。粉煤灰激發(fā)劑可以加快粉煤灰的水化速度，有效提高大摻量粉煤灰混凝土的前期性能。且可起到控制高性能混凝土水化熱溫升的作用。這次研究粉煤灰激發(fā)劑采用甘肅巨才電力技術有限責任公司生產的HF外加劑。

4）膨脹劑 。采用新中州HEA-1膨脹劑，作為這次研究用膨脹劑。

5）硅粉 。采用挪威?？霞瘓F材料公司生產的硅粉。

6）外加劑。聚羧酸系高效減水劑，采用陶正化工（上海）有限公司生產的SR3超塑化劑；萘系減水劑，采用北京筑之壩混凝土材料有限公司生產的ZB-4高效引氣減水劑。

7）纖維。采用江蘇丹陽合成纖維廠生產的丹強絲。

8）骨料。采用蒲石河抽水蓄能電站現(xiàn)場生產各種骨料，天然砂及粗骨料品質均符合DL/T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》的規(guī)定。

2.2 配合比

大體積防裂混凝土在滿足設計要求的強度、抗凍、抗?jié)B等級的前提下，必須盡可能的降低水泥用量及混凝土膠骨比。綜合考慮骨料級配、砂率、水膠比、用水量、粉煤灰摻量、膨脹劑摻量等對混凝土性能的影響，該次研究二級配、三級配混凝土配合比如表2、表3所示。

3 試驗結果及分析

該次研究的各組配合比抗凍抗?jié)B、抗凍性能試驗均滿足工程設計要求，這部分主要針對防裂技術進行抗壓強度、極限拉伸、混凝土干縮的試驗成果分析。

3.1 抗壓強度

在工程應用中，混凝土抗壓強度是評價混凝土性能的基礎，同時也是評價混凝土性能的重要參考因素。骨料級配、水膠比、外加劑品種、摻合料品種及摻量等因素均能對混凝土抗壓強度性能產生較大影響，在這次試驗研究中，著重比較了不同外加劑品種及不同摻合料組合條件下混凝土的抗壓強度性能變化。

經(jīng)比較得出如下結論：改變摻合料組合，混凝土抗壓強度存在較大差異，其中粉煤灰+激發(fā)劑、粉煤灰+硅粉混凝土抗壓強度相對較高，較基準混凝土及粉煤灰混凝土略有提高，其余膠材摻合料組合混凝土28 d抗壓強度之間的差異并不明顯。當混凝土配合比各相關參數(shù)基本相同時，外加劑為SR3的混凝土抗壓強度，略高于外加劑為ZB-4的混凝土，但是當在混凝土中摻入纖維后，采用ZB-4外加劑的混凝土抗壓強度，反而高于采用SR3外加劑的混凝土。

表2 二級配混凝土試驗配合比

表3 三級配混凝土試驗配合比

3.2 混凝土極限拉伸

極限拉伸值作為混凝土抗裂性指標，在其它條件相同時，混凝土的極限拉伸值越高，其抗裂性越好。在宏觀層面上，混凝土極限拉伸性能主要受混凝土骨料性能、水泥石性能及膠骨比的影響。試驗結果見表明，當外加劑采用SR3時，混凝土的極限拉伸值略優(yōu)于采用ZB-4的混凝土，但是其整體差異并不大。纖維的摻入，對混凝土的28 d極限拉伸性能影響不大。

3.3 混凝土干縮

解決混凝土干縮的主要路徑為：①摻入適量膨脹劑，補償部分混凝土收縮；②優(yōu)化混凝土膠材組合，提高水泥石的內部密實度；③選擇適當?shù)耐饧觿┢贩N。當摻合料組合為粉煤灰+膨脹劑時，混凝土干縮值最小，基準混凝土干縮值最大，其余摻合料組合的混凝土干縮值介于二者之間。與基準混凝土相比，粉煤灰+膨脹劑混凝土28 d干縮率降低約20%，60 d干縮率降低約23%。與粉煤灰混凝土相比，粉煤灰+膨脹劑混凝土28 d干縮率降低約12%，60 d干縮率降低約20%。同時外加劑品種對混凝土干縮性能也有較大影響。采用SR3外加劑配制的混凝土干縮性能，優(yōu)于采用ZB-4配制的混凝土，其28 d，60 d干縮率比ZB-4混凝土降低約20%。

4 混凝土抗裂技術最佳方案選擇

在混凝土抗壓強度、抗?jié)B、抗凍性能滿足工程要求的前提下，大體積混凝土抗裂技術最佳方案的選擇主要是比較各方案通過混凝土干縮、極限拉伸和水化熱溫升計算所得單位線性變化值，選擇其最小值作為最優(yōu)方案。

通過計算，得出不同配合比混凝土的單位線性變化值，具體計算結果見圖1、圖2。

綜合分析圖1、圖2，采用聚羧酸系高效減水劑采用陶正化工（上海）有限公司生產的SR3超塑化劑，萘系減水劑采用北京筑之壩混凝土材料有限公司生產的ZB-4高效引氣減水劑，摻合料組合為粉煤灰+膨脹劑，無需摻合纖維時單位線性變化值最小，推薦其為最優(yōu)抗裂技術方案。

圖1 二級配混凝土28 d單位線性變化值分析圖

圖2 三級配混凝土28 d單位線性變化值分析圖

5 結語

結合工程實際在其它各項性能滿足設計要求的前提下，根據(jù)試驗研究結果得出，粉煤灰+膨脹劑的摻合料組合混凝土抗裂性能，優(yōu)于其它摻合料組合的混凝土。在施工過程中應注意原材料的稱量精度，尤其應控制水泥、粉煤灰、外加劑的稱量精度，避免混凝土質量出現(xiàn)較大波動，同時，應采取適當措施降低混凝土拌合物澆筑溫度和注意閘墩混凝土施工后近期和長期養(yǎng)護，從而盡可能降低混凝土內外溫差，以防止水分散失，避免由于溫度和濕度梯度產生裂縫。