大坝混凝土材料的研究

大坝混凝土材料的研究进展

充分利用坝址区混凝土原材料资源，运用材料科学新技术实现大坝混凝土的高性能，一直是大坝混凝土材料研究的重点方向。抗裂和耐久是重点中的重点。从70年代100m级坝到80年代以后200m级坝，大坝混凝土材料技术快速发展，水胶比降到0.6以下，用水量降到100kg以内，普遍掺用Ⅱ级粉煤灰和减水剂。进入90年代，二滩、三峡工程的兴建进一步提升了大坝混凝土的技术水平，“中热水泥高掺优质粉煤灰、高效减水剂与引气剂联掺、低水胶比低坍落度、突出耐久性与抗裂性要求”等的理念被广泛接受和采纳，在建的300m级高坝基本上沿用了三峡工程大坝混凝土的技术路线。进入21世纪，西南、西北、新疆、西藏还有许多水电站有待建设。地质条件复杂、气候环境恶劣、原材料供给困难，修建混凝土坝将会遇到更多技术难题和挑战。大坝混凝土材料的研究进展大坝混凝土材料的研究进展

高贝利特水泥（HBC）配制大坝混凝土的研究用多元胶凝粉体材料配制大坝混凝土的研究

火山灰和石灰石粉用作掺合料的研究大坝混凝土的抗冻性研究大坝混凝土的碱骨料反应膨胀预测模型研究

300m高坝强度等级已到C40，水胶比降到0.40左右，水泥用量大幅增加，绝热温升达到30℃以上，给高拱坝混凝土温控防裂造成很大困难，用高贝利特水泥（HBC）配制大坝混凝土能缓解大坝混凝土高强度与温控防裂之间的矛盾。化学成分相差不大，矿物构成C3S、C2S和C3A的含量相差较大。HBC的高C2S、低C3S、低C3A决定了其低水化热和平缓水化放热特性。但3d、7d强度偏低。大坝混凝土材料的研究进展

□高贝利特水泥（HBC）配制大坝混凝土的研究

HBC早期水化缓慢，在标准养护条件下，3d、7d强度偏低，28d强度与PC和MHC的相当，到90d强度将高于PC和MHC的12%～20%。若提高早期养护温度，则HBC的7d强度与PC和MHC的相当，28d强度将比PC和MHC的高16%~45%。大坝混凝土材料的研究进展

□高贝利特水泥（HBC）配制大坝混凝土的研究

7天强度仅为MHC的35%，28d与MHC持平，90天则比MHC高15%。干缩、自变、抗冻、抗渗及28天、90天徐变试验表明，HBC和MHC大坝混凝土基本没有差异。大坝混凝土材料的研究进展

□高贝利特水泥（HBC）配制大坝混凝土的研究

放热过程平缓和低温升是HBC大坝混凝土的显著特性.3天～10天低4～5℃，28天低3℃，有利于一期冷却，降低坝体混凝土最高温度，缓解高拱坝混凝土的高强度与温控防裂之间的突出矛盾.三峡工程5号、18号导流底孔封堵回填试用了HBC混凝土。GB200-2003,实现HBC工业化生产美国垦务局认为“低热水泥放热慢，使间歇期的散热减少；用低热水泥配制的混凝土比标准水泥混凝土要求较慢的冷却速度和较长的冷却时间；当初期冷却完成后，还必须做第二次的冷却。”大坝混凝土材料的研究进展

□高贝利特水泥（HBC）配制大坝混凝土的研究

“用多元胶凝粉体材料配制大坝混凝土”也是为解决高坝混凝土高强度与施工期温控防裂矛盾而提出的。多元胶凝粉体体系的优势在于其具有复合胶凝效应和紧密堆积效应。在水泥中掺入具有不同颗粒分布和活性（包括非活性）的细掺合料可以获得多元胶凝粉体材料。大坝混凝土材料的研究进展

□用多元胶凝粉体材料配制大坝混凝土的研究通过掺入特定颗粒分布的粉体调整水泥熟料粉体的颗粒级配，使混合粉体具有紧密堆积结构；优化多元胶凝粉体的活性组分、含量和细度，调控其各组分胶凝反应的进程匹配，水化放热过程和强度发展过程，有望达到根据需要配置多元胶凝粉体，用于定制设计高性能混凝土。

矿渣A的活性明显大于矿渣B，在3d以前就参与了水化反应。矿渣B与粉煤灰的比表面积、颗粒分布非常接近，矿渣B的活性大于粉煤灰。大坝混凝土材料的研究进展

□用多元胶凝粉体材料配制大坝混凝土的研究矿渣A的活性明显大于矿渣B，在3d以前就参与了水化反应。矿渣B与粉煤灰的比表面积、颗粒分布非常接近，矿渣B的活性大于粉煤灰。掺入硅粉明显促进了水泥的水化放热过程。从降低胶凝材料体系早期水化热方面看，采用水泥-矿渣-粉煤灰三元体系效果最佳，其次是水泥-粉煤灰二元体系。

和No.1相比，No.2、No.3的7天抗压强度稍低。但7天后，由于矿渣参与水化对强度增长的贡献，No.2、No.3的抗压强度明显超过No.1，而到180天，粉煤灰的反应活性发挥使得No.1的强度逐渐赶上。

No.3混凝土的早期温升明显变缓，2～3d的绝热温升比No.1低4～5℃，但7天后由于矿渣活性的发挥，其绝热温升逐渐赶上并于20天时超过No.3混凝土，该结果与强度的发展过程基本吻合大坝混凝土材料的研究进展

□用多元胶凝粉体材料配制大坝混凝土的研究多元胶凝凝粉体活活性叠加加效应是是存在的的，而且且是可以以调控利利用的，，但应该该注意到到高活性性粉煤灰、、矿渣等只能起起到延缓缓混凝土土放热过过程的作作用，其其长期充分分水化的的放热量量往往要要高于水水泥。多元胶凝凝粉体材材料配制制大坝混混凝土对对掺合料料品质的的特定要要求以及及现场生生产混凝凝土工艺艺限制了了其在大大坝混凝凝土中的的推广应应用，但但在其他他高强高高性能混混凝土领领域仍有有很大应应用前景景。李家峡泄泄水道底底板抗冲冲磨混凝凝土修复复工程就就显示了了多元胶胶凝粉体体混凝土土优良的的施工期期抗裂特特性。与粉煤灰灰、矿渣渣相比，，磨细石石灰石粉粉具有明明显特性性，纳入入多元胶胶凝粉体体体系，，配制个个性化的的混凝土土材料。。大坝混混凝土土材料料的研研究进进展□用多元元胶凝凝粉体体材料料配制制大坝坝混凝凝土的的研究究景洪水水电站站工程程所在在地区区粉煤煤灰资资源匮匮乏，，创造造性地地利用用当地地廉价价且来来源丰丰富的的“磨细矿矿渣+石灰石石粉”双掺料料方案案替代代传统统粉煤煤灰，，用于于大坝坝碾压压和常常态混混凝土土的施施工，，取得得了显显著的的社会会和经经济效效益。。水能资资源丰丰富的的云南南西部部、西西藏东东南部部以及及缅甸甸北部部，难难以找找到可可大量量使用用的工工业废废渣，，但地地域内内有丰丰富的的火山山灰矿矿和石石灰石石矿分分布。。火山灰灰的化化学成成分与与粉煤煤灰比比较接接近，，但由由于该该地域域火山山灰经经过上上万年年的沉沉积，，其火火山灰灰活性性明显显低于于粉煤煤灰。。大坝混混凝土土材料料的研研究进进展□火山灰灰和石石灰石石粉用用作掺掺合料料的试试验研研究配制C9030W8F50四级配配大坝坝混凝凝土配配合比比，掺掺用石石灰石石粉混混凝土土比掺掺用火火山灰灰混凝凝土的的用水水量低低2～4kg/m3，且掺掺用石石灰石石粉的的新拌拌混凝凝土表表现出出更好好的工工作性性。28天以后后掺石石灰石石混凝凝土的的强度度增长长系数数低于于掺火火山灰灰混凝凝土，，说明明火山山灰在在28天以后后表现现出了了一定定的反反应活活性，，但明明显低低于掺掺粉煤煤灰混混凝土土。大坝混混凝土土材料料的研研究进进展□火山灰灰和石石灰石石粉用用作掺掺合料料的试试验研研究普硅水水泥混混凝土土的干干缩比比中热热水泥泥混凝凝土大大20～40uε，掺火火山灰灰混凝凝土的的干缩缩比掺掺石灰灰石粉粉混凝凝土大大40～60uε。普硅水水泥混混凝土土OH、OS的绝热热温升升明显显高于于中热热水泥泥混凝凝土MH、MS，2～4天高出出约5℃，28天高出出约2.5℃，掺加加掺合合料改改变不不了普普硅水水泥放放热量量大和和早期期放热热快的的特性性.MS7天前的的绝热热温升升高于于MH，但7天后MH的绝热热温升升高于于MS,该结果果反映映出石石灰石石粉早早龄对对水泥泥水化化的促促进作作用.火山灰灰长龄龄期活活性.大坝混混凝土土材料料的研研究进进展□火山灰灰和石石灰石石粉用用作掺掺合料料的试试验研研究火山灰灰的活活性与与其化化学成成分、、喷发发冷却却过程程、沉沉积方方式和和年代代、矿矿物构构成等等因素素有关关，不不同地地区的的火山山灰的的活性性差异异很大大.意大利利、希希腊、、美国国等地地都发发现有有活性性及对对碱骨骨料反反应的的抑制制能力力不亚亚于粉粉煤灰灰的火火山灰灰，而而我国国火山山灰的的活性性则相相对低低较多多。腾冲火火山灰灰抑制制混凝凝土中中碱骨骨料反反应:有一定定的抑抑制作作用，，但抑抑制效效能远远低于于粉煤煤灰。。火山灰灰掺50%时，28天的砂砂浆棒棒膨胀胀降低低86%；粉煤煤灰掺掺25%时，28天的砂砂浆棒棒膨胀胀降低低95%。大坝混混凝土土材料料的研研究进进展□火山灰灰和石石灰石石粉用用作掺掺合料料的试试验研研究火山灰灰用作作大坝坝混凝凝土掺掺合料料在上上世纪纪50年代以以前比比较普普遍,后逐渐渐被粉粉煤灰灰所取取代。。但在缺缺乏粉粉煤灰灰、冶冶金矿矿渣等等传统统掺合合料资资源地地区，，火山山灰和和石灰灰石粉粉不失失为可可考虑虑的替替代品品种大坝混混凝土土芯样样的抗抗冻性性远低低于机机口湿湿筛混混凝土土的抗抗冻性性，这这究竟竟是什什么原原因造造成的的？？？？湿筛混混凝土土的抗抗冻性性是否否能代代表坝坝体全全级配配混凝凝土的的抗冻冻性？？？？4种引气气剂，，水胶胶比0.40、0.45、0.55，粉煤煤灰掺掺量30%，坍落落度3cm～5cm，含气气量4.5%～5.5%。高频频振捣捣时间间分为为0s、15s、30s、45s、60s、90s等种工工况，，高频振振捣对对大水水胶比比混凝凝土的的气泡泡参数数和抗抗冻性性有显显著影影响。。大坝混混凝土土材料料的研研究进进展□大坝坝混混凝凝土土的的抗抗冻冻性性研研究究丧失失抗抗冻冻能能力力水胶胶比比0.45,含气气量量5%的四四级级配配混混凝凝土土及及相相当当于于湿湿筛筛的的二二级级配配混混凝凝土土分分别别成成型型0.4m××0.4m××1.6m大试试件件，，控控制制高高频频振振捣捣时时间间在在45s，进进行行抗抗冻冻。。全级级配配混混凝凝土土在在经经历历50次冻冻融融循循环环后后，，相相对对动动弹弹性性模模量量迅迅速速下下降降；；而而二二级级配配混混凝凝土土大大试试件件在在经经历历75次冻冻融融循循环环后后相相对对动动弹弹性性模模量量迅迅速速下下降降；；两两者者经经200次冻冻融融循循环环后后的的质质量量损损失失率率分分别别为为1.46%和1.48%，比比较较接接近近。。大坝坝混混凝凝土土材材料料的的研研究究进进展展□大坝坝混混凝凝土土的的抗抗冻冻性性研研究究经历历200次次冻冻融融，，全全级级配配混混凝凝土土损损伤伤比比二二级级配配混混凝凝土土严严重重，，即即：：全级级配配混混凝凝土土的的抗抗冻冻能能力力要要低低于于湿湿筛筛混混凝凝土土。。全级级配配混混凝凝土土内内部部高高含含量量的的大大尺尺寸寸骨骨料料对对全全级级配配混混凝凝土土的的抗抗冻冻性性有有负负面面作作用用。。骨骨料料尺尺寸寸越越大大、、大大尺尺寸寸骨骨料料的的含含量量越越高高，，砂砂浆浆-骨骨料料界界面面的的缺缺陷陷和和薄薄弱弱环环节节越越多多；；骨骨料料尺尺寸寸越越大大，，在在冻冻融融循循环环过过程程中中由由骨骨料料与与砂砂浆浆线线胀胀系系数数差差造造成成的的界界面面应应力力也也越越大大；；这这些些不不利利因因素素的的叠叠加加使使得得全全级级配配混混凝凝土土的的抗抗冻冻能能力力要要低低于于湿湿筛筛混混凝凝土土。。大坝坝混混凝凝土土材材料料的的研研究究进进展展□大坝坝混混凝凝土土的的抗抗冻冻性性研研究究不适适当当的的高高频频振振捣捣会会影影响响混混凝凝土土的的抗抗冻冻性性，，全全级级配配混混凝凝土土中中的的高高含含量量大大粒粒径径骨骨料料对对其其抗抗冻冻性性能能有有负负面面作作用用,湿筛筛混混凝凝土土的的抗抗冻冻性性不不能能完完全全代代表表坝坝体体混混凝凝土土的的抗抗冻冻性性，，这这些些在在混混凝凝土土坝坝的的设设计计和和施施工工中中应应引引起起注注意意。。大坝坝混混凝凝土土材材料料的的研研究究进进展展□大坝坝混混凝凝土土的的抗抗冻冻性性研研究究冻融融（（风风化化））破破坏坏、、渗渗漏漏溶溶蚀蚀、、碱碱骨骨料料反反应应，，混混凝凝土土坝坝的的三三大大危危害害因因素素冻融融（（风风化化））破破坏坏发发生生在在混混凝凝土土坝坝表表面面，，相相当当于于大大坝坝的的皮皮肤肤病病，，可可以以修修复复渗漏漏溶溶蚀蚀可可以以通通过过在在大大坝坝上上游游面面做做防防渗渗层层和和灌灌浆浆得得到到解解决决而碱碱骨骨料料反反应应则则被被认认为为是是混混凝凝土土的的“癌症症”，潜潜伏伏期期长长,一旦发生生，无法法治愈，，难于补补救处理理。据不不完全统统计，全全世界范范围内有有超过100座混凝土土坝发生生了碱骨骨料反应应，其中中美国（（26座）、加加拿大（（23座）、南南非（12座）是发发现碱骨骨料反应应最多的的3个国家。。美国的Parker拱坝1938年建成，，3年后大坝坝表面发发生碱骨骨料反应应裂缝；；英国的的Meantwrog重力拱坝坝1926年建成，，1986年发现碱碱有骨料料反应。。大坝混凝凝土材料料的研究究进展□大坝混凝凝土的碱碱骨料反反应膨胀胀预测模模型研究究碱骨料反反应现象象在广义义上可以以理解为为岩石在碱碱性体系系中的不不稳定行行为，鉴于机机理尚未未完全探探明，对对重要工工程都采采取“预防为主主，从严严控制”的策略。。控制混混凝土总总碱量和和掺加粉粉煤灰被被认为是是抑制混混凝土碱碱骨料反反应的经经济有效效措施。。大坝混凝凝土材料料的研究究进展□大坝混凝凝土的碱碱骨料反反应膨胀胀预测模模型研究究SeminoeDam,Rawlins,Wyoming,USA对于无法法避免使使用碱活活性骨料料的重要要工程，，如何判判定抑制制措施在在设计使使用年限限内有效效性是一一个非常常关键的的问题！！大坝混凝凝土材料料的研究究进展□大坝混凝凝土的碱碱骨料反反应膨胀胀预测模模型研究究碱骨料反反应的膨膨胀受扩扩散过程程、反应应过程反反应和吸吸水过程程控制ξ=f（T,t,eqNa2O,FA,H2O,Index,V,………）碱含量对对碱骨料料反应的的拟合最最终膨胀胀率ξu有显著影影响，而而对反应应速率常常数kT的影响较较小；掺加粉煤煤灰既能能降低拟拟合最终终膨胀率率ξu，又能显显著减小小反应速速率常数数kT，延缓碱碱骨料反反应膨胀胀的速度度。说明，控控制碱含含量和掺掺加粉煤煤灰是抑抑制混凝凝土中碱碱骨料反反应发生生的有效效措施。。大坝混凝凝土材料料的研究究进展□大坝混凝凝土的碱碱骨料反反应膨胀胀预测模模型研究究砂浆棒快快速法，，温度调调整为80℃、70℃、60℃、50℃，水泥碱碱含量2.0%，研究温温度对碱碱骨料反反应膨胀胀的影响响拟合求kT，lgkT与1/T接近呈直直线关系系，温度度的影响响符合Arrhenius方程。大坝混凝凝土材料料的研究究进展□大坝混凝凝土的碱碱骨料反反应膨胀胀预测模模型研究究碱骨料反反应膨胀胀的活化化能Ea=5.993×104J/mol以及速率率常数kT与绝对温温度T的关系式式kT=7.72×106•exp(-5.993×104/RT)。用等效时时间公式式计算出出：80℃膨胀28天相当于于20℃膨胀5年；80℃膨胀365天相当于于20℃膨胀65年。影响碱骨骨料反应应膨胀的的因素多多而复杂杂，对于于特定的的混凝土土原材料料和配合合比，通通过系列列试验确确定关键键特性参参数后，，可以建建立混凝凝土的碱碱骨料反反应膨胀胀预测模模型大坝混凝凝土材料料的研究究进展□大坝混凝凝土的碱碱骨料反反应膨胀胀预测模模型研究究用模型可可以通过过加速试试验预测测在实际际环境温温度下碱碱骨料反反应的膨膨胀历程程，结合合数值计计算分析析碱骨料料反应膨膨胀对大大坝的危危害性；；若已知知对大坝坝结构无无害的允允许膨胀胀量和设设计使用用年限，，则可以以用模型型判断碱碱骨料反反应抑制制措施的的有效性性。骨料粒粒径对对膨胀胀率的的影响响——38℃℃大坝混混凝土土材料料的研研究进进展□大坝混混凝土土的碱碱骨料料反应应膨胀胀预测测模型型研究究ZRJJ45-0-2.0（碱含含量为为2.0%，不掺掺粉煤煤灰））一一级配配（最最大粒粒径20mm)，二级级配（（最大大粒径径40mm)、三级级配（（最大大粒径径20mm)520