吳建勇

（麗水利源工程咨詢有限公司，浙江麗水323000）

0 前言

混凝土原材料的選用對(duì)混凝土的性能有著十分重要的影響。巖寨電站大壩工程混凝土原材料的選用均嚴(yán)格按國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，嚴(yán)把材料使用關(guān)，對(duì)混凝土工程使用的水泥、粉煤灰、粗細(xì)骨料、外加劑及水等進(jìn)行了有效的監(jiān)控，并重點(diǎn)對(duì)混凝土原材料在混凝土水化熱溫升方面的影響進(jìn)行了研究。

巖寨電站大壩工程混凝土原材料中水泥主要采用中熱水泥，通過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)和應(yīng)用，中熱水泥混凝土施工技術(shù)已十分成熟，取得了良好的效果。混凝土水化熱溫升主要取決于水泥用量，為進(jìn)一步降低混凝土水化熱溫升，減小混凝土內(nèi)外溫差，防止溫度裂縫產(chǎn)生，對(duì)該工程采用的混凝土配合比進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。

為了解不同的水泥品種和混凝土水化熱溫升之間的關(guān)系，豐富和提高大體積混凝土大壩綜合防裂施工技術(shù)，在該工程施工過(guò)程中，對(duì)使用的幾種標(biāo)號(hào)的混凝土采用了摻低熱水泥混凝土施工。從現(xiàn)場(chǎng)施工的情況看，摻低熱水泥混凝土除了早期強(qiáng)度較低、冬季低溫季節(jié)對(duì)施工有一定影響外，其余均能滿足設(shè)計(jì)要求。從采用摻低熱水泥澆筑的壩段內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)成果看，混凝土拌制時(shí)摻用低熱水泥，在混凝土水化熱溫升方面優(yōu)于中熱水泥，更利于混凝土內(nèi)部溫度控制，為大體積混凝土快速施工提供了有力的保障。

1 混凝土原材料研究

1.1 水泥

巖寨電站大壩工程混凝土原材料中水泥主要采用中熱水泥，為了解不同的水泥品種和混凝土水化熱溫升之間的關(guān)系，在右非2號(hào)壩段混凝土施工時(shí)改用低熱水泥混凝土。同時(shí)，進(jìn)行了中熱水泥和低熱水泥強(qiáng)度及水化熱對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

由表1可以看出：低熱水泥3 d強(qiáng)度較低，28 d強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計(jì)要求；低熱水泥水化熱比中熱水泥低，混凝土水化熱引起的溫升較小。為了解低熱混凝土內(nèi)部水化熱溫升，在右非2號(hào)壩段采用低熱水泥混凝土施工的部位埋設(shè)了溫度計(jì)進(jìn)行溫度觀測(cè)，并與右非2號(hào)壩段同期、同標(biāo)號(hào)中熱水泥混凝土中埋設(shè)的溫度計(jì)觀測(cè)成果進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)顯示：低熱水泥混凝土水化熱最高溫升為22.5℃，出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第7天，而中熱水泥混凝土水化熱最高溫升為24.2℃，出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第5天；從溫度變化過(guò)程來(lái)看，低熱水泥混凝土內(nèi)部溫度發(fā)展規(guī)律和中熱水泥基本一致，但低熱水泥混凝土早期溫度全程均低于中熱水泥混凝土，最高溫度也低于摻中熱水泥混凝土。溫度觀測(cè)成果見圖1。

表1 中熱水泥和低熱水泥強(qiáng)度、水化熱試驗(yàn)成果Table 1:Test results of intensity and hydration heat of moderate heat and low heat cement

試驗(yàn)證明：采用低熱水泥混凝土比相同要求的中熱水泥混凝土水化熱最高溫升平均低2℃～3℃，有利于控制大體積混凝土內(nèi)部溫度，采用低熱水泥對(duì)大體積混凝土內(nèi)部溫度控制更為有利。低熱水泥混凝土后期強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，并略高于中熱水泥混凝土，但由于低熱水泥混凝土早期強(qiáng)度較低，在該地區(qū)冬季低溫季節(jié)施工時(shí)，對(duì)混凝土水平縫面沖毛及模板施工存在一定影響，在夏季高溫季節(jié)可推廣使用。

1.2 外加劑

圖1 低熱和中熱水泥混凝土內(nèi)部溫度觀測(cè)成果圖Fig.1 Observation result of interior temperature of low heat and moderate heat cement

外加劑是在混凝土拌制時(shí)摻入，用以減少用水量、改善混凝土性能的物質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)展為拌制混凝土不可缺少的組分，其品質(zhì)的優(yōu)劣將直接影響到混凝土質(zhì)量、施工進(jìn)度和工程造價(jià)。選用品質(zhì)優(yōu)良、減水率高的外加劑是降低混凝土用水量的重要措施，利用高效減水劑能大幅度降低水泥用量，有效減少水化熱對(duì)混凝土產(chǎn)生的溫升。外加劑的選擇已成為混凝土配合比設(shè)計(jì)中優(yōu)選原材料的重要內(nèi)容。為適應(yīng)巖寨電站大壩工程施工澆筑強(qiáng)度高、倉(cāng)面大的特點(diǎn)，需選用緩凝高效減水劑；對(duì)于有抗凍、抗?jié)B要求的混凝土，還需在混凝土中摻用引氣劑以引入結(jié)構(gòu)合理的氣泡，使混凝土達(dá)到合適的含氣量。在巖寨電站大壩工程主要標(biāo)號(hào)混凝土配合比試驗(yàn)中，于2004年10月選用JG3、ZB-1A高效緩凝減水劑及Air202引氣劑進(jìn)行了全面試驗(yàn)；2005年2月又摻用X404、JM-ⅡC高效緩凝減水劑及Air202引氣劑再次進(jìn)行了混凝土配合比全面試驗(yàn)。

（1）減水劑

摻外加劑（ZB-1A、JG3、JM-Ⅱ、JM-ⅡC、X404-C五種減水劑）混凝土性能試驗(yàn)按照國(guó)標(biāo)GB8076-97《混凝土外加劑》一等品進(jìn)行，其中試驗(yàn)采用華新中熱525號(hào)水泥，水泥用量330±5 kg/m3，巴拉河人工骨料，砂FM=2.72，砂率40%，坍落度7～9 cm?；鶞?zhǔn)混凝土用水量195 kg/m3，坍落度8.7 cm，摻減水劑混凝土通過(guò)調(diào)整用水量，控制坍落度在7～9 cm范圍內(nèi)，然后進(jìn)行了減水率、和易性、含氣量、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度比（3 d、7 d、28 d）試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

根據(jù)混凝土施工的需要，對(duì)摻ZB-1A、JG3、JM-ⅡC、X404-C四種減水劑混凝土拌和物進(jìn)行了坍落度損失試驗(yàn)，試驗(yàn)按照SD105-82《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》附錄“混凝土配合比設(shè)計(jì)方法”進(jìn)行。其中試驗(yàn)采用華新中熱525號(hào)水泥、鄒縣Ⅰ級(jí)粉煤灰、巴拉河人工骨料，水灰比為0.55，粉煤灰摻量40%，砂率26%，坍落度3～5 cm，Air202摻量0.025%，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2的試驗(yàn)結(jié)果表明：ZB-1A、JG3、X404-C、JM-ⅡC、JM-Ⅱ五種減水劑均滿足GB8076-97《混凝土外加劑》性能要求。JG3與ZB-1A在0.6%摻量時(shí)，混凝土拌和物和易性接近，JM-ⅡC、JM-Ⅱ減水率相對(duì)較高，外加劑試拌的混凝土均可滿足混凝土和易性要求；X404在0.4%摻量時(shí)，與ZB-1A和JG3摻0.6%、JM-ⅡC和JM-Ⅱ摻0.5%試拌的混凝土拌和物和易性能接近，能滿足混凝土拌和物的要求。

表3試驗(yàn)結(jié)果表明：摻ZB-1A、JG3、JM-ⅡC三種減水劑的混凝土坍落度損失率比較接近，摻JM-ⅡC混凝土坍落度損失率略小，摻X404-C的混凝土坍落度損失率較小。同時(shí)，混凝土拌和物初凝時(shí)間的延長(zhǎng)有利于該地區(qū)高溫季節(jié)混凝土澆筑施工。

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出：ZB-1A、JG3、X404-C、JM-ⅡC、JM-Ⅱ五種減水劑均滿足GB8076-97《混凝土外加劑》一等品標(biāo)準(zhǔn)要求，具有高減水率、緩凝、高強(qiáng)度、容易配制、無(wú)沉淀等特性，且摻用后混凝土和易性好、易于振搗、節(jié)約水泥、有利于混凝土溫度控制。各種外加劑減水性能由高到低依次為：X404-C、JM-ⅡC、JM-Ⅱ、ZB-1A、JG3。其中，X404-C減水劑減水率最高；摻X404-C混凝土性能最穩(wěn)定，但X404-C采購(gòu)成本相對(duì)較高。JM-ⅡC、ZB-1A、JG3三種材料以JM-ⅡC性能最好，單價(jià)基本在同一水平。

表2 摻外加劑混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果Table 2:Performance of concrete with admixture

表3 混凝土坍落度損失試驗(yàn)結(jié)果表Table 3:Test results of concrete slump loss

（2）引氣劑

混凝土摻入引氣劑可以在攪拌過(guò)程中引入大量均勻分布的、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡。由于氣泡的存在，相對(duì)增加了水泥漿體積，可以提高混凝土的流動(dòng)性，大量微細(xì)氣泡還可以顯著改善混凝土的粘聚性和保水性，由于氣泡能隔斷混凝土中的毛細(xì)管道，以及氣泡對(duì)水泥內(nèi)水分結(jié)冰時(shí)所產(chǎn)生的水壓力的緩沖作用，能提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性，氣泡還使混凝土彈性模量有所降低，對(duì)提高混凝土抗裂性有利。試驗(yàn)按照國(guó)標(biāo)GB8076-87《混凝土外加劑》進(jìn)行?；炷列阅艹晒姳?。

Air202引氣劑在0.018%、0.02%和0.025%摻量時(shí)，試拌的混凝土均能滿足混凝土和易性要求，在0.018%摻量時(shí)含氣量略偏低，在0.02%摻量時(shí)效果最佳。

2 混凝土配合比研究

2.1 中熱水泥混凝土配合比調(diào)整

該工程混凝土原材料中水泥主要采用中熱水泥，通過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)和應(yīng)用，中熱水泥混凝土施工技術(shù)已十分成熟，取得了良好的效果?；炷了療釡厣饕Q于水泥用量，為進(jìn)一步降低混凝土水化熱溫升，對(duì)工程采用的混凝土配合比進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，主要對(duì)C9030F250W10、C9015F150W8兩個(gè)標(biāo)號(hào)的混凝土進(jìn)行了配合比調(diào)整，減少水泥用量以降低水化熱溫升。其中C9030F250W10混凝土水灰比由0.45加大為0.48，粉煤灰摻量不變，不同配比水泥用量均有不同程度的減少，在11～21 kg/m3之間；對(duì)C9015F150W8四級(jí)配混凝土水灰比由0.55縮小為0.50，粉煤灰摻量由40%調(diào)整為45%，水泥用量減少了5.0 kg/m3。通過(guò)配合比的優(yōu)化調(diào)整，有效降低了混凝土水化熱溫升，為大體積混凝土溫度控制提供了有力的技術(shù)支持。

兩個(gè)標(biāo)號(hào)混凝土經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，性價(jià)比都有所提高，降低了水泥用量，提高了混凝土的防裂性能。

2.2 低熱水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)

除了對(duì)中熱水泥混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化外，為進(jìn)一步了解不同水泥品種與混凝土水化熱溫升之間的關(guān)系，豐富和提高大體積混凝土大壩綜合防裂施工技術(shù)，在該工程右非2號(hào)壩段施工中，對(duì)使用的幾種標(biāo)號(hào)的混凝土采用了低熱水泥施工，低熱水泥混凝土配合比見表5。從現(xiàn)場(chǎng)施工的情況看，低熱水泥混凝土除了早期強(qiáng)度較低、冬季低溫季節(jié)對(duì)施工有一定影響外，其余均能滿足設(shè)計(jì)要求。從采用低熱水泥澆筑的右非2號(hào)壩段內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)成果看，混凝土拌制時(shí)摻用低熱水泥在混凝土水化熱溫升方面優(yōu)于中熱水泥，更利于混凝土內(nèi)部溫度控制，給高溫季節(jié)大體積混凝土快速施工提供了有力保障。

表4 摻引氣劑混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果Table 4:Performance of concrete with air entraining agent

表5 低熱混凝土配合比Table 5:Mix proportion of low heat concrete

3 結(jié)語(yǔ)

巖寨電站大壩工程主壩大體積混凝土施工從混凝土原材料、配合比等方面進(jìn)行了重點(diǎn)研究，減少了大體積混凝土內(nèi)部水化熱，降低了混凝土內(nèi)部最高溫升，使混凝土內(nèi)外溫差控制在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)，積極消除了混凝土溫度裂縫發(fā)育的條件。

工程在混凝土溫控方面采取了嚴(yán)格的措施，主壩大體積混凝土溫控效果良好，沒發(fā)現(xiàn)裂縫?！?/p>