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(廣西壯族自治區(qū)水利科學研究院， 南寧 530023)

百色水利樞紐大壩RCC水泥及粉煤灰優(yōu)選試驗研究

劉魯強，蔣巧玲

(廣西壯族自治區(qū)水利科學研究院， 南寧 530023)

本文主要針對百色水利樞紐大壩碾壓混凝土設計和施工的特點，以及大壩輝綠巖骨料碾壓混凝土存在變形性能較差、抗裂能力較低等問題，對大壩碾壓混凝土水泥及粉煤灰進行優(yōu)選試驗研究。通過比選，百色水利樞紐大壩采用中熱硅酸鹽水泥和Ⅱ級粉煤灰，有效地改善了大壩碾壓混凝土熱學性能和變形性能，提高了綜合抗裂能力，保證了工程質(zhì)量。

百色水利樞紐大壩； 碾壓混凝土； 水泥； 粉煤灰； 試驗研究

1 概 述

百色水利樞紐是一座以防洪為主，兼有發(fā)電、灌溉、航運、供水等綜合利用效益的大型水利工程，主要由大壩(主壩)、地下廠房、副壩和通航建筑物組成。大壩為全斷面碾壓混凝土重力壩，最大壩高130m，壩頂長720m，混凝土總量258萬m3， 其中碾壓混凝土212萬m3。

水工大體積混凝土對物理力學性能、變形性能、熱學性能和耐久性能要求比較高，尤其是高混凝土壩，一般要求混凝土的綜合性能為“中等強度、中等彈模、高極限拉伸值、低收縮或微膨脹、低發(fā)熱量、高耐久性”。水泥及摻合料(主要是粉煤灰)是影響碾壓混凝土性能的主要因素之一，因此，對于百色水利樞紐大壩碾壓混凝土，水泥及粉煤灰的選擇尤為重要。本文在全面調(diào)查壩址周邊水泥廠家及粉煤灰廠家的基礎上，對不同廠家、不同品種的水泥及不同廠家、不同等級的粉煤灰進行優(yōu)選試驗研究，最終選擇中熱硅酸鹽水泥和Ⅱ級粉煤灰應用于百色水利樞紐大壩碾壓混凝土施工，為降低大壩碾壓混凝土發(fā)熱量、降低彈性模量、改善大壩碾壓混凝土熱學性能和變形性能、提高綜合抗裂能力、保證工程質(zhì)量，起到了重要作用。

2 試驗原材料

a.骨料：采用輝綠巖人工骨料。輝綠巖密度為2990kg/m3、抗壓強度為275.9MPa、彈性模量為43.1GPa。細骨料細度模數(shù)2.98、石粉含量11.0%、表觀密度2950kg/m3、吸水率0.8%。粗骨料表觀密度2970kg/m3、吸水率0.70%。除人工砂石粉含量偏低外，粗細骨料的其他參數(shù)均符合規(guī)范要求。

b.外加劑：經(jīng)過優(yōu)選試驗，采用某外加劑廠生產(chǎn)的ZB-1-RCC15緩凝高效減少劑，減水率18%，泌水率比76%，90d抗壓強度比116%，初凝延緩時間3h 46min，外加劑品質(zhì)指標均符合《混凝土外加劑》(GB 8076—1997)技術要求。

3 水泥優(yōu)選試驗結(jié)果及討論

3.1 水泥初選的原則及品種

在詳細調(diào)研壩址周邊水泥廠家的基本情況，分析各水泥廠家的優(yōu)勢、特點及存在的問題，充分掌握水泥廠家的生產(chǎn)能力和技術能力的基礎上，按照研發(fā)能力、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量、價格、供應是否有保障等原則，初步選擇3家水泥廠。由于廣西省內(nèi)的水泥廠家均沒有生產(chǎn)中熱硅酸鹽水泥，而中熱硅酸鹽水泥是混凝土大壩常用的水泥品種之一，因此，根據(jù)百色水利樞紐大壩施工的特點，要求在協(xié)助上述3家水泥廠生產(chǎn)中熱硅酸鹽水泥的基礎上，初步選擇3家水泥廠生產(chǎn)的5種水泥進行優(yōu)選試驗，初選的水泥品種見表1。

表1 初選的水泥品種

3.2 水泥的化學成分及熟料礦物組成

水泥化學成分及中熱硅酸鹽水泥熟料礦物組成試驗結(jié)果見表2。可以看出，初選5種水泥的燒失量、三氧化硫含量、氧化鎂含量及含堿量均符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》(GB 175—92)和《中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》(GB200—89)標準要求，初選3種中熱硅酸鹽水泥的熟料礦物組成均符合《中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》(GB 200—89)標準要求，其中含堿量較低的是A中和A普。

表2 水泥化學成分及熟料礦物組成

3.3 水泥的物理力學性能

水泥的物理力學性能試驗結(jié)果見下頁表3?？梢钥闯?，初選5種水泥的物理力學性能指標均符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》(GB175—92)和《中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》(GB200—89)標準要求，其中中熱硅酸鹽水泥比普通硅酸鹽水泥，凝結(jié)時間明顯延長，標準稠度用水量明顯減少。

表3 水泥物理力學性能

3.4 水泥的干縮性能

水泥的干縮性能試驗結(jié)果見表4?？梢钥闯?，初選的5種水泥均屬于干燥收縮型水泥，其中中熱硅酸鹽水泥的干縮率比普通硅酸鹽水泥明顯減小，7天齡期干縮率平均減小24%，180天齡期干縮率平均減小12%，3種中熱硅酸鹽水泥的干縮率無明顯差別。

表4 水泥的干縮性能

3.5 水泥的水化熱性能

水泥的水化熱性能試驗結(jié)果見表5。可以看出，中熱硅酸鹽水泥的水化熱值比普通硅酸鹽水泥顯著降低，早期水化熱降低的幅度更大，中熱硅酸鹽水泥1d、3d和7d齡期的平均水化熱值與普通硅酸鹽水泥相比，分別降低23%、20%和16%，初選的3種中熱硅酸鹽水泥水化熱值均符合《中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》(GB200—89)標準要求，其中水化熱值較低的是B中中熱水泥。

表5 水泥的水化熱性能

3.6 碾壓混凝土的熱學性能

為了比較中熱硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥對百色RCC大壩碾壓混凝土熱學性能的直接影響，根據(jù)百色RCC大壩碾壓混凝土設計要求，對采用2個品種水泥的碾壓混凝土熱學性能進行對比試驗，試驗結(jié)果見下頁表6。

表6 碾壓混凝土的熱學性能

從表6可以看出，采用中熱硅酸鹽水泥的碾壓混凝土絕熱溫升比采用普通硅酸鹽水泥的碾壓混凝土大幅度降低，其中大壩內(nèi)部碾壓混凝土降低7.3℃，降幅33%，大壩迎水面碾壓混凝土降低7.1℃，降幅28%。采用中熱硅酸鹽水泥，可以顯著改善碾壓混凝土熱學性能，提高抗裂性能。

4 粉煤灰優(yōu)選試驗結(jié)果及討論

碾壓混凝土壩的摻合料一般應優(yōu)先選用Ⅰ級或Ⅱ粉煤灰。招標設計階段試驗時，設計方指定采用Ⅰ級粉煤灰。為了優(yōu)選更適合百色RCC大壩碾壓混凝土施工的摻合料，初步選擇壩址周邊2個生產(chǎn)廠家的4種粉煤灰進行優(yōu)選試驗，分別為A廠家生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰(簡稱AⅠ級灰)和Ⅱ級粉煤灰(簡稱AⅡ級灰)、D廠家生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰(簡稱DⅠ級灰)和Ⅱ級粉煤灰(簡稱DⅡ級灰)。

4.1 粉煤灰的化學成分

粉煤灰的化學成分分析結(jié)果見表7?？梢钥闯?，初選4種粉煤灰的三氧化硫含量和燒失量均符合《粉煤灰混凝土應用技術規(guī)范》(GB146—90)要求，其中A廠粉煤灰的含碳量較低、氧化鋁含量較高，D廠粉煤灰的氧化硅含量較高、含堿量較低，Ⅰ級粉煤灰的含碳量低于Ⅱ級粉煤灰，其氧化硅和氧化鋁含量高于Ⅱ級粉煤灰。

表7 粉煤灰的化學成分分析結(jié)果

4.2 粉煤灰的質(zhì)量指標

粉煤灰的質(zhì)量指標試驗結(jié)果見表8?？梢钥闯?，初選4種粉煤灰的質(zhì)量指標均符合《粉煤灰混凝土應用技術規(guī)范》(GBJ 146—90)要求，其中Ⅰ級粉煤灰的燒失量、細度和需水量比均明顯小于Ⅱ級粉煤灰，2個生產(chǎn)廠家的粉煤灰質(zhì)量指標無明顯差別。

表8 粉煤灰的質(zhì)量指標試驗結(jié)果

4.3 摻不同等級粉煤灰碾壓混凝土性能

根據(jù)百色RCC大壩碾壓混凝土設計要求，對采用Ⅰ級灰和Ⅱ級灰的碾壓混凝土性能進行對比試驗。碾壓混凝土的水膠比和粉煤灰摻量依照設計限制條件及考慮大壩耐久性需要而定，大壩內(nèi)部碾壓混凝土水膠比為0.55，粉煤灰摻量為67%，大壩迎水面碾壓混凝土水膠比為0.47，粉煤灰摻量為58%。保持水膠比和粉煤灰摻量不變進行對比試驗，試驗結(jié)果見下頁表9。

從表9可以看出，由于Ⅰ級灰比Ⅱ級灰細度小、含碳量少、氧化硅和氧化鋁含量高、球形顆粒含量多，摻Ⅰ級灰碾壓混凝土抗壓強度比摻Ⅱ級灰碾壓混凝土顯著提高。對于大壩碾壓混凝土，由于強度要求較低、耐久性要求較高，在設計限制條件下，摻Ⅰ級灰和Ⅱ級灰碾壓混凝土均存在較大的超強，摻Ⅰ級灰碾壓混凝土超強更大，摻Ⅰ級灰碾壓混凝土180天齡期抗壓強度比摻Ⅱ級灰碾壓混凝土提高14%～19%。由于抗壓強度提高，碾壓混凝土彈性模量也隨之增加，摻Ⅰ級灰碾壓混凝土180天齡期彈性模量比摻Ⅱ級灰碾壓混凝土提高9%～11%，彈性模量升高，使碾壓混凝土脆性增大，極限拉伸值減小，抗裂性能降低。因此，大壩碾壓混凝土采用Ⅱ級粉煤灰，可以有效地減少超強，降低彈性模量，改善變形性能，提高抗裂性能。

表9 摻不同等級粉煤灰碾壓混凝土性能試驗結(jié)果

5 結(jié) 語

a.水泥優(yōu)選試驗結(jié)果表明：與普通硅酸鹽水泥相比，中熱硅酸鹽水泥水化熱值顯著降低，干縮率明顯減小，凝結(jié)時間明顯延長，其中1d、3d和7d齡期水化熱值分別降低23%、20%和16%，7d和180d齡期干縮率減小24%和12%。碾壓混凝土采用中熱硅酸鹽水泥比采用普通硅酸鹽水泥，絕熱溫升大幅度下降，最終絕熱溫升降低7.1～7.3℃，降幅28%～33%。3個廠家生產(chǎn)的中熱硅酸鹽水泥質(zhì)量各有所長，無明顯差別，綜合比較，最終選擇A廠生產(chǎn)的525中熱硅酸鹽水泥。

b.粉煤灰優(yōu)選試驗結(jié)果表明：碾壓混凝土采用Ⅱ級粉煤灰比采用Ⅰ級粉煤灰，可以顯著減少碾壓混凝土的超強，降低彈性模量。其中180d齡期彈性模量降低8%～10%，兩個廠家生產(chǎn)的粉煤灰質(zhì)量各有所長，無明顯差異，綜合比較性能、價格和供應等因素，最終選擇D廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰。

c.百色水利樞紐大壩采用A廠生產(chǎn)的525中熱硅酸鹽水泥和D廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，有效地改善了大壩碾壓混凝土熱學性能和變形性能，提高了綜合抗裂能力，保證了工程質(zhì)量，節(jié)約了工程投資，水泥及粉煤灰優(yōu)選的原則和方法具有參考意義?！?/p>

StudyonBaiseWaterControlPivotDamRCCCementandFlyAshOptimalSelectionTest

LIU Lu-qiang, JIANG Qiao-ling

(Hydraulic Research Institute of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530023, China)

Optimal test and study are conducted on RCC cement and fly ash in the dam aiming at RCC design and construction features of Baise Water Control Pivot Dam, as well as problems of dam diabase aggregate RCC—poor deformation performance, low crack resistance capacity, etc. Moderate-heat port-land cement and grade II fly ash are adopted in Baise Water Control Pivot Dam by comparison, thereby effectively improving RCC thermal properties and deformation properties, improving comprehensive anti-cracking ability, and ensuring project quality.

Baise Water Control Pivot Dam; RCC; cement; fly ash; test research

TV42

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1005-4774(2014)09-0040-05