白鹤滩水电站低热水泥混凝土技术研究

巨敬良

摘要：国内外水电站无全坝使用低热水泥混凝土浇筑的案例，无类似施工经验可供参考，采用灰岩骨料和低热水泥,通过原材料的选用及配合比的优化，以及低热水泥与中热水泥混凝土试验性能的比较，结果表明低热水泥具有水化热低、混凝土后期性能接近或超过中热硅酸盐水泥等特点，可改善大体积混凝土的抗裂性能，低热硅酸盐水泥在白鹤滩大坝主体混凝土中的全面应用，为后续低热水泥在大坝混凝土中的广泛应用积累经验。

关键词：低热水泥；混凝土；施工技术

1引言

近年来，低热硅酸盐水泥已在三峡、溪洛渡、向家坝等水电站局部工程部位得到使用，低热硅酸盐水泥在白鹤滩大坝主体混凝土中的全面应用，特别是在300m级特高双曲拱坝混凝土中的使用尚属首次。如何面对混凝土方量巨大，施工强度高，干湿季分明，高温、大风、日照强、温差大等不利条件下确保混凝土施工质量，混凝土配合比优化及确定尤为重要。

2原材料及配合比设计

2.1原材料

试验研究分别采用四川嘉华 “隆冠”牌P•LH42.5水泥和华新 “堡垒”牌P•MH42.5水泥。粉煤灰为曲靖Ⅰ级粉煤灰。粗细骨料为旱谷地生产的灰岩人工碎石、砂。外加剂分别采用JM-Ⅱ缓凝高效减水剂和GYQ-Ⅰ引气剂，以及浙江龙游ZB-1G引气剂。检测结果表明均满足各相关标准要求。

通过试验可知嘉华低热水泥3d和7d龄期强度明显低于华新中热水泥，28d龄期抗压强度与中热水泥相近，而90d龄期抗压强度高于后者。嘉华低热水泥3d龄期水化热较华新中热水泥低49kJ/kg，7d龄期低50kJ/kg。

2.2大坝混凝土配合比优化

根据低热水泥混凝土配合比试验结果，初步确定的大坝混凝土四级配施工配合比C18040F90300W9015，水胶比为0.42，砂率为23%，粉煤灰35%，用水量为79kg/m3减水剂为0.6%，引气剂为0.023%；C18035F90300W9014，水胶比为0.46，砂率为24%，粉煤灰35%，用水量为80kg/m3减水剂为0.5%，引气剂为0.020%；C18030F90250W9013，水胶比为0.50，砂率为25%，粉煤灰35%，用水量为80kg/m3减水剂为0.5%，引气剂为0.020%；

根据优化方案，通过试验确定的优化大坝混凝土施工配合比C18040F90300W9015，水胶比为0.42，砂率为24%，粉煤灰35%，用水量为81kg/m3减水剂为0.7%，引气剂为0.035%；C18035F90300W9014，水胶比为0.46，砂率为25%，粉煤灰35%，用水量为82kg/m3减水剂为0.7%，引气剂为0.035%；C18030F90250W9013，水胶比为0.50，砂率为26%，粉煤灰35%，用水量为82kg/m3减水剂为0.7%，引气剂为0.035%；

3大坝混凝土设计指标及配制强度

3.1混凝土设计指标

根据设计单位提供的白鹤滩水电站大坝坝体四级配混凝土设计指标C18040F90300W9015最大水胶比为0.42，C18035F90300W9014最大水胶比为0.46，C18030F90250W9013最大水胶比为0.50，最大掺合料掺量35%，保证率为85%。

3.2混凝土配制强度

根据混凝土设计指标，依据相关规范要求，经计算C18030配制强度为34.7 MPa，C18035配制强度为39.7 MPa，C18040配制强度为45.2MPa。

4中低热水泥混凝土性能对比试验

4.1水胶比与抗压强度关系试验

根据选定的配合比试验参数，在保持配合比相关参数不变的情况下，通过微调每方混凝土的单位用水量和外加剂掺量，使混凝土拌和物坍落度和含气量始终在同一范围内波动。试验结果表明当采用相同的配合比试验参数，中热水泥混凝土单位用水量和外加剂掺量均高于低热水泥混凝土。在不同水胶比和粉煤灰掺量的条件下，混凝土胶水比与抗压强度均呈现良好的线性关系。当水胶比相同时，低热水泥和中热水泥混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。在相同粉煤灰掺量条件下，混凝土水胶比不同，同龄期的低热水泥混凝土后期强度增长趋势稍高于中热水泥混凝土。

4.2混凝土配合比试验参数

以设计要求所限制的最大水胶比和粉煤灰掺量，作为低热水泥混凝土配合比试验的基本参数，进行混凝土配合比各项性能试验。低热水泥混凝土配合比在减水剂掺量相对较低情况下，凝结时间仍长于中热水泥混凝土约300min左右。

4.3混凝土配合比性能试验

低热水泥和中热水泥混凝土力学性能试验结果表明嘉华低热水泥和华新中热水泥混凝土配合比180d龄期抗压强度均高于各设计强度等级的配制强度。当配合比试验水胶比和粉煤灰掺量相同时，低热水泥混凝土7d和28d龄期抗压强度和劈拉强度均低于中热水泥混凝土。90d龄期时低热水泥混凝土的强度和中热水泥混凝土强度相近。180d龄期时低热水泥混凝土强度均高于中热水泥混凝土。极限拉伸值和静力抗压弹性模量试验结果表明嘉华低热和华新中热水泥混凝土极限拉伸值均满足设计要求。当配合比试验参数相同时，低热水泥混凝土7d和28d龄期的轴拉强度和极限拉伸值均低于中热水泥混凝土。90d龄期低热水泥混凝土的极限拉伸值与中热水泥混凝土接近，180d龄期低热水泥混凝土的轴拉强度和极限拉伸值均高于中热水泥混凝土。而低热水泥混凝土7d和28d龄期静力抗压弹性模量均低于中热水泥混凝土，90d和180d龄期低热水泥混凝土静力抗压弹性模量与中热水泥混凝土接近。180d嘉华低热水泥混凝土干缩值略低于华新中热水泥混凝土干缩值。自生体积变形试验结果表明两种水泥均表现为膨胀，且膨胀值先增大后减小再增大，约在100d龄期后趋于稳定。其他条件相同时，嘉华低热水泥混凝土的膨胀值略大于华新中热水泥混凝土膨胀值。抗冻性能和抗渗性能试验结果表明90d龄期的抗冻等级和抗渗等级均满足设计要求。并且经过300次冻融循环试验后，试件质量损失率不大。当水胶比和粉煤灰掺量相同时，嘉华低热水泥混凝土3d龄期绝热温升比华新中热水泥混凝土低2.9℃～4.0℃，7d龄期低2.3℃～3.3℃，28d龄期低2.6℃～2.8℃。其他条件相同时，混凝土的导温、导热、线膨胀系数和比热试验结果较接近。

5研究结果

当水胶比和粉煤灰掺量相同时，低热水泥混凝土配合比在减水剂掺量相对较低的情况下，凝结时间仍比中热水泥混凝土长约300min左右。配合比设计龄期的抗压强度均高于配制强度。其中，低热水泥混凝土早期抗压强度和劈拉强度均低于中热水泥混凝土。90d龄期时混凝土强度接近。180d龄期时低热水泥混凝土强度均高于中热水泥混凝土。低、中热水泥混凝土配合比设计龄期的极限拉伸值均高于设计要求。且低热水泥混凝土7d和28d龄期的轴拉强度和极限拉伸值均低于中热水泥混凝土。90d龄期相接近接近，180d龄期高于中热水泥混凝土。低、中热水泥混凝土自身体积变形均表现为膨胀，变形趋势总体为先增大，后减小，再增大。且低热水泥混凝土的膨胀量略大于中热水泥混凝土。低、中热水泥混凝土配合比90d龄期的抗冻等级和抗渗等级均满足设计要求。并且经冻融循环和抗渗试验后，试件质量损失率失不大，渗水高度较小。低热水泥混凝土绝热温升比中热水泥混凝土低、导温、导热、线膨胀系数和比热试验结果较接近。

结语

白鹤滩水电站首次全坝段采用低热混凝土浇筑，浇筑方量达810万m³，无类似施工经验可供参考，且坝体原料采用灰岩骨料和低热水泥，低热水泥具有水化热低、混凝土后期性能接近或超过中热硅酸盐水泥等特点，可改善大体积混凝土的抗裂性能，根据试验得出低热水泥和低热水泥混凝土的各项性能指标数据，现场施工过程中研究低热水泥在特高双曲拱坝混凝土施工中的应用，总结出低热水泥相对于中热水泥混凝土的优势，为后续低热水泥在大坝混凝土中的广泛应用积累经验。

参考文献：

[1]郭传科，王毅，任超，岳超 白鹤滩大坝中热与低热水泥混凝土温控对比分析. 水利水电快报. 2018-08

[2]王鹏飞，刘有志，樊亦林 低热水泥混凝土在特高拱坝中应用的可行性分析.水利水电技术，2018,49（9）：191-198

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