低熱溫膨脹水泥混凝土在某水利工程中的應(yīng)用研究

王 強(qiáng)

（常州市城市防洪工程管理處，江蘇 常州 213021）

我國在低熱溫膨脹水泥混凝土的研發(fā)過程中，科研人員具備了氧化鎂微膨脹混凝土筑壩技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是我國首創(chuàng)的一種低熱溫膨脹水泥混凝土技術(shù)，通過在混凝土內(nèi)部添加適量的氧化鎂，利用其特性延遲水泥混凝土在水化過程中的膨脹性能，更好地對(duì)水泥混凝土的收縮和溫度變形進(jìn)行抑制，防止水泥混凝土在應(yīng)用過程中表面出現(xiàn)裂縫。同時(shí)，通過應(yīng)用低熱溫膨脹水泥混凝土，還可以將水泥水化所釋放出的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械能，使水泥混凝土在水化熱過程中的體積自行膨脹，抵消水泥溫度在降溫過程中出現(xiàn)的體積收縮問題。通過低熱溫膨脹水泥混凝土的應(yīng)用，限制膨脹來補(bǔ)償混凝土的限制收縮，解決了在水泥工程中混凝土易出現(xiàn)的抗裂問題。在水利工程應(yīng)用過程中，施工方通常會(huì)采用強(qiáng)度等級(jí)為P·O30～P·O32.5的水泥，混合外加氧化鎂膨脹劑，將氧化鎂膨脹劑在水泥中的占比量控制在3.4%～4.7%，有效地抑制水泥混凝土的變形量在50～80μm。本文主要對(duì)水利工程中應(yīng)用的低熱溫膨脹水泥混凝土自身變形及線膨脹系數(shù)進(jìn)行測驗(yàn)，并對(duì)部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出低熱溫微膨脹水泥混凝土在水利工程中應(yīng)用的最佳效果。

1 水利工程施工試驗(yàn)概括

我國四川水電站工程泄洪閘壩段，在工程建設(shè)過程中所使用的低熱溫膨脹水泥混凝土總方量達(dá)2700m3，施工方在低熱溫膨脹水泥混凝土中加入了40m3的粉煤灰。為了掌握低熱溫膨脹水泥混凝土的變形和澆塊應(yīng)力的分布情況，工程施工方在施工過程中，對(duì)澆筑塊之間的縫隙處布置了相應(yīng)的測縫計(jì)，并在水泥混凝土結(jié)構(gòu)體上方埋設(shè)了相應(yīng)的三向應(yīng)變計(jì)，同時(shí)，在水利工程結(jié)構(gòu)底部與基巖結(jié)合的位置安放了兩只溫度計(jì)和鋼筋計(jì)。通過上述方法，在水利工程施工過程中更好地了解低熱溫膨脹水泥混凝土在大體積混凝土工程應(yīng)用過程中的補(bǔ)償收縮效果。

2 低熱溫膨脹水泥混凝土材料應(yīng)用成果

2.1 低熱溫膨脹水泥品種概況

四川水電站工程泄洪閘壩段所應(yīng)用的低熱溫膨脹水泥混凝土，是由葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的三峽牌P·O42.5水泥。通過國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行物理和化學(xué)性能測驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)三峽牌P·O42.5水泥的綜合性能均滿足水利工程建設(shè)過程中的相應(yīng)要求。在對(duì)工程中所應(yīng)用的水泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中，得出三峽牌P·O42.5水泥的密度為3.1～3.24g/cm3，水泥的細(xì)度為0.6%～0.7%，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度為28.4%～28.65%，水泥在應(yīng)用過程中初次凝結(jié)時(shí)間為2～3h，水泥的最終凝結(jié)時(shí)間為3～4h。此水泥在應(yīng)用過程中的抗壓強(qiáng)度在水泥澆筑完成后的3d內(nèi)抗壓強(qiáng)度為28.2～29.7MPa，水泥澆筑的28d內(nèi)抗壓強(qiáng)度為45.6～49.3MPa，水泥在應(yīng)用過程中的抗折強(qiáng)度在水利澆筑完成后的3d內(nèi)抗折強(qiáng)度為6.43～7.25Mpa，在水泥澆筑后的28d后，抗折強(qiáng)度為9.43～10.12MPa。在對(duì)水泥的化學(xué)性能檢測過程中發(fā)現(xiàn)，此款水泥中的堿含量維持0.31%～0.33%，水泥的消失量為3.0%～3.2%，水泥中的三氧化二硫在水泥中的百分比控制為2.6%～2.7%，水泥中的氧化鎂含量在水泥中的百分比控制為3.0%～3.5%。

2.2 粉煤灰概況

在本次水利工程施工過程中，低熱溫膨脹水泥混凝土中使用的粉煤灰由襄樊電廠所生產(chǎn)的天健牌二級(jí)粉煤灰。這款粉煤灰在應(yīng)用過程中需水量比為100%，細(xì)度比為14.6%～15.7%，粉煤灰三氧化二硫的含量比例為0.7%～0.8%，粉煤灰燒失量占4.3%～4.4%，粉煤灰中的含水量為0.1%～0.15%，粉煤灰的強(qiáng)度活性指數(shù)為80%～82.7%，粉煤灰的綜合密度為2.21～2.22g/cm3。水利工程中所使用的粉煤灰與我國二級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)相比，天健牌二級(jí)粉煤灰的各項(xiàng)綜合指數(shù)明顯優(yōu)于我國的二級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)，在需水量比、細(xì)度、含水量三方面優(yōu)于同行業(yè)中的相關(guān)產(chǎn)品。

2.3 細(xì)骨料概況

在水利工程中所使用的細(xì)骨料通常由天然砂所代替，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)本次水利工程中所使用的細(xì)骨料吸水率為1.13%～1.21%，表觀密度為2657～2662kg/m3，堆實(shí)密度為 1500～1570kg/m3，緊實(shí)密度為1600～1630kg/cm3，細(xì)骨料中的含泥量為0.57%～6.02%，細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)為2.1～3.2，在測試過程中，發(fā)現(xiàn)本次應(yīng)用的細(xì)骨料有機(jī)質(zhì)含量為淺標(biāo)。

2.4 粗骨料概況

在水利工程中所使用的粗骨料通常是由工業(yè)施工過程中的廢棄石料所代替。本次工程中所使用的粗骨料粒徑在5～20mm、表觀密度為2675～2680kg/m3，堆積密度為 1755～1760g/m3，壓碎指標(biāo)為7.1%～7.2%，吸水率為1.14%～1.21%，含泥量小于0.1%，有機(jī)質(zhì)含量為淺標(biāo)；粗骨料粒徑在 20～40mm、表觀密度為 2665～2675kg/m3，堆積密度為1630～1635g/m3，壓碎指標(biāo)為 7.1%～7.2%，吸水率為1.14%～1.21%，含泥量小于0.1%，有機(jī)質(zhì)含量為淺標(biāo)；粗骨料粒徑在40～80mm、表觀密度為2675～2680kg/m3，堆積密度為 1745～1750g/m3，壓碎指標(biāo)為7.1%～7.2%，吸水率為1.14%～1.21%，含泥量小于0.1%，有機(jī)質(zhì)含量為淺標(biāo)。

2.5 外加劑概況

在水利工程中所使用的外加劑是由西安農(nóng)村混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的LSP高效減水劑，這款產(chǎn)品減水劑摻加量為0.5%～0.6%，減水率為16.4%～17.4%，含氣量為1.5%～1.6%，泌水比率通常維持在65%～70%，參加含水劑低熱溫膨脹水泥混凝土的初次凝結(jié)時(shí)間需要增加50～55min，最終凝結(jié)時(shí)間需要增加45～48min。這款外加劑在應(yīng)用過程中，可以使水泥澆筑完成后的3d內(nèi)抗壓強(qiáng)度比保持在154%、7d內(nèi)抗壓強(qiáng)度比保持在148%、28d后抗壓強(qiáng)度比保持在131%。

2.6 氧化鎂膨脹劑概況

在本次水利工程低熱溫膨脹水泥混凝土的應(yīng)用過程中，施工方通過在低熱溫膨脹水泥混凝土中增加氧化鎂，有效地提升了低熱溫膨脹水泥混凝土的性能。但是，需要對(duì)添加的氧化鎂進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)檢，輕燒氧化鎂材料品質(zhì)的物理化學(xué)指標(biāo)和生產(chǎn)質(zhì)量都需要提出相應(yīng)的要求來保證工程施工的質(zhì)量。在水利工程中所使用的氧化鎂膨脹劑在低熱溫膨脹水泥混凝土中的含量需要維持在2%～4%，氧化鎂的純度比需超過95%，氧化鎂內(nèi)部的三氧化二硅百分比為2.5%～2.9%，氧化鎂內(nèi)部的氧化鈣含量為1.2%～1.4%，氧化鎂的細(xì)度比為300%。

在水利工程實(shí)驗(yàn)中，可以發(fā)現(xiàn)加入了氧化鎂的低熱溫膨脹水泥混凝土，自身體積變形量為膨脹型，會(huì)在澆筑后的3～5d內(nèi)達(dá)到高峰期，同時(shí)，隨著工程澆筑時(shí)間的延長，低熱溫膨脹水泥混凝土的增長膨脹度會(huì)有所下降，在澆筑的第28d后，低熱溫膨脹水泥混凝土的變形將會(huì)趨于穩(wěn)定。

3 低熱溫膨脹水泥混凝土在工程中的具體應(yīng)用

在本次水利工程應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)低熱溫膨脹水泥混凝土的自身體積變形率具有一定的規(guī)律性，隨著水泥混凝土的膨脹變形量增加，水泥混凝土內(nèi)部的變形過程曲線波動(dòng)會(huì)逐漸減小，趨于穩(wěn)定。例如，在工程施工中通過無應(yīng)力計(jì)可以測得，低熱溫膨脹水泥混凝土在澆筑后的第3d內(nèi)變形量達(dá)到0.001924，水泥混凝土在澆筑后的90d內(nèi)自主變形度會(huì)隨著時(shí)間的延長逐漸增大。但是，水泥混凝土的自身體積變形基本長期穩(wěn)定維持在0.00235左右。低熱溫膨脹水泥混凝土在應(yīng)用過程中，施工方為了進(jìn)一步簡化工程施工的溫度控制措施，可以在施工中去除預(yù)埋冷卻水管，就可以減少工程施工中分縫和分塊施工步驟，借此來加強(qiáng)建設(shè)施工進(jìn)度，滿足工程施工的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

在我國的水利工程施工中，通過應(yīng)用低熱溫膨脹水泥混凝土，利用其獨(dú)特的水泥化學(xué)機(jī)理來改變大體積混凝土在澆筑過程中的變形量，對(duì)水利工程中大體積混凝土的溫度應(yīng)力進(jìn)行補(bǔ)償。綜合以上低熱溫膨脹水泥混凝土在水利工程中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可得知，低熱溫膨脹水泥混凝土具備一定的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，足以滿足當(dāng)前我國水利工程建設(shè)過程中的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。