朱衛(wèi)明，陳 磊，何長(zhǎng)青

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都610051)

根據(jù)DL/T5150－2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定［1］，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室的溫度應(yīng)控制在(20 ±3)℃，相對(duì)濕度95%以上;對(duì)于粉煤灰混凝土，由于膠凝材料產(chǎn)生的水化熱，導(dǎo)致大體積粉煤灰混凝土實(shí)際內(nèi)部養(yǎng)護(hù)溫度不同于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室的溫度，在養(yǎng)護(hù)早期，混凝土的內(nèi)部溫度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度，并且實(shí)際混凝土內(nèi)部溫度是一個(gè)變化的過程，存在一個(gè)最高溫度。以桐子林水電站工程為例，成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院根據(jù)澆筑塊邊長(zhǎng)、混凝土的約束條件和施工季節(jié)，提出了大壩及廠房混凝土溫控技術(shù)要求［2］，強(qiáng)約束區(qū)混凝土容許的最高溫度為32℃，閘墩混凝土的容許最高溫度為36℃。針對(duì)粉煤灰混凝土的溫度發(fā)展歷程，設(shè)計(jì)者提出了混凝土的原材料、澆筑分層與間歇期、混凝土出機(jī)口溫度、混凝土澆筑溫度、通水冷卻和表面保護(hù)和養(yǎng)護(hù)等具體要求，避免混凝土產(chǎn)生裂縫。

在混凝土中摻加粉煤灰，是降低水泥水化熱和混凝土絕熱溫升的有效措施。在保證混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的條件下，在混凝土中摻加粉煤灰，對(duì)防止溫度裂縫是有益的［3］;溫度對(duì)粉煤灰混凝土水化反應(yīng)的影響顯著［4］，采用不同養(yǎng)護(hù)方式，粉煤灰混凝土的性能發(fā)展必然有所差異。本文采用桐子林水電站工程的混凝土原材料，研究了不同養(yǎng)護(hù)方式對(duì)大體積粉煤灰混凝土性能的影響。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

(1)水泥:采用云南省麗江水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的“石林”牌P·MH42.5 中熱硅酸鹽水泥，水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足GB200－2003《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，28d 抗壓強(qiáng)度47.8MPa，90d 抗壓強(qiáng)度為57.4MPa，180d 抗壓強(qiáng)度為63.3MPa。

(2)粉煤灰:采用攀枝花利源粉煤灰制品廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，粉煤灰的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足DL/T5055－2007《水工混凝土混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》中對(duì)Ⅱ級(jí)粉煤灰的要求，除需水量比為104%外，其余指標(biāo)滿足Ⅰ級(jí)粉煤灰的要求，28d 活性指數(shù)為83%，180d活性指數(shù)為91%。

(3)外加劑:采用北京冶建特種材料有限公司生產(chǎn)的JG－3 緩凝高效減水劑和KF－1 型引氣劑，外加劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足DL/T5100－1999《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》對(duì)減水劑和引氣劑的要求。

(4)骨料:粗骨料和細(xì)骨料采用金龍溝砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的正長(zhǎng)巖人工骨料，粗骨料最大粒徑為80mm，分成D20(5mm～20mm)、D40(20mm～40mm)、D80(40mm～80mm)三級(jí)，級(jí)配比例為3:4:3，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足DL/T5144－2001《水工混凝土施工規(guī)范》的要求。

1.2 配合比

試驗(yàn)采用溢流壩段、廠房壩段三級(jí)配常態(tài)粉煤灰混凝土(簡(jiǎn)稱“粉煤灰混凝土”)，配合比見表1。混凝土塌落度控制在 50mm～70mm，含氣量控制在(4 ±0.5)%。

表1 粉煤灰混凝土配合比 /(kg/m3)

2 養(yǎng)護(hù)方式

粉煤灰混凝土養(yǎng)護(hù)方式見表2，采取標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和溫度匹配養(yǎng)護(hù)兩種養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)是指混凝土試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行的養(yǎng)護(hù)，溫度控制在20℃±3℃，相對(duì)濕度控制在95%以上。溫度匹配養(yǎng)護(hù)采用溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)(TSTM)，研究在大壩內(nèi)部溫度過程線(簡(jiǎn)稱“內(nèi)部不利溫度線”)、冬季施工表面典型過程線(簡(jiǎn)稱“冬季施工表面溫度線)及強(qiáng)約束條件下混凝土的抗裂性;溫度匹配養(yǎng)護(hù)曲線見圖1 和圖2。

圖1 內(nèi)部不利溫度線

圖2 冬季施工表面溫度線

采用溫度匹配養(yǎng)護(hù)方式，前期溫度變化較快時(shí)(一般14d)采用專門的可程式溫度匹配養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)試件。該試驗(yàn)箱的溫度可按預(yù)先設(shè)定的溫度曲線控制，控制精度±0.5℃，且相對(duì)濕度介于90%～98%。溫度變化緩慢后，進(jìn)入普通的恒溫養(yǎng)護(hù)箱，人工每日或者每隔2 日調(diào)整一次試驗(yàn)箱溫度，控制精度±0.5℃，相對(duì)濕度介于95%～100%。溫度曲線按設(shè)計(jì)院提供的桐子林大壩混凝土溫控計(jì)算的典型曲線設(shè)定。養(yǎng)護(hù)到預(yù)定齡期后，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)試混凝土性能。

表2 粉煤灰混凝土養(yǎng)護(hù)方式

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)表1 所列混凝土配合比，采用不同的養(yǎng)護(hù)方式對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，依據(jù)DL/T5150－2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行試驗(yàn):在齡期達(dá)到3d、7d、28d、90d時(shí)，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、極限拉伸值、軸心抗拉強(qiáng)度、軸拉彈模等試驗(yàn);在齡期達(dá)到1d、3d、7d、14d、28d、56d、90d、180d 時(shí)進(jìn)行自生體積變形試驗(yàn)。

3.1 抗壓強(qiáng)度

粉煤灰混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土抗壓強(qiáng)度 /MPa

從表3 可以看出，不同養(yǎng)護(hù)條件下C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土的抗壓強(qiáng)度都隨齡期的增長(zhǎng)而增加;混凝土抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)，總體呈現(xiàn)出內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)＞標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)＞冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)。在不同養(yǎng)護(hù)條件下，比較C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土90d 齡期的試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)設(shè)計(jì)齡期從28d 調(diào)整為90d時(shí)，設(shè)計(jì)等級(jí)為C9025W8F100，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，90d齡期抗壓強(qiáng)度分別為32.2MPa 和31.1MPa，僅相差1.1MPa;在內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期抗壓強(qiáng)度分別為38.0MPa 和37.1MPa，僅相差0.9MPa;在冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期抗壓強(qiáng)度分別為34.4MPa 和34.3MPa，僅相差0.1MPa?？傮w來(lái)說，比較C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土，當(dāng)齡期從28d 調(diào)整為90d 時(shí)，在不同養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土最終抗壓強(qiáng)度幾乎不受影響。

3.2 劈拉強(qiáng)度

粉煤灰混凝土劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4。

從表4 可以看出，不同養(yǎng)護(hù)條件下C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土的劈拉強(qiáng)度都隨齡期的增長(zhǎng)而增加;混凝土劈拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)，總體呈現(xiàn)出內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)＞標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)＞冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)。在不同養(yǎng)護(hù)條件下，比較C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土90d 齡期劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)粉煤灰混凝土齡期從28d 調(diào)整到90d，設(shè)計(jì)等級(jí)從C25W8F100 調(diào)整為C9025W8F100;在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期的劈拉強(qiáng)度分別為2.45MPa 和2.15MPa，相差0.3MPa，在內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期劈拉強(qiáng)度分別為2.75MPa和2.40MPa，相差0.35MPa，在冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期劈拉強(qiáng)度分別為2.42MPa 和2.46MPa，僅相差0.04MPa?？傮w來(lái)說，比較C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)齡期從28d 調(diào)整為90d 時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下和內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土劈拉強(qiáng)度相差為0.3MPa和0.35MPa，在冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，相差0.04MPa，沒有明顯變化。

表4 C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土劈拉強(qiáng)度 /MPa

3.3 極限拉伸值

粉煤灰混凝土的極限拉伸值試驗(yàn)結(jié)果見表5。

從表5 可以看出，不同養(yǎng)護(hù)條件下C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土極限拉伸值隨齡期的增加而增加，并且總體呈現(xiàn)出內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)＞標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)＞冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)。在不同養(yǎng)護(hù)條件下，比較C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土來(lái)極限拉伸值試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)粉煤灰混凝土齡期從28d 調(diào)整為90d 時(shí)，設(shè)計(jì)等級(jí)從C25W8F100 調(diào)整為C9025W8F100;在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期極限拉伸值分別為122με 和106με，降低16με，在內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，90d齡期極限拉伸值分別為161με 和134με，極限拉伸值降低27με，在冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期極限拉伸值分別為131με 和136με，極限拉伸值增加5με?？傮w來(lái)說，在不同養(yǎng)護(hù)條件下，調(diào)整齡期后，混凝土的極限拉伸值有所降低。

表5 C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土極限拉伸值 /με

3.4 軸心抗拉強(qiáng)度

粉煤灰混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度 /MPa

從表6 可以看出，在不同養(yǎng)護(hù)條件下，C25W8F100和C9025W8F100 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度隨齡期的增加而增加，并且總體呈現(xiàn)出內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)＞標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)＞冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)。比較C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)齡期從28d 調(diào)整到90d，設(shè)計(jì)等級(jí)從C25W8F100 調(diào)整為C9025W8F100;在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期軸心抗拉強(qiáng)度分別為2.95MPa和2.47MPa，降低0.48MPa;在內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期軸心抗拉強(qiáng)度分別為3.45MPa和2.96MPa，降低0.49MPa;在冬季表面線養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期軸心抗拉強(qiáng)度分別為3.21MPa 和2.87MPa，降低0.34MPa?？傮w來(lái)說，在不同養(yǎng)護(hù)條件下，調(diào)整齡期后，混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度有所降低。

3.5 軸拉彈模

粉煤灰混凝土的軸心抗拉彈模試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土軸拉彈模 /GPa

從表7 可以看出，不同養(yǎng)護(hù)條件下C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土軸拉彈模隨齡期的增加而增加，并且總體呈現(xiàn)出內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)＞標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)＞冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)。比較 C25W8F100 和 C9025W8F100 混凝土試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)齡期從28d 調(diào)整到90d，設(shè)計(jì)等級(jí)從C25W8F100 調(diào)整為C9025W8F100;在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期軸拉彈模分別為28.3GPa和30.0GPa，提高1.7GPa，在內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期軸拉彈模分別為24.4GPa和25.9GPa，提高1.5GPa，在冬季表面線養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期軸拉彈模分別為28.2GPa 和25.7GPa，降低2.5GPa。這說明，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土齡期從28d 調(diào)整為90d 時(shí)軸拉彈模有所提高，但是在冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，90d 齡期軸拉彈模有所降低，這說明養(yǎng)護(hù)條件對(duì)軸拉彈模影響較大。

3.6 自生體積變形

粉煤灰混凝土自生體積變形試驗(yàn)結(jié)果見表8。從表8 可以看出，比較C25W8F100 混凝土和C9025W8F100混凝土自生體積變形試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)齡期從28d 調(diào)整為90d 時(shí)，設(shè)計(jì)等級(jí)從C25W8F100 調(diào)整為C9025W8F100;在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，180d 齡期時(shí)混凝土自生體積變形分別為29με 和19με，混凝土自生體積變形降低10με，呈現(xiàn)微膨脹性，在內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，180d 齡期時(shí)混凝土自生體積變形分別為55με 和48με，降低7με，呈現(xiàn)微膨脹性，在冬季施工表面溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，180d 時(shí)混凝土自生體積變形分別為8με 和－9με，混凝土自生體積變形前者為微膨脹后者為微收縮?；炷恋淖陨w積變形呈現(xiàn)微膨脹性，有利于提高混凝土的抗裂性，因此壩體保溫對(duì)混凝土自生體積變形的增長(zhǎng)十分重要。

表8 C25W8F100 和C9025W8F100 混凝土自生體積變形 /με

3.7 溫度匹配養(yǎng)護(hù)對(duì)C9025W8F100 混凝土性能的影響

以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)為基準(zhǔn)，溫度匹配養(yǎng)護(hù)對(duì)C9025W8F100混凝土性能的影響見圖3。

圖3 不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)C9025W8F100 混凝土性能的影響

從圖3 可以看出，溫度匹配養(yǎng)護(hù)對(duì)C9025W8F100混凝土性能有較大的影響。以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)為基準(zhǔn)，在內(nèi)部不利溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土抗壓強(qiáng)度提高19%，劈拉強(qiáng)度提高10%，極限拉伸值提高26%，軸拉強(qiáng)度提高20%，軸拉彈模降低14%;在冬季表面溫度線養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土抗壓強(qiáng)度提高10%，劈拉強(qiáng)度提高13%，極限拉伸值提高30%，軸拉強(qiáng)度提高16%，軸拉彈模降低14%。這說明溫度匹配養(yǎng)護(hù)有利于提高混凝土的抗裂性能。

4 經(jīng)濟(jì)性

僅以C25W8F100 混凝土為例，當(dāng)齡期從28d 調(diào)整到90d 后，水泥用量可以減少13 kg/m3，粉煤灰用量可以減少5 kg/m3，總膠凝材料用量可以減少18 kg/m3，按照施工經(jīng)驗(yàn)可以減少溫升1℃左右，以桐子林水電站為例，水泥進(jìn)場(chǎng)單價(jià)為455 元/t，粉煤灰進(jìn)場(chǎng)單價(jià)189 元/t，混凝土單價(jià)可以大約可以降低7 元/m3。對(duì)于大體積粉煤灰混凝土來(lái)說，如考慮降低膠凝材料用量對(duì)混凝土溫控和施工方案優(yōu)化的貢獻(xiàn)，效益更加可觀。

5 結(jié) 語(yǔ)

不同的養(yǎng)護(hù)方式對(duì)混凝土的各項(xiàng)性能有較大的影響，大體積混凝土由于水化放熱，其溫度整體高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，混凝土的強(qiáng)度發(fā)展會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)快，用匹配養(yǎng)護(hù)得到的性能參數(shù)估算的抗裂性要好于用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)得到的性能參數(shù)的估算結(jié)果;而冬季施工的混凝土表面，溫度主要受環(huán)境溫度影響，28d 內(nèi)的抗裂性與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)接近，抗裂性無(wú)明顯差別，自生體積變形可能變?yōu)槭湛s。隨著后期天氣的轉(zhuǎn)暖，其抗裂性比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下有所提高。為提高混凝土抗裂性和降低混凝土造價(jià)，可以考慮將粉煤灰混凝土齡期從28d 調(diào)整到90d。

［1］水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］，DL/T5150－2001:25.

［2］中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川雅礱江桐子林水電站技施階段大壩及廠房混凝土溫控技術(shù)要求［R］，2013.

［3］甄永嚴(yán).粉煤灰在水工混凝土中的應(yīng)用［M］.北京:水利電力出版社，1992:92－94.

［4］錢文勛，張燕遲，蔡躍波等.考慮內(nèi)部溫度歷史的大壩混凝土強(qiáng)度發(fā)展，水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)［J］，2008(4):50－54.

［5］中國(guó)水利水電第七工程句有限公司桐子林電站項(xiàng)目部，南京水利科學(xué)研究院，中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川雅礱江桐子林水電站大壩混凝土溫控防裂試驗(yàn)研究及仿真分析研究總報(bào)告［R］，2014.