低热硫酸盐水泥混凝土在三峡工程中的应用

低热硫酸盐水泥混凝土在三峡工程中的应用

1低热聚合物混凝土大体积混凝土的加热和衰减设计一直是水库施工的重点。为了降低坝体内部的水化温升,减小温度变形,在现代水工混凝土中通常优先使用低热矿渣硅酸盐水泥和中热硅酸盐水泥,如在三峡工程中共浇筑了约1600万m3中热硅酸盐水泥混凝土。除低热矿渣硅酸盐水泥和中热硅酸盐水泥外,近年来我国又开发出了低热硅酸盐水泥(也就是高贝利特水泥),并且制订了国家标准。这种水泥的矿物组成的特点是C2S的含量通常大于40%,水化热低,后期强度增长率大,对降低混凝土水泥的水化热温升的效果十分显著,能有效地改善大体积混凝土温控防裂的效果。水工大体积混凝土一般设计龄期较长,强度较低,要求水化热温升越低越好,达到峰值温度的时间越长越好,在这些应用上正好能体现低热硅酸盐水泥的优势。为了解低热硅酸盐水泥混凝土特性,并与中热硅酸盐水泥进行对比,本文分析了低热硅酸盐水泥混凝土的性能及在三峡工程中的应用情况,为在我国水电工程中推广应用低热硅酸盐水泥提供依据。2现场试验测试三峡工程先后在三期纵向围堰C段加固块混凝土、导流底孔封堵混凝土、管槽外包混凝土、右非2坝段局部部位使用了42.5低热硅酸盐水泥,并在相应的部位埋设了观测仪器(温度计、无应力计、测温管等),对低热硅酸盐水泥大坝混凝土的性能进行了现场测试。2.1纵向围堰c段加固块混凝土生产为了解新型低热硅酸盐水泥混凝土的性能,于2003年9月23日至10月16日在右岸三期纵向围堰C段加固块进行了中热和低热两种水泥泵送混凝土生产性试验,共浇筑混凝土3440.5m3,其中低热水泥混凝土846m3,中热水泥混凝土2594.5m3。主要进行了机口与仓面(入仓前)抽样,检测混凝土性能,并埋设仪器观测混凝土温度等。2.1.1混凝土混凝土性能华新525中热水泥与湖特42.5低热水泥混凝土机口抽检强度统计结果见表1。两种水泥混凝土抗压强度均满足设计要求,但从表1可以看出,低热水泥混凝土强度低于中热水泥混凝土。葛洲坝集团三峡试验室对两种水泥混凝土性能抽样试验结果见表2。从表2可以看出,在相同配合比条件下,湖特42.5低热水泥混凝土抗压强度低于华新525中热水泥混凝土强度,两者28d混凝土极限拉伸值、抗压弹模、抗渗性都基本相同,湖特42.5低热水泥混凝土抗冻性能不低于华新525中热水泥混凝土。2.1.2混凝土温升及自生体积变形在堰内高程142.5m和144.6m分别埋设2支温度计(DW-1)和2支无应力计(DI-25)。最高温度及达到最高温度经历时间见表3。从表3可见,525中热水泥混凝土达到最高温度经历时间为8d,温升为24.4～32.4℃,平均值为29.6℃;42.5低热水泥混凝土达到最高温度经历时间为14～19d,平均17d,温升为25.2～28.3℃,平均值为26.7℃。中热水泥混凝土达到最高温度时间比低热水泥混凝土早9d左右,其温升高约2.9℃。无应力计达到最大应力时间及自生体积变形见表4。从表4可知,华新525中热水泥混凝土自生体积变形总的趋势8d后由收缩逐渐膨胀,到2004年4月10日膨胀变形为29.9×10-6(平均值)。低热水泥(编号N-4)无应力计测得混凝土自生体积变形为先收缩后膨胀,埋入仪器28d后最大收缩变形为-46.8×10-6,到2004年4月10日收缩变形为-15.7×10-6。2.2高热混凝土的使用2005年3月4日先后开始对三峡工程5、18、2、8号导流底孔进行了封堵,使用中热和低热两种水泥泵送、自密实混凝土,其中第2段用湖特42.5低热水泥。检测了水泥品质及机口混凝土性能,并埋设仪器观测混凝土温度等。2.2.1施工技术的配合比导流底孔封堵混凝土施工配合比见表5。2.2.2极限拉伸试验混凝土性能试验结果见表6。从表6可以看出,低热硅酸盐水泥混凝土极限拉伸值、抗冻性、抗渗性均满足设计要求。导流底孔封堵混凝土强度抽检统计结果见表7。从表7可以看出,低热硅酸盐水泥混凝土抗压强度和劈拉强度均满足设计要求。2.2.3混凝土测温管温度5号导流底孔封堵混凝土中埋设了4组测温管,测得混凝土最高温度为31.7℃;18号导流底孔埋设了1组测温管,测得混凝土最高温度为30.9℃。典型测温管温度变化过程线见图1至图5,温度观测成果见表8。由表8可见,使用测温管所观测的混凝土温度,低热硅酸盐水泥混凝土的温升小于中热硅酸盐水泥。2.3混凝土施工性能对比为了全面掌握低热水泥的特性,特别是其拌制混凝土的内部温度变化与自生体积变形性能,2005年8月开展了中热与低热水泥混凝土现场对比试验,在右岸厂房1B标管槽混凝土浇筑仓中选取15～20管槽6个仓号,其中15管槽与18管槽、16管槽与20管槽、17管槽与19管槽为对比组,每组两个仓号分别采用中、低热水泥。测温管观测14d(最高温未出现时相应延长)。无应力计仪器安装后24h内每4h一次,之后每天观测3次至7d龄期,然后每天观测1次至15d,以后每周观测一次至混凝土龄期3个月。同一对比组内两个浇筑仓的仪埋位置(与离冷却水管及混凝土边缘的距离、仪器间距,以及距收仓面的高度)等条件尽量相同;对比试验仓号的混凝土统一为一种强度等级,并且每个对比组内2个浇筑仓的混凝土配合比应一致。抽取仓面混凝土的全面性能检测结果见表9。混凝土抗压强度、劈拉强度、极限拉伸值、抗冻性和抗渗性均满足设计要求。低热水泥混凝土7d抗压强度较低,但抗压强度增长较快,28d时与中热水泥混凝土强度相当,90d时超过中热水泥混凝土强度。管槽混凝土温度对比观测结果表明,低热水泥混凝土温峰出现时间比中热水泥混凝土平均推迟1d,低热水泥混凝土比中热水泥混凝土最高温度平均约低0.9℃,最高温升平均约低2℃。无应力计观测的混凝土自生体积变形结果见表10。从表10可以看出,低热水泥混凝土1d呈膨胀变形(约为40.3×10-6),3～28d呈收缩变形(最大变形约为-40.6×10-6);中热水泥混凝土1d也呈膨胀变形(约为23.1×10-6),3～28d呈收缩变形(最大变形约为-15.6×10-6)。低热水泥混凝土比中热水泥混凝土的膨胀变形和收缩均略大。总的来说,低热水泥混凝土自生体积变形属收缩型。2.4混凝土最高温升2005年10～11月右非2坝段部分仓号使用了湖特42.5低热水泥混凝土。试验结果与现场检测表明,右非2坝段低热水泥混凝土抗压强度均满足设计要求。右非2坝段低热水泥混凝土最高温度为20.8～26.0℃,最高温升为6.0～12.3℃,均满足设计允许最高温升要求,达到最高温升的历时为6～10d。观测结果表明,随浇筑升层的增大,混凝土最高温升相应增大,最高温度出现的时间略有提前,虽然浇筑升层为3m的混凝土比浇筑升层为2m的混凝土最高温度约高2.7℃,最高温升约高5.4℃,出现最高温度的时间约早1.2d,但最高温升仍满足设计允许要求。大体积混凝土浇筑升层厚度一般为1.5m,冬季施工时也只达到2m,此次试验结果表明,即使浇筑升层为3m,最高温升仍满足设计允许要求。使用低热水泥,增大浇筑升层厚度,既可保证混凝土温升满足设计允许要求,又可大幅提高混凝土浇筑强度。3混凝土混凝土温度(1)机口抽样检测结果表明,低热硅酸盐水泥混凝土的强度、极限拉伸值、抗冻等级及抗渗等级均能满足设计要求。与中热硅酸盐水泥混凝土相比,低热硅酸盐水泥混凝土的早期强度要低一些,但后期增长较快,90d龄期后有赶上或超过中热硅酸盐水泥混凝土的趋势。(2)现场测试表明,低热硅酸盐水泥混凝土最高温度均低