大壩混凝土材料的研究

大壩混凝土土材料的研研究進展充分利用壩壩址區(qū)混凝凝土原材料料資源，運運用材料科科學新技術(shù)術(shù)實現(xiàn)大壩壩混凝土的的高性能，，一直是大大壩混凝土土材料研究究的重點方方向?？沽押湍途镁檬侵攸c中中的重點。。從70年代100m級壩到80年代以后200m級壩，大壩壩混凝土材材料技術(shù)快快速發(fā)展，，水膠比降降到0.6以下，用水水量降到100kg以內(nèi)，普遍遍摻用Ⅱ級粉煤灰和和減水劑。。進入90年年代，二灘灘、三峽工工程的興建建進一步提提升了大壩壩混凝土的的技術(shù)水平平，“中熱熱水泥高摻摻優(yōu)質(zhì)粉煤煤灰、高效效減水劑與與引氣劑聯(lián)聯(lián)摻、低水水膠比低坍坍落度、突突出耐久性性與抗裂性性要求”等等的理念被被廣泛接受受和采納，，在建的300m級級高壩基本本上沿用了了三峽工程程大壩混凝凝土的技術(shù)術(shù)路線。進入21世紀，西南南、西北、、新疆、西西藏還有許許多水電站站有待建設(shè)設(shè)。地質(zhì)條條件復雜、、氣候環(huán)境境惡劣、原原材料供給給困難，修修建混凝土土壩將會遇遇到更多技技術(shù)難題和和挑戰(zhàn)。大壩混凝土土材料的研研究進展大壩混凝土土材料的研研究進展高貝利特水水泥（HBC）配制大壩壩混凝土的的研究用多元膠凝凝粉體材料料配制大壩壩混凝土的的研究火山灰和石石灰石粉用用作摻合料料的研究大壩混凝土土的抗凍性性研究大壩混凝土土的堿骨料料反應(yīng)膨脹脹預測模型型研究300m高壩強度等等級已到C40，水膠比降降到0.40左右，水泥泥用量大幅幅增加，絕絕熱溫升達達到30℃以上，給高高拱壩混凝凝土溫控防防裂造成很很大困難，，用高貝利利特水泥（（HBC）配制大壩壩混凝土能能緩解大壩壩混凝土高高強度與溫溫控防裂之之間的矛盾盾?；瘜W成分相相差不大，，礦物構(gòu)成成C3S、C2S和C3A的含量相差差較大。HBC的高C2S、低C3S、低C3A決定了其低低水化熱和和平緩水化化放熱特性性。但3d、7d強度偏低。。大壩混凝土土材料的研研究進展□高貝利特水水泥（HBC）配制大壩壩混凝土的的研究HBC早期水化緩緩慢，在標標準養(yǎng)護條條件下，3d、7d強度偏低，，28d強度與PC和MHC的相當，到到90d強度將高于于PC和MHC的12%～20%。若提高早期期養(yǎng)護溫度度，則HBC的7d強度與PC和MHC的相當，28d強度將比PC和MHC的高16%~45%。大壩混凝土土材料的研研究進展□高貝利特水水泥（HBC）配制大壩壩混凝土的的研究7天強度僅為為MHC的35%，28d與MHC持平，90天則比MHC高15%。干縮、自變變、抗凍、、抗?jié)B及28天、90天徐變試驗驗表明，HBC和MHC大壩混凝土土基本沒有有差異。大壩混凝土土材料的研研究進展□高貝利特水水泥（HBC）配制大壩壩混凝土的的研究放熱過程平平緩和低溫溫升是HBC大壩混凝土土的顯著特特性.3天～10天低4～5℃，28天低3℃，有利于一一期冷卻，，降低壩體體混凝土最最高溫度，，緩解高拱拱壩混凝土土的高強度度與溫控防防裂之間的的突出矛盾盾.三峽工程5號、18號導流底孔孔封堵回填填試用了HBC混凝土。GB200-2003,實現(xiàn)HBC工業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)美國墾務(wù)局局認為“低低熱水泥放放熱慢，使使間歇期的的散熱減少少；用低熱熱水泥配制制的混凝土土比標準水水泥混凝土土要求較慢慢的冷卻速速度和較長長的冷卻時時間；當初初期冷卻完完成后，還還必須做第第二次的冷冷卻?！贝髩螇位旎炷镣敛牟牧狭系牡难醒芯烤窟M進展展□高貝貝利利特特水水泥泥（（HBC）配配制制大大壩壩混混凝凝土土的的研研究究“用多多元元膠膠凝凝粉粉體體材材料料配配制制大大壩壩混混凝凝土土””也也是是為為解解決決高高壩壩混混凝凝土土高高強強度度與與施施工工期期溫溫控控防防裂裂矛矛盾盾而而提提出出的的。。多元元膠膠凝凝粉粉體體體體系系的的優(yōu)優(yōu)勢勢在在于于其其具具有有復復合合膠膠凝凝效效應(yīng)應(yīng)和和緊緊密密堆堆積積效效應(yīng)應(yīng)。。在在水水泥泥中中摻摻入入具具有有不不同同顆顆粒粒分分布布和和活活性性（（包包括括非非活活性性））的的細細摻摻合合料料可可以以獲獲得得多多元元膠膠凝凝粉粉體體材材料料。。大壩壩混混凝凝土土材材料料的的研研究究進進展展□用多多元元膠膠凝凝粉粉體體材材料料配配制制大大壩壩混混凝凝土土的的研研究究通過過摻摻入入特特定定顆顆粒粒分分布布的的粉粉體體調(diào)調(diào)整整水水泥泥熟熟料料粉粉體體的的顆顆粒粒級級配配，，使使混混合合粉粉體體具具有有緊緊密密堆堆積積結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)；；優(yōu)優(yōu)化化多多元元膠膠凝凝粉粉體體的的活活性性組組分分、、含含量量和和細細度度，，調(diào)調(diào)控控其其各各組組分分膠膠凝凝反反應(yīng)應(yīng)的的進進程程匹匹配配，，水水化化放放熱熱過過程程和和強強度度發(fā)發(fā)展展過過程程，，有有望望達達到到根根據(jù)據(jù)需需要要配配置置多多元元膠膠凝凝粉粉體體，，用用于于定定制制設(shè)設(shè)計計高高性性能能混混凝凝土土。。礦渣渣A的活活性性明明顯顯大大于于礦礦渣渣B，在在3d以前前就就參參與與了了水水化化反反應(yīng)應(yīng)。。礦渣渣B與粉粉煤煤灰灰的的比比表表面面積積、、顆顆粒粒分分布布非非常常接接近近，，礦礦渣渣B的活活性性大大于于粉粉煤煤灰灰。。大壩壩混混凝凝土土材材料料的的研研究究進進展展□用多多元元膠膠凝凝粉粉體體材材料料配配制制大大壩壩混混凝凝土土的的研研究究礦渣渣A的活活性性明明顯顯大大于于礦礦渣渣B，在在3d以前前就就參參與與了了水水化化反反應(yīng)應(yīng)。。礦渣渣B與粉粉煤煤灰灰的的比比表表面面積積、、顆顆粒粒分分布布非非常常接接近近，，礦礦渣渣B的活活性性大大于于粉粉煤煤灰灰。。摻入入硅硅粉粉明明顯顯促促進進了了水水泥泥的的水水化化放放熱熱過過程程。。從降降低低膠膠凝凝材材料料體體系系早早期期水水化化熱熱方方面面看看，，采采用用水水泥泥-礦渣渣-粉煤煤灰灰三三元元體體系系效效果果最最佳佳，，其其次次是是水水泥泥-粉煤煤灰灰二二元元體體系系。。和No.1相比比，，No.2、No.3的7天抗抗壓壓強強度度稍稍低低。。但但7天后后，，由由于于礦礦渣渣參參與與水水化化對對強強度度增增長長的的貢貢獻獻，，No.2、No.3的抗抗壓壓強強度度明明顯顯超超過過No.1，而而到到180天，，粉粉煤煤灰灰的的反反應(yīng)應(yīng)活活性性發(fā)發(fā)揮揮使使得得No.1的強強度度逐逐漸漸趕趕上上。。No.3混凝凝土土的的早早期期溫溫升升明明顯顯變變緩緩，，2～3d的絕絕熱熱溫溫升升比比No.1低4～5℃℃，但但7天后后由由于于礦礦渣渣活活性性的的發(fā)發(fā)揮揮，，其其絕絕熱熱溫溫升升逐逐漸漸趕趕上上并并于于20天時時超超過過No.3混凝凝土土，，該該結(jié)結(jié)果果與與強強度度的的發(fā)發(fā)展展過過程程基基本本吻吻合合大壩壩混混凝凝土土材材料料的的研研究究進進展展□用多多元元膠膠凝凝粉粉體體材材料料配配制制大大壩壩混混凝凝土土的的研研究究多元元膠膠凝凝粉粉體體活活性性疊疊加加效效應(yīng)應(yīng)是是存存在在的的，，而而且且是是可可以以調(diào)調(diào)控控利利用用的的，，但但應(yīng)應(yīng)該該注注意意到到高高活活性性粉煤煤灰灰、、礦礦渣渣等只只能能起起到到延延緩緩混混凝凝土土放放熱熱過過程程的的作作用用，，其其長期期充充分分水水化化的的放放熱熱量量往往往往要要高高于于水水泥泥。。多元元膠膠凝凝粉粉體體材材料料配配制制大大壩壩混混凝凝土土對對摻摻合合料料品品質(zhì)質(zhì)的的特特定定要要求求以以及及現(xiàn)現(xiàn)場場生生產(chǎn)產(chǎn)混混凝凝土土工工藝藝限限制制了了其其在在大大壩壩混混凝凝土土中中的的推推廣廣應(yīng)應(yīng)用用，，但但在在其其他他高高強強高高性性能能混混凝凝土土領(lǐng)領(lǐng)域域仍仍有有很很大大應(yīng)應(yīng)用用前前景景。。李家家峽峽泄泄水水道道底底板板抗抗沖沖磨磨混混凝凝土土修修復復工工程程就就顯顯示示了了多多元元膠膠凝凝粉粉體體混混凝凝土土優(yōu)優(yōu)良良的的施施工工期期抗抗裂裂特特性性。。與粉粉煤煤灰灰、、礦礦渣渣相相比比，，磨磨細細石石灰灰石石粉粉具具有有明明顯顯特特性性，，納納入入多多元元膠膠凝凝粉粉體體體體系系，，配配制制個個性性化化的的混混凝凝土土材材料料。。大壩壩混混凝凝土土材材料料的的研研究究進進展展□用多多元元膠膠凝凝粉粉體體材材料料配配制制大大壩壩混混凝凝土土的的研研究究景洪洪水水電電站站工工程程所所在在地地區(qū)區(qū)粉粉煤煤灰灰資資源源匱匱乏乏，，創(chuàng)創(chuàng)造造性性地地利利用用當當?shù)氐亓畠r價且且來來源源豐豐富富的的“磨細細礦礦渣渣+石灰灰石石粉粉”雙摻摻料料方方案案替替代代傳傳統(tǒng)統(tǒng)粉粉煤煤灰灰，，用用于于大大壩壩碾碾壓壓和和常常態(tài)態(tài)混混凝凝土土的的施施工工，，取取得得了了顯顯著著的的社社會會和和經(jīng)經(jīng)濟濟效效益益。。水能能資資源源豐豐富富的的云云南南西西部部、、西西藏藏東東南南部部以以及及緬緬甸甸北北部部，，難難以以找找到到可可大大量量使使用用的的工工業(yè)業(yè)廢廢渣渣，，但但地地域域內(nèi)內(nèi)有有豐豐富富的的火火山山灰灰礦礦和和石石灰灰石石礦礦分分布布。?；鹕缴交一业牡幕瘜W學成成分分與與粉粉煤煤灰灰比比較較接接近近，，但但由由于于該該地地域域火火山山灰灰經(jīng)經(jīng)過過上上萬萬年年的的沉沉積積，，其其火火山山灰灰活活性性明明顯顯低低于于粉粉煤煤灰灰。。大壩混凝凝土材料料的研究究進展□火山灰和和石灰石石粉用作作摻合料料的試驗驗研究配制C9030W8F50四級配大大壩混凝凝土配合合比，摻摻用石灰灰石粉混混凝土比比摻用火火山灰混混凝土的的用水量量低2～4kg/m3，且摻用用石灰石石粉的新新拌混凝凝土表現(xiàn)現(xiàn)出更好好的工作作性。28天以后摻摻石灰石石混凝土土的強度度增長系系數(shù)低于于摻火山山灰混凝凝土，說說明火山山灰在28天以后表表現(xiàn)出了了一定的的反應(yīng)活活性，但但明顯低低于摻粉粉煤灰混混凝土。。大壩混凝凝土材料料的研究究進展□火山灰和和石灰石石粉用作作摻合料料的試驗驗研究普硅水泥泥混凝土土的干縮縮比中熱熱水泥混混凝土大大20～40uε，摻火山山灰混凝凝土的干干縮比摻摻石灰石石粉混凝凝土大40～60uε。普硅水泥泥混凝土土OH、OS的絕熱溫溫升明顯顯高于中中熱水泥泥混凝土土MH、MS，2～4天高出約約5℃，28天高出約約2.5℃℃，摻加摻摻合料改改變不了了普硅水水泥放熱熱量大和和早期放放熱快的的特性.MS7天前的絕絕熱溫升升高于MH，但7天后MH的絕熱溫溫升高于于MS,該結(jié)果反反映出石石灰石粉粉早齡對對水泥水水化的促促進作用用.火山灰長長齡期活活性.大壩混凝凝土材料料的研究究進展□火山灰和和石灰石石粉用作作摻合料料的試驗驗研究火山灰的的活性與與其化學學成分、、噴發(fā)冷冷卻過程程、沉積積方式和和年代、、礦物構(gòu)構(gòu)成等因因素有關(guān)關(guān)，不同同地區(qū)的的火山灰灰的活性性差異很很大.意大利、、希臘、、美國等等地都發(fā)發(fā)現(xiàn)有活活性及對對堿骨料料反應(yīng)的的抑制能能力不亞亞于粉煤煤灰的火火山灰，，而我國國火山灰灰的活性性則相對對低較多多。騰沖火山山灰抑制制混凝土土中堿骨骨料反應(yīng)應(yīng):有一定的的抑制作作用，但但抑制效效能遠低低于粉煤煤灰?；鹕交覔綋?0%時，28天的砂漿漿棒膨脹脹降低86%；粉煤灰灰摻25%時，28天的砂漿漿棒膨脹脹降低95%。大壩混凝凝土材料料的研究究進展□火山灰和和石灰石石粉用作作摻合料料的試驗驗研究火山灰用用作大壩壩混凝土土摻合料料在上世世紀50年代以前前比較普普遍,后逐漸被被粉煤灰灰所取代代。但在缺乏乏粉煤灰灰、冶金金礦渣等等傳統(tǒng)摻摻合料資資源地區(qū)區(qū)，火山山灰和石石灰石粉粉不失為為可考慮慮的替代代品種大壩混凝凝土芯樣樣的抗凍凍性遠低低于機口口濕篩混混凝土的的抗凍性性，這究究竟是什什么原因因造成的的？？？濕篩混凝凝土的抗抗凍性是是否能代代表壩體體全級配配混凝土土的抗凍凍性？？？4種引氣劑劑，水膠膠比0.40、0.45、0.55，粉煤灰灰摻量30%，坍落度度3cm～5cm，含氣量量4.5%～5.5%。高頻振振搗時間間分為0s、15s、30s、45s、60s、90s等種工況況，高頻振搗搗對大水水膠比混混凝土的的氣泡參參數(shù)和抗抗凍性有有顯著影影響。大壩混凝凝土材料料的研究究進展□大壩混凝凝土的抗抗凍性研研究喪失抗凍凍能力水膠比比0.45,含氣量量5%的四級級配混混凝土土及相相當于于濕篩篩的二二級配配混凝凝土分分別成成型0.4m××0.4m×1.6m大試件件，控控制高高頻振振搗時時間在在45s，進行行抗凍凍。全級配配混凝凝土在在經(jīng)歷歷50次凍融融循環(huán)環(huán)后，，相對對動彈彈性模模量迅迅速下下降；；而二二級配配混凝凝土大大試件件在經(jīng)經(jīng)歷75次凍融融循環(huán)環(huán)后相相對動動彈性性模量量迅速速下降降；兩兩者經(jīng)經(jīng)200次凍融融循環(huán)環(huán)后的的質(zhì)量量損失失率分分別為為1.46%和1.48%，比較較接近近。大壩混混凝土土材料料的研研究進進展□大壩混混凝土土的抗抗凍性性研究究經(jīng)歷200次凍凍融，，全級級配混混凝土土損傷傷比二二級配配混凝凝土嚴嚴重，，即：：全級配配混凝凝土的的抗凍凍能力力要低低于濕濕篩混混凝土土。全級配配混凝凝土內(nèi)內(nèi)部高高含量量的大大尺寸寸骨料料對全全級配配混凝凝土的的抗凍凍性有有負面面作用用。骨骨料尺尺寸越越大、、大尺尺寸骨骨料的的含量量越高高，砂砂漿-骨料料界面面的缺缺陷和和薄弱弱環(huán)節(jié)節(jié)越多多；骨骨料尺尺寸越越大，，在凍凍融循循環(huán)過過程中中由骨骨料與與砂漿漿線脹脹系數(shù)數(shù)差造造成的的界面面應(yīng)力力也越越大；；這些些不利利因素素的疊疊加使使得全全級配配混凝凝土的的抗凍凍能力力要低低于濕濕篩混混凝土土。大壩混混凝土土材料料的研研究進進展□大壩混混凝土土的抗抗凍性性研究究不適當當?shù)母吒哳l振振搗會會影響響混凝凝土的的抗凍凍性，，全級級配混混凝土土中的的高含含量大大粒徑徑骨料料對其其抗凍凍性能能有負負面作作用,濕篩混混凝土土的抗抗凍性性不能能完全全代表表壩體體混凝凝土的的抗凍凍性，，這些些在混混凝土土壩的的設(shè)計計和施施工中中應(yīng)引引起注注意。。大壩混混凝土土材料料的研研究進進展□大壩混混凝土土的抗抗凍性性研究究凍融（（風化化）破破壞、、滲漏漏溶蝕蝕、堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)，混混凝土土壩的的三大大危害害因素素凍融（（風化化）破破壞發(fā)發(fā)生在在混凝凝土壩壩表面面，相相當于于大壩壩的皮皮膚病病，可可以修修復滲漏溶溶蝕可可以通通過在在大壩壩上游游面做做防滲滲層和和灌漿漿得到到解決決而堿骨骨料反反應(yīng)則則被認認為是是混凝凝土的的“癌癥”，潛伏伏期長長,一旦發(fā)發(fā)生，，無法法治愈愈，難難于補補救處處理。。據(jù)不不完全全統(tǒng)計計，全全世界界范圍圍內(nèi)有有超過過100座混凝凝土壩壩發(fā)生生了堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)，其其中美美國（（26座）、、加拿拿大（（23座）、、南非非（12座）是是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)堿骨骨料反反應(yīng)最最多的的3個國家家。美國的的Parker拱壩1938年建成成，3年后大大壩表表面發(fā)發(fā)生堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)裂縫縫；英英國的的Meantwrog重力拱拱壩1926年建成成，1986年發(fā)現(xiàn)現(xiàn)堿有有骨料料反應(yīng)應(yīng)。大壩混混凝土土材料料的研研究進進展□大壩混混凝土土的堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)膨脹脹預測測模型型研究究堿骨料料反應(yīng)應(yīng)現(xiàn)象象在廣廣義上上可以以理解解為巖石在在堿性性體系系中的的不穩(wěn)穩(wěn)定行行為，鑒于于機理理尚未未完全全探明明，對對重要要工程程都采采取“預防為為主，，從嚴嚴控制制”的策略略?？乜刂苹旎炷镣量倝A堿量和和摻加加粉煤煤灰被被認為為是抑抑制混混凝土土堿骨骨料反反應(yīng)的的經(jīng)濟濟有效效措施施。大壩混混凝土土材料料的研研究進進展□大壩混混凝土土的堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)膨脹脹預測測模型型研究究SeminoeDam,Rawlins,Wyoming,USA對于無無法避避免使使用堿堿活性性骨料料的重重要工工程，，如何何判定定抑制制措施施在設(shè)設(shè)計使使用年年限內(nèi)內(nèi)有效效性是是一個個非常常關(guān)鍵鍵的問問題！！大壩混混凝土土材料料的研研究進進展□大壩混混凝土土的堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)膨脹脹預測測模型型研究究堿骨料料反應(yīng)應(yīng)的膨膨脹受受擴散散過程程、反反應(yīng)過過程反反應(yīng)和和吸水水過程程控制制ξ=f（T,t,eqNa2O,FA,H2O,Index,V,………）堿含量量對堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)的擬擬合最最終膨膨脹率率ξu有顯著著影響響，而而對反反應(yīng)速速率常常數(shù)kT的影響響較小??；摻加粉粉煤灰灰既能能降低低擬合合最終終膨脹脹率ξu，又能能顯著著減小小反應(yīng)應(yīng)速率率常數(shù)數(shù)kT，延緩緩堿骨骨料反反應(yīng)膨膨脹的的速度度。說明，，控制制堿含含量和和摻加加粉煤煤灰是是抑制制混凝凝土中中堿骨骨料反反應(yīng)發(fā)發(fā)生的的有效效措施施。大壩混混凝土土材料料的研研究進進展□大壩混混凝土土的堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)膨脹脹預測測模型型研究究砂漿棒棒快速速法，，溫度度調(diào)整整為80℃℃、70℃℃、60℃℃、50℃℃，水泥泥堿含含量2.0%，研究究溫度度對堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)膨脹脹的影影響擬合求求kT，lgkT與1/T接近呈呈直線線關(guān)系系，溫溫度的的影響響符合合Arrhenius方程。。大壩混混凝土土材料料的研研究進進展□大壩混混凝土土的堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)膨脹脹預測測模型型研究究堿骨料料反應(yīng)應(yīng)膨脹脹的活活化能能Ea=5.993××104J/mol以及速速率常常數(shù)kT與絕對對溫度度T的關(guān)系系式kT=7.72×106?exp(-5.993××104/RT)。用等效效時間間公式式計算算出：：80℃℃膨脹28天相當當于20℃℃膨脹5年；80℃℃膨脹365天相當當于20℃℃膨脹65年。影響堿堿骨料料反應(yīng)應(yīng)膨脹脹的因因素多多而復復雜，，對于于特定定的混混凝土土原材材料和和配合合比，，通過過系列列試驗驗確定定關(guān)鍵鍵特性性參數(shù)數(shù)后，，可以以建立立混凝凝土的的堿骨骨料反反