使用低碱缓凝高效减水剂配制大坝混凝土.pdf

2 0 1 1年 第 5 期 f总 第 2 5 9 期 ) Nu mb e r 5 i n 2 0 1 l ( T o t a l No 2 5 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACT I CAL TECHNo【 DGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 。 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 5 0 4 5 使用低碱缓凝高效减水剂D i f U 大坝混凝土 李克 亮 1 l 2 ，王毅 z ，聂卫平 3 ( 1 华北水利水电学 院 土木与交通学院，河南 郑州 4 5 0 0 1 1 ；2 南京水利科学研究 院 瑞迪高新技术公 司 ，江苏 南京 2 1 0 0 2 4 ； 3 葛洲坝集团试验检测有限公司 ，湖北 宜昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘要 ： 使用低碱缓凝高效减水剂配制 了锦屏一级水电站垫座和大坝混凝土 ， 并研究其施工性能 、 物理力学性能和耐久性能 。为降低发 生碱一 骨料反应的可能性 ， 缓凝高效减水剂的碱含量控制 4 0 以内。 配制 的混凝土拌合物和易性 良好 ，满足施工要求 ； 混凝 土 1 8 0 d抗压 强度满足设计要求 ， 和水胶 比的相关性较好 ； 混凝土碱含量 、 抗 渗和抗 冻性能满足设计 要求 。 低碱型缓凝高效 减水剂在锦屏一 级水 电站垫 座和大坝施工 中顺利应用。 试验研究和工程应用证明： 低碱缓凝高效减水剂 与中热水泥适应性较好 。 关键词： 水 电站 ；混凝土 ；缓凝高效减水剂 ；低碱 ；适应性 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 2 2 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 】 ) O s 一 0 1 3 6 0 4 Da m c on cr et e pr e pa r e d u si ng se t r e t ar der s up er pl a s t i c i z e r wi t h l ow al k a l i c on t e nt LI Ke l i a n g 一 ， WANG Yi ， NI E W e i - p i n g ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d Co mmu n i c a t i o n ， No r t hCh i n a Un i v e r s i t y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d El e c t ri c P o we r ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 1 1 ， C h i n a ； 2 R &DH i g bT e c h n o l o g yC o ， Na n j i n gH y d r a u l i cR e s e a r c hI n s t i t u t e ， N a n j i n g2 1 0 0 2 4 ， C h i n a ； 3 C h in a Ge z h o u b a Gr o u pCo mp a n yL i mi t e d ， Yi c h a n g4 4 3 0 0 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Da m c o n c r e t e o f J i n p i n g h y d r o p o we r s t a t i o n wa s p r e pa r e d u s i ng s e t r e t a r d e r s u p e r p l a s t i c i z e r wi t h l o w a l k a l i c o n t e n t I t s wo r k a b i l i t y， m e c h an i c a l p r o p e r t y a nd d ur a b i l i t y we r e i n v e s t i g a t e d i n t h i s pa p e r To a v o i d a l k a l i a g g r e g a t e r e a c t i o n， t h e a l k a l i c o n t e n t o f s e t r e t a r d e r s u p e r p l a s t i c i z e r wa s c o n t r ol l e d e q ua l o r l e s s e r t ha n O 4 Co n c r e t e wo r k a b i l i ty me t t h e c o n s t r u c t i n g r e q u i r e me n t Co mpr e s s i v e s t r e n g t h a t 1 8 0 d a y s h a d a g o o d c o r r e l a t i o n wi t h wa t e r t O c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s r a t i o F r o s t r e s i s t a n c e a n d i mp e r me a b i l ity a l l me t t h e d e s i g n e d r e q uir e me n t S e t r e t a r d e r s u p e r p l a s t i c i z e r wi t h l o w a l k a l i c o n t e n t wa s s u c c e s s f u l l y u s e d i n a r c h d a m c o n s t r u c t i o n o f J i n pi n g h y d r o p o we r s t a t i o n Te s t r e s u l t s a nd e n g i n e e r i n g a p pl i c a t i o n p r o v e t h a t t h e s e t r e t a r d e r s u p e r p l a s t i c i z e r wi t h l o w a l k a l i c o n t e n t h a s a g o o d a d a p t a b i l i t y wi t h m o d e r a t e h e a t c e me n t Key wor ds ： h y d r o p o we r s t a t i o n； c o n c r e t e ； s e t r e t ard e r s u p e r p l a s t i c i z e r ； l o w a l k a l i c on t e n t ； a d a p t a b i l i ty 锦屏一级水电站为 I 等工程， 其双曲拱坝坝高 3 0 5 m， 为世 界同类坝型中第一高坝 ， 大坝大体积混凝土约 5 9 5万 m， ， 大坝 四级配混凝土设计指标见表 1 。 优质的缓凝高效减水剂可以明显 的密实性， 提高混凝土力学性能和耐久性能， 并降低水化热 ， 推 迟水化热温峰的出现 ， 有利于大坝大体积混凝土抗裂。 锦屏一级水 电站设计要求使用 的缓凝 高效减水剂除满足 D L T 5 1 0 0 - - 1 9 9 9 水工混凝C h i n 剂技术规程 【 1 中缓凝高效减水剂的技术要求 外， 为降低碱一 骨料反应的可能性， 还要求碱含量4 0 。 本试验 地改善混凝土拌合物及混凝土性能， 减少用水量 ， 提高混凝土 使用低碱缓凝高效减水剂配制锦屏一级水电站大坝混凝土。 表 1 锦屏一级水电站四级配凝土设计指标 1 试验原材料 1 1 水泥 试验采用四川峨胜水泥股份有限公司和湖南石门特种水 泥有限公司生产的中热 P 0 4 2 5 级 ， 两种水泥的物理力学性能见 表2 ， 表2中各项眭能指标均满足G B 2 0 0 - - - 2 0 0 3 ( 中热硅酸盐水泥、 低热硅酸盐水泥、 低热矿渣硅酸盐水泥 际准要求和设计要求。 以 上 2种水泥的水化热和化学成分 ( 见表 3 ) 均满足 G B 2 0 0 - - 2 0 0 3 标准和设计要求。 峨胜中热 4 2 5 级水泥中的 C ， S和c 含量分 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 2 3 1 1 3 6 别 为 4 5 1 5 和 0 7 3 ， 石门中热 4 2 5级水泥中的 C 3 S和 C 含 量分别为 4 3 7 2 和2 2 4 ， 满足 G B 2 0 0 - - 2 0 0 3 标准要求； 峨胜 中热4 2 5级水泥中的C , A F含量为 1 5 2 3 ， 石门中热 4 2 5 级水 泥中的c F含量为 1 6 3 6 ， 满足设计要求。 1 2 粉 煤 灰 在保证混凝土总碱量不超过 1 5 k g m 的前提下， 粉煤灰技 术指标除应满足 D L T 5 0 5 5 -2 0 0 7 水工混凝土掺用粉煤灰技术 规范 3 的要求外， 还应满足如下技术要求： 粉煤灰碱含量应 不大于 2 5 ； 粉煤灰的C a O含量应不大于 5 0 。 本次试验使 用的粉煤灰为云南省宣威电厂生产的 I 级粉煤灰 ， 其物理性能和 化学性能见表4 ， 满足设计要求和 D L T 5 0 5 5 -2 0 0 7中 I 级粉煤 灰的技术要求。 1 3骨料 本 次试验用的粗骨料 和细骨料品质检验根据 D L T 5 1 5 1 - 2 0 0 1 水工混凝土砂石骨料试验规程 _4 J 进行 ， 按 D L T 5 1 4 4 2 0 0 1 水工混凝 土施工规范 f 5 J进行 评定。 本次试验 细骨料采 用 三滩前期砂石系统生产的大理岩质人T砂 ， 其相关性能见表 5 。 人工砂除石粉含量为 1 9 5 ， 不符合 D L T5 1 4 4 -2 0 0 1 标准要求 ， 但满足设计要求； 其余各项指标均符合 D L T 5 1 4 4 -2 0 0 1 标准 和设计要求。 本次试验用粗骨料为印把子沟沙岩加工的沙岩质 人工碎石 ， 试验前所有骨料均经过筛分冲洗处理 ， 所以未再对 其进行超逊径和含泥量试验， 其性能见表 6 ， 各项指标均满足 DL T 5 l 4 4 2 O 0 1 标准要求， 但针片状颗粒含量偏高。 表 4粉煤灰物理性能和 化学性 能 1 4 外加 剂 1 4 1 低碱缓凝 高效减水剂 混凝土试验选用南京水利科学研究院南京瑞迪高新技术 公 司生产的 H L C - N AF低碱缓凝 高效减水剂 。 HL C NA F低碱缓 凝高效减水剂来源于南京水利科学研究院优秀科研成果， 1 9 9 6 年 1 0 月 即通过原电力工业部科技司组织 的技术鉴定 ， 鉴定意见认 为 ： 该产品达到 国内领先水平。 该缓凝高效减水剂已经在贵州地 区的光照水 电站 ( 混凝土用量近 3 0 0万 m ) 、 思林水 电站 、 沙坨 水电站 、 石垭子水电站 、 索风营水电站和四川地区的金康水电 站 、 百花滩水电站中成功应用 。工程实践表 明， H L C - NA F缓凝高 效减水剂与水泥适应性 良好 ， 且采用 HL C NA F缓凝高效减水剂 配制的混凝土在极限拉伸值 、 强度 、 坍落度损失 、 含气量损失、 延缓水化热温升、 降低水化热峰值等方面有技术优势。HL C - NA F 缓凝高效减水剂明显地延缓了水化热的温峰时间， 降低了混凝 土早期水化热 ， 对混凝土施工温控非常有利。 锦屏水电站设计要求缓凝高效减水剂除满足DL T 5 1 0 0 1 9 9 9 ( 水工混凝土外加剂技术规程 1 中缓凝高效减水剂的技术 要求外， 还有碱含量4 0 ， 硫酸钠含量8 0 ， 含气量2 5 等特殊要求。 试验用 H L C - NAF 低碱缓凝高效减水剂的碱含量为 1 0 3 ， 氯离子含量为 0 6 0 ， 硫 酸钠 含量为 O 6 2 ， p H值为4 6 。 当掺量为 0 6 时 ， 该产品检测结果见表 7 ， 满足 DL T 5 1 0 0 - - 1 9 9 9 水工混凝土外加剂技术规程 【 1 中缓凝高效减水剂的技术要求 和设计要求 。 表 7 低碱 缓凝高效减水剂性能检测结果 1 4 2 引气剂 试验用引气剂为山西黄河新型化工有限公司生产的 HJ A E A 型混凝土引气剂 ， 满足 D L T 5 l O O l 9 9 9 水工混凝 土外加剂技 1 3 7 术规程 中引气剂的技术要求。 2混 凝 土 试验 研 究 2 1配合 比 将筛分处理后的各级配粗骨料按不同质量 比例组合进行 紧密堆积密度试验， 确定最优组合质量比例为： 小石： 中石： 大石： 特大石 = 2 0 ： 2 0 ： 2 5 ： 3 5 。 根据外加剂与胶凝材料适应性试验确定低 碱缓凝高效减水剂最优掺量为 0 6 。 经室内试拌 ， 确定了各配合 比的参数( 见表 8 ) 。 配制的混凝土有 O 3 9 、 0 4 3 、 0 4 7 、 0 5 2四个水 胶比， 粉煤灰掺量为 3 5 。 使用石门中热水泥的混凝土单位立方 米 用水量 比使用峨胜 中热水泥高 3 k ed r n 。 2 2 拌 合物 性能 配制的混凝土的拌合物性能见表 9 。 混凝土初始坍落度在 3 7 5 5 mm之间， 初始含气量在4 0 5 5 之间， 拌合物性能良好， 满足施工要求。 H1 5混凝土的坍落度在 3 0 mi n后损失 3 4 0 ， 在 6 0 rai n后损失 4 2 6 。 H1 5 混凝土的含气量在 3 0 mi n后损失 7 5 ， 在 6 0 mi n后损失 2 5 O 。 H 2 5混凝土的坍落度在 3 0 rai n 后损失 2 8 8 ， 在 6 0 m i n 后损失 4 6 2 。 H 2 5 混凝土 的含气量在 3 0 rai n后损失 1 8 2 ， 在 6 0 rai n后损失 2 7 3 。 使用峨胜中热 水 泥的混凝土 的凝结时间均大于使用石门 中热水 泥的混凝土。 低碱缓凝高效减 水剂与两种中热水泥适应性 良好。 2 3 硬 化 混凝 土性 能 不同龄期的硬化混凝土的抗压强度、 劈拉强度、 静力抗压 弹性模量和极限拉伸值等物理力学性 能见表 1 0 。 使用峨胜中热 水泥和石 门中热水泥这 2种水泥的混凝土 的 1 8 O d龄期抗压强 度相当， 且抗压强度和水胶比相关性较好， 两者关系式分别为 y = l 8 0 6 5 x 一 3 5 0 2 2 ( 峨胜 中热水泥 ) 和 y = 1 7 2 3 7 x 一 1 2 2 5 8 ( 石 门中 热水泥 ) ， 公式中 ： 代表混凝上水胶 比 Y 代表混凝土 1 8 0d 抗压 强度。 使用这 2 种水泥的混凝土各龄期的劈裂抗拉强度和极限拉 伸值基本相当。 使用峨胜中热水泥的 1 8 0 d龄期静力抗压弹性模 量高于使用石门中热水泥的混凝土。 经测试， 各配合比混凝土 的抗 渗等级 均大于 P 1 3 ， 抗冻 等级均 大于 F 2 5 0 ， 其 中， H1 6和 H 2 6混凝土的抗渗等级 大于 P 1 5 ， 抗冻等级大 于 F 3 0 0 ， 满足设 计要求 表 8混凝土试验配合比参数 表 9 混凝土拌合物性能 锦屏一级水 电站各 试验配合 比混 凝土的 自生体 积变形 见 图 1 。 因水泥中存在适量的氧化镁， 各配合比混凝土早期均产生 一 定量的膨胀， 1 8 0 d时， H1 4和 HI 5 混凝土仍处于膨胀状态， 1 8 0 d时 ， 使 用石门中热水泥的 H 2 4 、 H2 5和 H 2 6 混凝土均处 于收缩状态 ， 最大收缩值 为 2 0 x 1 0 。 。 3 低碱缓凝 高效减水剂在锦屏水电站的应用 情 况 2 0 0 9年 8月 1 1日开始，锦屏一级水电站大坝垫座混凝土 中开始使用 H L C - NA F低碱缓 凝高效减水 剂 ， 从 2 0 0 9年 1 O月 2 3日第一 仓大 坝混凝 土浇筑开 始即使用 H L C - N A F低碱缓凝 高效减水剂 。 截止 目前 ， 锦屏水电站大坝施 工共使用 H L C - NA F 低碱缓凝高效减水剂 4 0 0 t ， 浇筑垫座和大坝混凝土 2 0万 n l 。 施工中使用峨胜中热 4 2 5级水泥， 在室内试验研究的基础上， C 3 0 W1 3 F 2 5 0 垫座混凝 土水胶 比控制在 0 A 5 ， C 1 8 o 4 0 WI 5 F 3 0 0 大 坝混凝土的水胶比控制在 0 3 7 ， 常态混凝土初始坍落度控制在 3 0 5 0 mm之间， 富浆混凝土初始坍落度控制在 5 0 7 0 mm之问， 混 H1 6 混凝土因水胶比小 ， 产生了部分收缩 ， 收缩值为 8 x 1 0 ；凝土施工配合比见表 1 1 。 1 3 8 一 一 如 一 一 一 伽 一 一 一 ” 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ” 一 卯 ” 4 0 4 川 m m 眦 1 缸- 一 2 2 I三 H I - 6 -o- H 2 - 64 2 4 I I十 H I一 一 H I ； 0 30 6 0 90 1 2O 1 50 l 80 龄期 ， d 图 1 混凝土 自生体积变形 表 l l 中仅列 出人 T砂 细度模数 为 2 6 0情 况下 的施 r 配 合 比， 施工 中根据 人 _T砂细 度模数 的不 同对混 凝土 配合 比进 行适 当调整 ； 引气剂 掺量也根据 控制混凝 土含 气量在 4 6 之间进行动态调整。 施T过程中， 混凝土和易性 良好， 易振捣， 不泌水 ， 振捣 棒拔 出后没有 留下 孑 L 洞 。 混凝土 现场取样室 内测 试 的初 凝时问为 1 2 2 h ， 终凝时 间为 1 7 8 h ， 满 足施工要求 。 浇 筑过程中， 使用 H L C NA F低碱缓凝高效减水剂拌制的混凝土 拌合 物振 捣后 表面气 泡 可排除 ， 混凝 土拆模 后 竖直面外 观 良 好， 表面光滑平整， 气泡较少 。 根据有关单位统计 ， 使用低碱缓 凝高效 减水 剂浇筑 的混凝 土 1 8 0 d 抗 压强 度满 足规范验 收要 求，抗渗等级和抗冻等级均满足设计要求。 根据 C E C S 5 3 ： 9 3 混凝土碱含量限值标准 _6 J 的规定， 粉煤灰有效碱含量 占粉煤 灰碱含量 的百分率取 1 5 ， 则表 1 1中各个 混凝土 的碱 含量均 在 1 0 k g m3 以下 ， 满足设 计要 求 。 工 程应用表 明 ： 低碱缓 凝高 效减水剂与 锦屏水电站所用 的巾热 4 2 5级硅酸盐水泥适 应性 良好。 表 1 1 锦屏一级水电站混凝土施工配合比 k g m 4结 论 使用 低碱缓凝 高效 减水剂 配制的锦屏一 级水 电站 混凝 土 拌合 物的和易 性 良好 ， 易振捣 ， 不泌水 ； 混凝 土拆 模后外 观 良 好 ， 表面光滑平整 ， 气泡较少 ； 采用峨胜 巾热水 泥所 拌制的混凝 土 1 8 O d白生体积变形基本呈膨胀状态； 混凝土抗压强度 、 抗渗 和抗 冻性能满足设计要求 。 混凝土的碱含量在 1 0 k g m3 以下。 试验研究 与工程应用表 明： 低碱缓凝高效减水剂与 锦屏 水 电站所用 的中热硅酸盐水泥适应性 良好 。 参考文献 ： i 1 】D UT 5 l O O 一 1 9 9 9 ， 水工混凝土外加剂技术规程 s 北京 ， 1 9 9 9 2 】G B 2 O 0 2 0 0 3 一中热硅酸盐水泥 、 低热硅酸盐水 泥、 低热矿渣硅 酸 盐水泥 s 3 D I T 5 0 5 5 -2 0 0 7， 水 工混 凝土掺 用粉煤灰技术规 范 s E 京 ， 2 0 0 7 4 D L T 5 1 5 I 一2 0 O 1 ， 水工混凝土砂石料试验规程 s 1 E 京 ， 2 0 0 2 5 D I J T 5 l 4 4 2 ( ) ( 】 l ， 水工混凝土施工规范【 s _ E 京 ， 2 0 0 2 6 C E C S 5 3： 9 3， 混凝土碱含量 限值标准【 s 1 E 京 ， 1 9 9 3 作者简介： 李克亮( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 高级工程师， 博士， 主要从事结构新材 和结构耐久性的研究与应用。 联系地址： 河南省郑州市北环路 3 6 号 土木与交通学院( 4 5 0 0 1 1 ) 联 系电话 ： 1 5 2 3 8 3 8 9 4 9 9 蜀藿 翟 疆 实施 指南 一 书已出 版发 行 由中冶工程材料研究院副院长、 中国建筑业协会混凝土分会副会长仲晓林教授等主编的 ( 大体积混凝土施工规范 实施指南 一 书 2 0 1 1 年 5月已由中国建筑丁业 出版社出版 、 发行 ， 各地新华书店 、 建筑 书店经销 。 本指南配合国家标准 G B 5 0 4 9 6 -2 0 0 9 大体积混凝土施T技术规范 的实施编写。内容包括： 总则、 术语 、 符号、 基本规定 、 原材料、 配合比、 制备及运输、 混凝土施工、 温控施工的现场监测等； 第二篇为大体积混凝土施工技术研究； 第三篇为大体积混凝土应用实例。 大体积混凝土施工规范 是根据原建设部“ 关于印发 2 0 0 6 年工程建设标准规范制定、 修订计划( 第二批 ) 的通知” ( 建标 2 0 0 6 1 3 6 号) 的要求 ， 由中冶建筑研究总院有限公司会同有关科研 、 设计、 施工和检测单位共同编制而成。 本规范在编制过程中， 编制组开展了大量的试验研究， 进行了广泛的调查分析， 召开了多次专题研讨会， 总结了多年来我国大 体积混凝土施_T 技术的实践经验， 与同内相关的标准规范进行了协调， 与国际先进的标准规范进行了比较和借鉴。 在此基础上以多 种方式广泛征求了全国有关单位的意见并进行了工程试应用， 对主要问题进行了反复的讨论和研究， 最后经审查定稿。 在 大体积混凝 土施 工规 范 中首次提 出在大体积混凝 土中掺 入外加剂 、 粉煤灰和磨 细矿渣粉对胶凝材 料水 化热 、混凝土抗拉 强度、 收缩和弹性模量影响的修正系数。首次提出了在大体积混凝土施工设计中可采用 6 0 d或 9 0 d强度作为验收指标 ， 较全面地 规定了大体积混凝土施工技术的基本规定、 原材料、 配合比、 制备及运输 、 混凝NINN控施l丁现场监测等技术措施， 对于规范大 体积混凝土施工 ， 提升混凝土施工技术水平， 保证施工量质量， 节约能源具有积极促进作用。 该书理论基础扎实 ， 并融入 了多年的大体积 混凝 土工程施工实践经验 ， 数据充实可靠 ， 具有很强 的使用价值。 1 39