溪洛渡大坝混凝土特性及防裂措施.pdf

水利水电技术第4 1卷2 0 1 0年第2期 溪洛渡大坝 混凝土特性及 防裂措施 李文伟 ，郑丹 ( 中国三峡集团公 司 科技环保部，湖北 宜昌 3 002 ) 摘要：溪洛渡拱坝混凝土采用玄武岩粗骨料、灰岩细骨料 ，针对骨料特性 ，通过优化配合比、提高 水泥要求以及外掺 Mg O等工程措施，有效地改善 了混凝土的极限拉伸变形和 自身体积变形 ，提 高了 混凝土的抗裂特性 ，保证 了溪洛渡大坝混凝土的质量。 关键词 ：溪洛渡拱坝；混凝土；极限拉伸变形 ；自生体积变形；防裂措施 中图分 类号 ：rl N4 3 1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 4 8 0 4 Co nc r e t e pr o pe r t i e s a nd c r a c k c o n t r o l me as u r e s f or c o n s t r u c t i o n o f Xi l u u Ar c h Da m L I W e n we i ，ZHENG Da n ( S c i e n t i f i c E n v i r o n m e n t P r o t e c t i o n D e p r t m e n t o f C h i n a T h r e e G o r g e s C o r p o r a t i o n ，Y i c h a n g 4 4 3 0 0 2 ，H u b e i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：As c o a r s e a g g r e g a t e o f b a s a l t a n d fi n e a g g r e g a t e o f l i me s t o n e a r e u s e d i n t h e c o n c r e t e f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f Xi l u o d u Ar c h D a m ，the e n g i n e e r i n g me a s u l s o f e n h a n c i n g t h e c e me n t s t r e n g t h a n d a d mi x i n g Mg o a r e a d o p t e d t h r o u g h the o p t i mi z a t i o n o f t h e mi x i n g r a t i o f o r t h e a g g r e g a t e p r o p e r t i e s ；b y w h i c h t h e u t mo s t t e n s i l e d e f o r ma t i o n an d the a u t o g e n o u s v alu me d e f o rm a t i o n o f t h e c o n c r e t e a r e e ff e c t i v e l y i mp r o v e d，a n d the n n o t o n l y t h e c r a c k r e s i s t a n c e o f t h e c o n c r e t e i s e nh an c e d，b u t the q u a l i t y o f t h e c o n c r e t e o f t h e d a m i S alS O e n s u r e d Ke y wo r d s ：Xi l u o d u A r c h D am ；c o n c r e t e ；u t mo s t t e n s i l e d e f o r ma ti o n；a u t o g e n o u s v o l u me d e f o r ma ti o n；c r a c k c o n t r o l me asu r e 1 工程概况 溪洛渡水电站是金沙江下游河段梯级规划开发的 第三个梯级 ，是一座 以发电为主，兼有防洪 、拦沙和 改善下游航运等综合利用效益的特大型水利水电枢纽 工程 ，工程混凝土总量 1 2 9 6万 m ，其中大坝混凝土 约 7 0 0万 m ，大坝为双曲拱坝 ，坝高2 7 8 m，受力条 件较为复杂，对混凝土抗裂性能要求高。 溪洛渡大坝混凝 土粗 骨料为玄武岩 ，细骨料为 灰岩。招标设计阶段 的试验研究 结果表明 ，由于玄 武岩弹性模量较大 ，受骨料性质的影响 ，混凝 土性 能存在以下一些问题：( 1 ) 极限拉伸值不高，1 8 0 d 的极限拉伸变形为 1 00 X 1 0 左右；( 2 ) 自身体积变 形为收 缩型 ，最 大 一4 0 X 1 0，达 不 到微 膨 胀 要 求 ，这是混凝土温控设计 中最 为突 出的问题 ；( 3 ) 弹性模量 高 ；( 4) 徐 变小 ；( 5 ) 导 温 系数小 。这 些 特性使得混凝土变形能力较差 、抗 裂能力较低 ，需 加 以重视 。 4 8 经温控设计 、专家咨询，为满足混凝土抗裂性能 和拱坝安全要求 ，混凝土的主要技术指标应满足的要 求如表 1所列。 表 1 混凝 土的主要技术指标 工程 强度 抗匪 抗拉 抗冻 抗渗 极限 绝热 自生体 强度 强度 拉伸 温升 积变形 部位 等级 等级 等级 MP a MP a 1 0- 4 1 0 6 A 区 Cl s o 4 0 4 0 3 2 F 3 o 0 W1 5 1 0o 2 8 一2 o B区 C I 8 0 3 5 3 5 3 0 F 3 O 0 W1 4 I0 9 5 2 7 一 2 O C区 Cl 8 0 3 0 3 0 2 8 F 25 O W1 3 O 9 0 2 6 一2 0 2 试验研究及成果 2 1 技术路线 在调研 国内外 工程 的相关 经验 的基础 上 ，考 虑主要采 用 了两 条技 术 路线 ，即 内含 Mg o及外 掺 收稿 日期 ：2 0 0 9 0 7 2 9 作者简介：李文伟( 1 9 6 5 一) ，男，湖南湘乡人，教授级高级工程师。 W a t e r Re s o u r ce s a n d Hy d r o p o w e r En g i n e e r i n g Vo 1 4 ，No 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m Mg O技术。通过大量的试验和理论研究表明：( 1 ) 外 掺 M g O技术在理论上具有可控性 ，可根据混凝土特 性确定生产工艺、掺量等参 数。但是 由于 目前外掺 Mg O技术存在缺乏大型工程应用经验 、无行业或 国 家标准、产品生产及质量不够稳定 、且混凝土的安定 性存在争议，以及试 验方法和评价标准不统一等 问 题 ，因此该技术现阶段并不成熟 ，目前试验结果还不 足以决定采用。( 2 ) 内含 Mg O技术产品有国家标准和 大型工程应用经验 ，在三峡大坝等工程也得到较为有 效的应用。但其膨胀量和膨胀时间较难控制，且时效 性差 ，难以满足溪洛渡大坝工程技术要求。该技术在 溪洛渡招标设计阶段的试验并不理想 ，收缩值高达 一 4 0 X 1 0 一。通过调整 Mg O含量、水泥成分等综合措 施 ，使得该技术在抑制混凝土收缩方面得到了一定程 度 的改进 。 综合考虑各项 因素 ，最后决策仍采用 内含 Mg O 技术 ，但必须研究解决改善混凝土变形性能和提高混 凝土抗裂能力 。 2 2主 要技术措 施 针对上述情况 ，在施工设计阶段对水泥品质提 出了更严格的技术要求 ，尽 可能地采取措施 ，改善 混凝土变形性能，使混凝土自生体积变形值达到不 小于 一 2 01 0 的设计要求 ，提高混凝 土的综合抗 裂 能力 。 在混凝土材料方面主要采用了下列措施 ：( 1 ) 调 整水泥中对抗裂有利的矿物组成和性能指标 ，在国标 基础上提出了更严密 、更精细化的要求 ( 见表 2 ) ； ( 2 ) 适当提高水泥中对变形性能起作用的 Mg O含量在 4 2 5 0 之间，并要求水泥生产时尽可能提高对 膨胀起决定性作用的膨胀源方镁石含量 ；( 3 ) 改 进水泥生产工艺，从原材料选配 、煅烧、粉磨等各方 面进行研究 ，以生产出满足上述要求的水泥。 表 2 溪洛渡工程规范与国家规范 比较 Mg ( ) 比表面 2 8 d 2 8 d 水化热 k J k g 规范 积 m 抗压强度 抗折强度 含量 k g一 MP a MP a 3 d 7 d 溪洛渡规范 4 2 5 O 2 5 0 3 加 4 9 3 5 7 5 2 41 2 8 3 CB 2 O O - -2 O O 3 5 0 t2 5 0 4 2 5 6 + 5 2 5 1 2 93 同时，在混凝土的配合比设计上 ，适当降低水胶 比并提高粉煤灰掺量( 由可行性研究阶段的3 0 提高 到 3 5 ) ，在满足设计要求的前提下提高混凝土的变 形性能。 2 3 试验结果 在上述技术措施 的基础 上，经过生产和试 验研 水利水电技术第4 1卷2 0 1 0年第 2期 李文伟， 等溪洛渡大坝混凝土特性及防裂措施 究 ，内含 Mg O混凝土的各项性能如表 3一表 5所列 。 表 3 混凝土拌和物试验结果 使用 强度 1 1 7 C 级 用水量 粉煤灰 砂率 水泥用 粉煤灰 胶材总 k g 掺量 量 k g 用量 k g 量 k g 部位 等级 配 m m m n l 二 1 o 0 3 2 l 5 8 5 8 5 4 2 4 3 9 大坝 Cl 8 0 4 0 0 41 A区 = 8 8 3 5 2 8 1 3 9 5 7 5 1 2 1 4 6 四 8 2 2 4 1 3 0 O 7 0 0 2 0 0 0 二 l o o 3 3 1 4 4 4 7 7 8 2 2 2 2 大坝 Cl 8 o 3 5 0 4 5 B区 = 9 0 3 5 2 9 l 3 O O 7 0 0 2 00 O 四 8 2 2 5 l 1 8 4 6 3 8 l 8 2 2 二 1 0 2 3 4 l 3 5 3 7 2 9 2 O 8 2 大坝 Cl 8 o 3 0 0 4 9 = 9 0 3 5 3 0 l l 9 4 6 4 3 1 8 3 7 C区 四 8 2 2 6 l 0 8 8 5 8 6 l 6 7 3 表 4混凝土强度、变形和耐久性试验结果 强度 配制强 抗压强度 劈拉强度 极限 抗压 抗冻 抗渗 拉伸值 弹模 等级 度 M P a MP a MP a 等级 等级 1 0 - 6 GP a Cl 8 o 4 0 4 5 2 5 2 4 3 9 3 1 0 2 4 3 7 F 3 o o W 1 6 Cl 8 o 3 5 3 9 7 4 6 】 3 7 2 9 7 4 3 8 F 3 o o W l 6 C1 8 o 3 0 3 4 7 3 8 8 3 0 9 9 5 4 0 8 F 3 o 0 W l 5 表 5 混凝土热学性能试验结果 强度 线膨胀系 导热系数 比热 数 l O 导温系数 设计要求绝热 等级 m 2 h 一 1 g r f m J ( k g 一 K)I 1 o c) 一 温升 Cl 8 o 3 5 0 o 0 2 3 1 6 9 7 6 2 2 9 2 5 9 ( 2 8 ) C l 8 0 3 0 6 3 0 o 0 2 3 l _ 5 5 9 4 9 2 l 2 5 2 ( 2 8 ) C 9 o 4 2 O o o 2 3 1 5 8 8 1 1 9 1 2 4 5 ( 2 8 ) 从表 3表 5可以看出，内含 Mg o混凝土各项性 能满足设计要求 ，同时混凝土具有如下特点 ：( 1 ) 用 水量低 、水泥用量少；( 2 ) 抗压强度高 、抗冻、抗渗 等级高；( 3 ) 绝热温升低 、线膨胀 系数小；( 4) 极 限 拉伸值富裕不大 ；( 5 ) 自身体积变形为早期是微收缩 型 、后期略有微膨胀 ；( 6 ) 弹模高、徐变小；( 7 ) 导 温系数较小。可以看出，通过上述工程措施 ，混凝土 的各项特性满足了设计要求。同时混凝土的抗裂特性 也得到了改善 ，工程 中最为关心的混凝土 自生体积变 形历程如图 1 所示。 由图 1 可以看出，最初的水泥混凝土 自生体积变 形呈收缩趋势，最大 自生体积变形达 一 4 0 X 1 0 一，约 在 4 0 0 d左右 自生体积变形趋 于稳定 。水泥改 良后的 混凝土 自生体积变形早期呈微膨胀变形 ，7 d之后开 始收缩，7 d自生体积变形达到最大( 约 1 0 X 1 0 ) ， 2 8 d自生体积变形平均为 一 4 6 6 X 1 0 ，6 0 9 0 d左 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李文伟， 等溪洛渡大坝混凝土特性及防裂措施 1 5 l。 0 r ,d 一 1 5 翁3 0 皿 - 4 5 图 1 室内试验混凝土自生体积变形 右 自生体积变形平均达到 一l O 2 01 0，然后体现 出微膨胀变形 ，3 0 0 d左右 自生体积变形为 0 。 可以看出 ，以上 工程措施起到 了效果 ，Mg O膨 胀源起 了作用 ，使得混凝土 的 自生体积变形控制在 一 1 51 0 以内，混凝 土的变形性 能基本能满足设 计要求 。 3 现场应用 从 2 0 0 8年 l 0月 1 8日开始进行大坝地质缺陷置 换混凝土施工 ，试验 中心对混凝土拌和物性能 、混 凝土强度 、混凝土极 限拉伸和弹性模量 、混凝 土抗 冻抗渗性能 以及混凝土 自生体积变形 等性能进行 了 检测 。同时 ，监测中心在 1 1月 6日、1 1月 2 6日施 工的两个浇筑块埋设 了无应力计 ，各种检测试 验结 果如下 。 3 1 混凝土性能 混凝土 2 8 d龄期的强度 、极 限拉伸值 和耐久性 能现场检测结果见表 6，混凝 土的 自身体积变形 见 图 2 。 表 6 混凝土强度、变形和耐久性能现场检测值 强度 MP a 极 限拉伸值 设计要求 级配 抗渗性能 劈拉 抗压 1 0一 二 2 2 7 3 O 4 Cl a o 4 0F 3 0 0 = 2 4 7 3 6 8 O 8 3 W l 5 四 2 4 5 3 8 9 O 8 3 W1 5 l 5 l 0 ： 5 0 瓤 1 皿 2 O 一2 5 。 I L A- I I O l r 7 l l 一 。 旦一 j 一 牟 嘲 2 I 4 0 5 0 6 0 7 0 8 1 1 = 一 _ r 、 、， 图 2 现场试验混凝土 自生体积变形 对照研究成果及混凝土发展规律 ，根据 已有检测 资料，可以看出混凝土的强度、极限拉伸、抗渗性能 5 0 均满足设计要求。 图 2中 ，L A一 一0 1 ，L A一 一0 2 ，L A 一 一 0 3曲线分别代表 2 0 0 8年 1 0月 1 8日、1 1月 1 9日 和 1 1 月 2 6日施工 的混凝土 。由图 2可 以看 出 ，混 凝土的自生体积变形基本稳定，能满足设计要求， 即 ：( 1 ) 2 0 0 8年 l 0月 1 8 日施 工 的混 凝 土 ，混凝 土前 7 d自变 为膨胀 ，7 d以后开始 收缩 ，2 0 d左 右 自变值 收 缩到 0 ，7 0 d自生 体 积变 形 为 一5 7 5 1 0，从 4 9 d 、6 3 d 、7 0 d的结 果 看 ， 自变 已 经有膨胀 的趋 势 ，这 和 2 0 0 7年 9月 及 2 0 0 8年 4 月 自生体 积变 形 试验 结 果 规律 性 一 致。 ( 2 ) 2 0 0 8 年 1 1月 1 9日施工 的混凝土 ，混凝土 自变 2 d后开 始收缩 ，1 4 d以后 收缩变 化增 大 ，4 2 d自变值 为 一 l 9 71 0。( 3) 2 0 0 8年 1 1月 2 6 日施 工 的混 凝土 ，水 电八局 进行 了 自变 试 验 ，由于试验 中存 在温度变化和搬运 的 影 响 ，35 d的 自变值 波 动 较大 。 3 2 现 场原 型观 测 监测中心在 1 1月 6日、1 1月 2 6日施工 的两个 浇筑块埋设 了无应力计 ，对拱坝 A区高程为 3 9 4 m 和 3 9 7 m的浇筑块进行现场原型观测。现场监测结果 如 图 3和图 4所示 。 龄期 d 图3 拱坝 A区3 9 4 m高程混凝土自生体积变形曲线 从监测结果看 ，现场观测 目前情况基本正常 ，除 极个别值外，混凝土的自生体积变形能满足 一 2 0 1 0 的设计要求，由于龄期短，还有待进一步观察。 室内试验与现场应用表明：( 1 ) 大坝混凝土配合 比、 拌和物品质满足施工要求；( 2 ) 大坝混凝土性能基本 满足设计要求 ，个别指标有待进一步观测 ；( 3 ) 混凝 土变形性能基本达到预期效果 ，原型观测后期效果有 待进一步观测 ；( 4 ) 现场应用的水 泥混凝土变形性能 其收缩值要大于试验研究阶段 ，大规模生产与试验略 有差距。 水利水电技术第4 1卷2 0 1 0年第2期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 、 龄 期 d 图 4 拱坝 A区3 9 7 m 高程混凝土自生体积变形 曲线 3 3温控防裂措施 在混凝土的温控设计上注重混凝土内在的发展规 律 ，在时间 、空 间上更加科学化和精细化。在时 间 上 ，在一期冷却和二期冷却之间增加了中期冷却 ；在 空间上将浇筑块垂直向分为灌浆区、同冷区、过渡区 和盖重区，分别进行温控设计 。 在混凝土施工中制定了详细的管理制度和温控措 施及施工工艺，通过已有试验及应用成果 ，分析总结 水泥生产工艺 ，确保稳定生产出满足溪洛渡工程要求 VVV、 VV、 ， VV、 、 VV 李文伟， 等溪洛渡大坝混凝土特性及防裂措施 的水泥。同时加强骨料生产 、拌和楼配料 、拌和等各 个环节的控制 ，确保混凝土质量的均匀稳定性 。 4 结论 、 根据溪洛渡拱坝当地材料的物理力学特性，通过 在混凝土配合比设计中选用适当的水胶 比，提高粉煤 灰掺量 ，提高水泥要求 以及采用 l- J 1 M g O等工程措 施 ，有效地 改善 了混凝 土的抗裂性能 。通过上述分 析 ，可以得出以下结论 ：( 1 ) 内含 Mg O措施可以有效 地补偿混凝土的自生体积收缩 ，改善混凝土的变形性 能 ；( 2 ) 通过调整水泥成分等材料参数 ，并提高水泥 生产的质量和稳定性，可以提高混凝土的抗裂性能 ； ( 3 ) 只要认真落实研究成果 、及时总结 ，可以很好地 控制混凝土的开裂 问题。 参考文献 ： 1 曹泽生 ，徐锦华 氧化镁 混凝筑坝技术 M 北京 ：中国电 力出版社 ，2 0 0 3 2 王显斌 ，成希弼 ，倪竹君 ，等 溪洛渡水电工程 大坝用 中热水 泥的质量要求及生产措施 J 水泥 ，2 0 0 8 ，( 1 1 ) ：1 6 1 8 ( 责任编辑陈小敏) 简讯 太 湖局 组 织召 开“ 2 0 1 0年 水利公 益 性行 业 科研专项 申报工作座谈会 为贯彻落实 2 0 0 9年全国水利科技工作座谈会精神，组织 做好 2 0 1 0年太湖流域水利公益性行业科研专项项 目申报组织 、 提炼和设计 工作 ，1 月 1 9日，太湖局在上海组织召开 了“ 太湖 流域 2 0 1 0年水利公 益性行业 科研专项 申报 工作 座谈会 ” ，太 湖局战略合作伙 伴 单位 以及 相关科 研院所 、设 计院 的领 导和 专家以及太湖局各直属事业单位和业务处室的代表 3 0多人参 加 了会议 。 太湖局吴浩云副局 长在 书面致辞 中指 出 ，广 大科研院所 、 设计单位积极参与太湖流域综合治理技术创新工作，说明太 湖正在被越来越 多的科学 家 、专家关 心关 注着 ，太 湖流域 的 水利科研 团队在 13益的壮 大，太 湖流域 水利科 技创新 体 系也 正在逐步建立和形成。水利部明确流域机构作为流域性科研 专项的归13管理部门，并给流域机构提出了高标准的工作要 求，这表明水利部高度重视和支持流域层面的科研工作，我 们倍感荣幸，也深感责任重大。他要求太湖局科技部门要针 对流域综合治理 的科技需求，精心组织、认真准备，做好 2 0 1 0年专项项 目的组织设计工作 。 会上 ，各参会单位的领导、专家围绕太湖流域 2 0 1 0年水 利公益性行业科研专项研究的主题“ 太湖流域综合治理关键技 术研究” ，进行了深入而富有成效的讨论。会议形成了共识， 取得了丰硕的成果。会后太湖局将尽快研究确定 2 0 1 0科研专 项的研究 目标和主要内容，为项 目组织设计争取时间。 太湖局副总工程 师吴志 平 ，太湖局 相关 业务 部门和各 直 属 事业单位 ，中国水利 水 电科 学研 究院 、南 京水利科 学研究 院 、上海勘测设计研 究 院 、南京 地理 与湖泊 研究 所 、江 苏省 太湖水利规划设计研究院有限公司、浙江省河 口水利研究院、 河海大学、同济大学等单位的负责同志及代表出席了会议。 ( 摘 自“ 中国水利 国际合作与科技 网” 2 0 1 0年 1月 2 5日) 依法 水加强水蜜源统一管理 水利水电技术第4 1卷2 0 1 0年第 2期 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m