百色水利枢纽大坝RCC水泥及粉煤灰优选试验研究

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(广西壮族自治区水利科学研究院， 南宁 530023)

百色水利枢纽大坝RCC水泥及粉煤灰优选试验研究

刘鲁强，蒋巧玲

(广西壮族自治区水利科学研究院， 南宁 530023)

本文主要针对百色水利枢纽大坝碾压混凝土设计和施工的特点，以及大坝辉绿岩骨料碾压混凝土存在变形性能较差、抗裂能力较低等问题，对大坝碾压混凝土水泥及粉煤灰进行优选试验研究。通过比选，百色水利枢纽大坝采用中热硅酸盐水泥和Ⅱ级粉煤灰，有效地改善了大坝碾压混凝土热学性能和变形性能，提高了综合抗裂能力，保证了工程质量。

百色水利枢纽大坝； 碾压混凝土； 水泥； 粉煤灰； 试验研究

1 概 述

百色水利枢纽是一座以防洪为主，兼有发电、灌溉、航运、供水等综合利用效益的大型水利工程，主要由大坝(主坝)、地下厂房、副坝和通航建筑物组成。大坝为全断面碾压混凝土重力坝，最大坝高130m，坝顶长720m，混凝土总量258万m3， 其中碾压混凝土212万m3。

水工大体积混凝土对物理力学性能、变形性能、热学性能和耐久性能要求比较高，尤其是高混凝土坝，一般要求混凝土的综合性能为“中等强度、中等弹模、高极限拉伸值、低收缩或微膨胀、低发热量、高耐久性”。水泥及掺合料(主要是粉煤灰)是影响碾压混凝土性能的主要因素之一，因此，对于百色水利枢纽大坝碾压混凝土，水泥及粉煤灰的选择尤为重要。本文在全面调查坝址周边水泥厂家及粉煤灰厂家的基础上，对不同厂家、不同品种的水泥及不同厂家、不同等级的粉煤灰进行优选试验研究，最终选择中热硅酸盐水泥和Ⅱ级粉煤灰应用于百色水利枢纽大坝碾压混凝土施工，为降低大坝碾压混凝土发热量、降低弹性模量、改善大坝碾压混凝土热学性能和变形性能、提高综合抗裂能力、保证工程质量，起到了重要作用。

2 试验原材料

a.骨料：采用辉绿岩人工骨料。辉绿岩密度为2990kg/m3、抗压强度为275.9MPa、弹性模量为43.1GPa。细骨料细度模数2.98、石粉含量11.0%、表观密度2950kg/m3、吸水率0.8%。粗骨料表观密度2970kg/m3、吸水率0.70%。除人工砂石粉含量偏低外，粗细骨料的其他参数均符合规范要求。

b.外加剂：经过优选试验，采用某外加剂厂生产的ZB-1-RCC15缓凝高效减少剂，减水率18%，泌水率比76%，90d抗压强度比116%，初凝延缓时间3h 46min，外加剂品质指标均符合《混凝土外加剂》(GB 8076—1997)技术要求。

3 水泥优选试验结果及讨论

3.1 水泥初选的原则及品种

在详细调研坝址周边水泥厂家的基本情况，分析各水泥厂家的优势、特点及存在的问题，充分掌握水泥厂家的生产能力和技术能力的基础上，按照研发能力、生产规模、生产工艺、质量、价格、供应是否有保障等原则，初步选择3家水泥厂。由于广西省内的水泥厂家均没有生产中热硅酸盐水泥，而中热硅酸盐水泥是混凝土大坝常用的水泥品种之一，因此，根据百色水利枢纽大坝施工的特点，要求在协助上述3家水泥厂生产中热硅酸盐水泥的基础上，初步选择3家水泥厂生产的5种水泥进行优选试验，初选的水泥品种见表1。

表1 初选的水泥品种

3.2 水泥的化学成分及熟料矿物组成

水泥化学成分及中热硅酸盐水泥熟料矿物组成试验结果见表2。可以看出，初选5种水泥的烧失量、三氧化硫含量、氧化镁含量及含碱量均符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB 175—92)和《中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》(GB200—89)标准要求，初选3种中热硅酸盐水泥的熟料矿物组成均符合《中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》(GB 200—89)标准要求，其中含碱量较低的是A中和A普。

表2 水泥化学成分及熟料矿物组成

3.3 水泥的物理力学性能

水泥的物理力学性能试验结果见下页表3。可以看出，初选5种水泥的物理力学性能指标均符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175—92)和《中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》(GB200—89)标准要求，其中中热硅酸盐水泥比普通硅酸盐水泥，凝结时间明显延长，标准稠度用水量明显减少。

表3 水泥物理力学性能

3.4 水泥的干缩性能

水泥的干缩性能试验结果见表4。可以看出，初选的5种水泥均属于干燥收缩型水泥，其中中热硅酸盐水泥的干缩率比普通硅酸盐水泥明显减小，7天龄期干缩率平均减小24%，180天龄期干缩率平均减小12%，3种中热硅酸盐水泥的干缩率无明显差别。

表4 水泥的干缩性能

3.5 水泥的水化热性能

水泥的水化热性能试验结果见表5。可以看出，中热硅酸盐水泥的水化热值比普通硅酸盐水泥显著降低，早期水化热降低的幅度更大，中热硅酸盐水泥1d、3d和7d龄期的平均水化热值与普通硅酸盐水泥相比，分别降低23%、20%和16%，初选的3种中热硅酸盐水泥水化热值均符合《中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》(GB200—89)标准要求，其中水化热值较低的是B中中热水泥。

表5 水泥的水化热性能

3.6 碾压混凝土的热学性能

为了比较中热硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥对百色RCC大坝碾压混凝土热学性能的直接影响，根据百色RCC大坝碾压混凝土设计要求，对采用2个品种水泥的碾压混凝土热学性能进行对比试验，试验结果见下页表6。

表6 碾压混凝土的热学性能

从表6可以看出，采用中热硅酸盐水泥的碾压混凝土绝热温升比采用普通硅酸盐水泥的碾压混凝土大幅度降低，其中大坝内部碾压混凝土降低7.3℃，降幅33%，大坝迎水面碾压混凝土降低7.1℃，降幅28%。采用中热硅酸盐水泥，可以显著改善碾压混凝土热学性能，提高抗裂性能。

4 粉煤灰优选试验结果及讨论

碾压混凝土坝的掺合料一般应优先选用Ⅰ级或Ⅱ粉煤灰。招标设计阶段试验时，设计方指定采用Ⅰ级粉煤灰。为了优选更适合百色RCC大坝碾压混凝土施工的掺合料，初步选择坝址周边2个生产厂家的4种粉煤灰进行优选试验，分别为A厂家生产的Ⅰ级粉煤灰(简称AⅠ级灰)和Ⅱ级粉煤灰(简称AⅡ级灰)、D厂家生产的Ⅰ级粉煤灰(简称DⅠ级灰)和Ⅱ级粉煤灰(简称DⅡ级灰)。

4.1 粉煤灰的化学成分

粉煤灰的化学成分分析结果见表7。可以看出，初选4种粉煤灰的三氧化硫含量和烧失量均符合《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GB146—90)要求，其中A厂粉煤灰的含碳量较低、氧化铝含量较高，D厂粉煤灰的氧化硅含量较高、含碱量较低，Ⅰ级粉煤灰的含碳量低于Ⅱ级粉煤灰，其氧化硅和氧化铝含量高于Ⅱ级粉煤灰。

表7 粉煤灰的化学成分分析结果

4.2 粉煤灰的质量指标

粉煤灰的质量指标试验结果见表8。可以看出，初选4种粉煤灰的质量指标均符合《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ 146—90)要求，其中Ⅰ级粉煤灰的烧失量、细度和需水量比均明显小于Ⅱ级粉煤灰，2个生产厂家的粉煤灰质量指标无明显差别。

表8 粉煤灰的质量指标试验结果

4.3 掺不同等级粉煤灰碾压混凝土性能

根据百色RCC大坝碾压混凝土设计要求，对采用Ⅰ级灰和Ⅱ级灰的碾压混凝土性能进行对比试验。碾压混凝土的水胶比和粉煤灰掺量依照设计限制条件及考虑大坝耐久性需要而定，大坝内部碾压混凝土水胶比为0.55，粉煤灰掺量为67%，大坝迎水面碾压混凝土水胶比为0.47，粉煤灰掺量为58%。保持水胶比和粉煤灰掺量不变进行对比试验，试验结果见下页表9。

从表9可以看出，由于Ⅰ级灰比Ⅱ级灰细度小、含碳量少、氧化硅和氧化铝含量高、球形颗粒含量多，掺Ⅰ级灰碾压混凝土抗压强度比掺Ⅱ级灰碾压混凝土显著提高。对于大坝碾压混凝土，由于强度要求较低、耐久性要求较高，在设计限制条件下，掺Ⅰ级灰和Ⅱ级灰碾压混凝土均存在较大的超强，掺Ⅰ级灰碾压混凝土超强更大，掺Ⅰ级灰碾压混凝土180天龄期抗压强度比掺Ⅱ级灰碾压混凝土提高14%～19%。由于抗压强度提高，碾压混凝土弹性模量也随之增加，掺Ⅰ级灰碾压混凝土180天龄期弹性模量比掺Ⅱ级灰碾压混凝土提高9%～11%，弹性模量升高，使碾压混凝土脆性增大，极限拉伸值减小，抗裂性能降低。因此，大坝碾压混凝土采用Ⅱ级粉煤灰，可以有效地减少超强，降低弹性模量，改善变形性能，提高抗裂性能。

表9 掺不同等级粉煤灰碾压混凝土性能试验结果

5 结 语

a.水泥优选试验结果表明：与普通硅酸盐水泥相比，中热硅酸盐水泥水化热值显著降低，干缩率明显减小，凝结时间明显延长，其中1d、3d和7d龄期水化热值分别降低23%、20%和16%，7d和180d龄期干缩率减小24%和12%。碾压混凝土采用中热硅酸盐水泥比采用普通硅酸盐水泥，绝热温升大幅度下降，最终绝热温升降低7.1～7.3℃，降幅28%～33%。3个厂家生产的中热硅酸盐水泥质量各有所长，无明显差别，综合比较，最终选择A厂生产的525中热硅酸盐水泥。

b.粉煤灰优选试验结果表明：碾压混凝土采用Ⅱ级粉煤灰比采用Ⅰ级粉煤灰，可以显著减少碾压混凝土的超强，降低弹性模量。其中180d龄期弹性模量降低8%～10%，两个厂家生产的粉煤灰质量各有所长，无明显差异，综合比较性能、价格和供应等因素，最终选择D厂生产的Ⅱ级粉煤灰。

c.百色水利枢纽大坝采用A厂生产的525中热硅酸盐水泥和D厂生产的Ⅱ级粉煤灰，有效地改善了大坝碾压混凝土热学性能和变形性能，提高了综合抗裂能力，保证了工程质量，节约了工程投资，水泥及粉煤灰优选的原则和方法具有参考意义。★

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