粉煤灰對肯斯瓦特水庫混凝土面板早期抗裂性能的影響

王 軍，馮 卉

(1.新疆石河子市肯斯瓦特水利樞紐建設(shè)管理局，832000;2.新疆興農(nóng)建筑材料檢測有限公司830052)

混凝土面板堆石壩筑壩技術(shù)是現(xiàn)代壩工建設(shè)領(lǐng)域取得的一項具有重大意義的技術(shù)成就。這種新壩型目前己成為許多工程的首選壩型［1］。

面板堆石壩中混凝土面板是壩體的重要防滲結(jié)構(gòu)，而大量的工程實踐證明，面板混凝土存在著大量的水平裂縫的“基因”。因此，如何從面板混凝土配合比設(shè)計中盡可能減輕或降低這種易裂縫風(fēng)險而提高混凝土的耐久性，是混凝土面板堆石壩進一步發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。

本文以新疆瑪納斯河肯斯瓦特水利樞紐工程二期面板混凝土為例，在混凝土摻加I 級粉煤灰，研究粉煤灰對混凝土面板早期抗裂性能的影響。

肯斯瓦特水利樞紐工程是流域規(guī)劃推薦的一期工程，具有防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用功能。樞紐工程由混凝土面板砂礫石壩、壩肩式溢洪道、泄洪沖砂洞、發(fā)電系統(tǒng)等組成。水庫正常蓄水位990m，最大壩高129.4m?？纤雇咛厮麡屑~工程主要由混凝土面板砂礫石壩、壩肩式溢洪道、泄洪沖砂洞、發(fā)電系統(tǒng)等組成。

1 試驗材料

水泥:采用新疆天山水泥股份有限公司沙灣水泥廠生產(chǎn)的屯河牌42.5 普通水泥，3d 抗壓強度為27.2MPa，28d 抗 壓 強 度 為48.9MPa，比 表 面 積330m2/kg，初凝時間131min，SO3含量2.26%，安定性合格;

粉煤灰:瑪納斯電廠的Ⅰ級粉煤灰，細(xì)度4.6%，燒失量0.8%，需水量比:95%。

砂:當(dāng)?shù)睾由?，?xì)度模數(shù)2.7，連續(xù)級配，含泥量0.9%;

粗骨料:當(dāng)?shù)芈咽?，最大粒?0mm，連續(xù)級配。減水劑:株洲中鐵橋梁外加劑有限責(zé)任公司生產(chǎn)的FDN 萘系高效減水劑，適宜摻量為1.0%。

引氣劑:株洲中鐵橋梁外加劑有限責(zé)任公司生產(chǎn)的引氣劑。

2 試驗方案

本試驗以0.34 水膠比為基準(zhǔn)，摻加20%和25%的粉煤灰，配制出滿足和易性和強度要求的混凝土，并進行平板法早期抗裂試驗研究和軸向拉伸試驗研究，以此來研究粉煤灰對肯斯瓦特水庫面板混凝土抗裂性能的影響。混凝土初步配合比見表1。

表1 肯斯瓦特面板混凝土初步配合比

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 混凝土拌合物及強度試驗結(jié)果

按照試驗方案，對各組配合比的混凝土進行拌合物試拌調(diào)整，以滿足坍落度、和易性、含氣量等技術(shù)要求。并對試拌調(diào)整后的各組配合比進行強度試驗。試驗結(jié)果見表2 和表3。

表2 肯斯瓦特面板混凝土試拌調(diào)整配合比

表3 面板混凝土拌合物技術(shù)性質(zhì)測定結(jié)果

試驗結(jié)果表明:粉煤灰摻量對各齡期抗壓強度都有影響，其中7d 齡期抗壓強度對粉煤灰摻量較為敏感，粉煤灰摻量大，7d 齡期抗壓強度較高;3d 齡期抗壓強度隨摻量的增加而降低;28d 齡期抗壓強度隨摻量的增加而提高。分析其原因，粉煤灰的水化速度比水泥慢，只有當(dāng)水泥水化后，粉煤灰的活性物質(zhì)才與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2反應(yīng)形成水化硅酸鈣凝膠。因此在摻粉煤灰混凝土硬化早期，粉煤灰的活性較低，火山灰反應(yīng)速度較慢，表現(xiàn)出粉煤灰膠凝作用對強度的貢獻不大。但是隨著齡期的增長，粉煤灰的活性得到了提高，火山灰效應(yīng)速度變快，活性效應(yīng)和膠凝作用越來越明顯，火山灰反應(yīng)形成的C－S－H 膠凝使混凝土后期強度增長很快［2－4］。

3.2 混凝土軸向拉伸試驗結(jié)果

該試驗采用100kN 的伺服程控萬能試驗機，其拉伸間距在600mm～800mm 以內(nèi)，精度1%;應(yīng)變測量裝置采用JX－II 型極限拉伸儀，測量精度0.1μm。試驗時先進行2 次預(yù)拉，預(yù)拉荷載約為破壞荷載的15%～20%。預(yù)拉完畢后，重新調(diào)整測量儀器，進行正式測試，拉伸時的荷載速度為0.4MPa/min，每加荷500N或1000N 測讀并記錄變形值，直至試件破壞。試驗結(jié)果見表4。

表4 軸向拉伸試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明:粉煤灰摻量對各齡期軸向抗拉強度影響不大。而隨粉煤灰摻量的增加，7d 齡期混凝土極限拉伸值減小，7d 齡期混凝土抗拉彈性模量增大;28d 齡期混凝土極限拉伸值和抗拉彈性模量變化甚微。究其原因，是因為混凝土的抗壓強度隨著齡期的增長而升高，從試驗結(jié)果可以看出，混凝土的后期抗壓強度大幅度增長?？箟簭姸鹊脑龈撸瑫r也會使混凝土的脆性得到增長，抵消了極限拉伸值提高的幅度，從而導(dǎo)致極限拉伸值有所降低或變化不大。

3.3 混凝土早期抗裂試驗結(jié)果

混凝土的抗裂性能是混凝土的一項綜合指標(biāo)，與抗拉強度、軸向拉伸變形能力、抗拉彈性模量等有關(guān)。本研究分別對上述2 種配合比的混凝土進行早期抗裂性能試驗。按照《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50082－2009 規(guī)定采用刀口法進行“早期抗裂試驗”，每組應(yīng)至少做2 個試件，以單位面積上的總開裂面積為考核指標(biāo)，比較粉煤灰摻量對相同水膠比條件下混凝土早期抗裂性能的影響?？沽言囼灹芽p統(tǒng)計結(jié)果見表5。試驗結(jié)果表明:隨粉煤灰摻量的增加，單位面積上的總開裂面積減少。

表5 抗裂試驗裂縫統(tǒng)計表

4 結(jié) 論

隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土單位面積上的總開裂面積減少。說明混凝土的抗裂性能顯著提高。

［1］酈能惠，楊澤艷.中國混凝土面板堆石壩的技術(shù)進步［J］.巖土工程學(xué)報，2012，(8):1361－1368.

［2］王鵬、杜應(yīng)吉、劉桃溪.大摻量粉煤灰混凝土抗裂性性能試驗研究［J］.中國農(nóng)村水利水電，2011，(9):103－105.

［3］楊太文.大摻量粉煤灰高性能混凝土的研究進展［J］.混凝土，2004，(9):22－26.

［4］劉數(shù)華，方坤河.粉煤灰對水工混凝土抗裂性能的影響［J］.水力發(fā)電學(xué)報，2005，24(2):73－76.

［5］吳中偉、廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［6］GB/T1596－2005 用于水泥和混凝土中的粉煤灰［S］.