大体积混凝土质量控制
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摘要:海龙水库是一座以防洪为主兼有供水等效益的中型水库，坝型为混凝土重型拱坝，工程完工以来，通过观测及蓄水运行未出现裂缝，文章以海龙水库为例，阐述大体积混凝土的质量控制 (混凝土的原材料，强度质量控制以及温控措施)。
关键词:大体积混凝土；水化热；绝热温升；防裂温控
1、概述
海龙水库位于遵义市红花岗区西北面北郊水库上游，地处乌江支流湘江上游主源喇叭河上，系湘江上游一座以防洪为主，兼有供水等综合效益的中型水库，坝型为混凝土重力拱坝，坝顶高程878.m，建基面高程839m，最大坝高39.1m，坝顶弧长136.36m ，坝底宽15m，坝顶宽5m。大坝混凝土设计强度等级C15，设计可埋块石10%，1999年3月19日开始浇筑混凝土，2000年9月3日完成大坝主体工程浇筑，迄今混凝土尚未出现裂缝，现以海龙水库为例，阐述大体积混凝土的质量控制。
2、原材料的性能
2.1砂石骨料：砂石骨料均采用坝区附近的石灰岩加工而成，机制砂的细度模数经检测为3.1±0.2，小于0.15mm颗粒含量小于15%，碎石分5～20mm，20～40mm，40～80mm三种粒径,针片状含小于15%。
2.2水泥：水泥选用遵义市（忠庄）水泥厂（现更名为腾辉水泥厂）生产的花岗牌425R（32.5）普通硅酸盐水泥、该厂水泥为旋窖生产，质量稳定，水泥的化学成份及矿物成份列于表1
水泥化学成份及矿物成份C%
表1
水泥矿物成份中，发热量最大的C3A和C2S含量较高,二者之和达64.7%(大于54%)因此水泥水化热，就大体积混凝土而言,应选择低热水泥厂较为理想，当掺入25%的粉煤灰，水泥水化热有所降低，现根据美国维尔巴克(Verbeek)和福斯特(Fosier)的经验公式计算，遵义市水泥厂生产的花岗牌32.5普通硅酸盐水泥的水化热列于表2
水泥水化热(J/kg)
表2
由于水泥在生产过程中掺有13%的矿渣，对降低水泥的水化热，特别是早期(7天以前)的水化热有利的，可降低早期水化热13%，从表2可看出，掺入25%的粉煤灰，对降低水化热有较明显的效果，由于混凝土设计强度等级较低，为保证大坝混凝土具有一定的抗渗能力，故不宜选用高标号的水泥。
2.3粉煤灰：煤灰为遵义电厂25万kw机组的高品粉煤灰,粉煤灰的品质指标列于表3
遵义电厂粉煤灰检验结果
表3
根据GB146-90遵义电厂商品粉煤灰属II级灰, 运至工地的粉煤灰，经抽样检测，烧失量5.04～13.9%，有的已超过II级灰的标准，故实际使用时按III级使用。
3、大坝混凝土配合比
海龙水库大坝混凝土设计强度等级为C15，1999年月4月以前为使工程安全度汛（即右坝段847m高程以下混凝土浇筑），粗骨料未筛分采用混合级配。以后混凝土配合比进行优化试验，掺用25%粉煤灰和山西万荣县生产的RT-B高级缓凝型减水剂，粗骨料进行筛分分级，现将大坝实际采用的混凝土配合比列于表4
大坝混凝土配合比
表4
注: 比1为1999年3月19日～4月18日采用的配合比
配比2为1999年7月9日以后采用的配合比
4、混凝土绝热温升
由于优化了大坝混凝土配合比，掺用了高效减水剂和粉煤灰，采用90天龄期，并对碎石进行筛分分级，使混凝土单位水泥用量大幅度降低，由原来257kb/m3，降至154kg/m3（不含掺入粉煤灰60kg/m3），使混凝土绝热温升值有明
显降低，埋入10%石后，绝热温升值降低更为明显(参阅表5)由于掺入粉煤灰后混凝土早期强度不利，由粉煤灰的二次水化作用，后期(90天以上)强度增长较快，同时可减少混凝土的干缩增加自身体积变形, 有利于补偿温降收缩, 有利于混凝土的抗裂性，对防止大体积极混凝土开裂是有益的，大坝混凝土绝热温升计算值列于表5
海龙水库大坝绝热温升计算值
表5
5、大体积混凝土的质量控制
5．1保证大坝混凝土强度：大坝混凝土设计强度等级C15，实际浇筑时按配制强度C18控制，因混凝土强度是质量的基础，如强度不到设计强度等级，将影响混凝土的其它性能，如抗裂性、抗渗性等，除了在浇筑期间，每班测定混凝土坍落度，使其坍落度在规定范围内（5～9）。还采用1.5小时快速测强技术，以尽早发现混凝土质量问题以便尽早纠正，以过对比试验，1.5小时快速测强分混凝土强度的关系为：
R7=2.48+2.34R块相关系数r=0.956
R28=-3.45+2.97块 相关系数r=0.942
R90=-2.12+3.94R块相关系数r=0.946
式中：R－混凝土强度，脚标表示龄期
R块－1.5小时混凝土测定强度(Mpa)
由于混凝土配料系统为自动控制称量、因此混凝土的质量能够得到保证，大坝混凝土质量控制情况列于表6
海龙水库大坝混凝土质量评定
表6
注: 大坝共浇38835.03 m3本表未含右岸支护、导游底孔封及大坝细部结构等工程量。分部工程I采用配比1浇筑，龄期为28天，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分部采用配比浇筑龄期90天。
5.2合理分缝分块
坝体设置7条横缝径向分布，最大缝间距17.5m，缝内设置梯形键槽，控制分层浇筑厚度，基础垫层厚度1m，垫层以上均控制在2～2.5m(7、8月炎热季节浇筑厚度不超过2m)每层浇筑间歇时间不少于5天，相邻块高差不得超过10m～12m，根据混凝土浇筑能力, 合理分缝分块可以显著减小由体积变化引起的有害拉压力,不使坝体开裂。
5.3优化混凝土配合比，如前述由于遵义市水泥厂生产的花岗牌32.5普通硅酸盐水泥水化热较高，因此降低混凝土水泥用量、减少水泥水化热，从而降低混凝土绝热温升，是工程温度控制的重要内容，大坝混凝土除了要保证混凝土强度外，更重要的是进行温度控制以防止大体积混凝土开裂，通过双掺(掺减水剂,掺粉煤灰)采用90天龄期，使大坝混凝土水泥用量大幅度降低，由原来257kg/m3，降至154 kg/m3(另掺60 kg/m3粉煤灰)并埋入10%块石，大大降低了混凝土的绝热温升有利于大体积混凝土防裂。掺减水剂后，由于起缓凝作用，还有利于高温季节的施工。
5.4埋设冷却水管：自1936年建成的胡佛坝(美国) 埋设冷却水管首先应用以来，在世界各国该项技术在混凝土的施工中已被广泛采用。为了削减坝体混凝土浇筑块初期的水化热温升峰值，减小水化热引起的温差，从而降低由水化热温差引起的拉应力，满足允许温差的要求，大坝在857m高程以下(即坝体厚度在10m以下)埋设Φ25镀锌无缝钢管作冷却水管，其间距2m。冷却水管间距大于3m时，效果较差，一般不宜采用。冷却水管在混凝土浇筑完成后开始通水，通水时间为15天。水管中流速控制在0.6m/s左右，流量每分钟6升，水流方向每天改变一次，冷却水管进口与出口的水温温差在6℃～12℃范围内平均9.3℃,说明冷却效果良好，为了加快混凝土冷却速度，对857m高程以下坝体混凝土进行二次通水冷却。
5.5、其它，由于海龙水库大坝混凝土施工不具备加冰拌合及预冷骨料等施工工艺，在7、8月天气炎热季节，最高气温达35℃，尽量避开中午气温最高时段进行浇筑，并尽可能缩短混凝土入仓时间，由于天气炎热，碎石表面温度达30℃。抽取地下水喷洒骨料，对埋入的块石埋入前用水冲洗。既可保证块石的洁净，又降低混凝土的入仓温度。
6、实测浇筑温度
6.1混凝土浇筑温度，根据4-11月(5-6月份未浇筑)6个月混凝土浇筑温度的实测结果，最高29℃，最低14℃，除7月31日实测浇筑温度达29℃外均低于“水工混凝土施工规范”(SDJ207～82)浇筑温度不得高于28℃的要求。
6.2础温度
为了观测大坝混凝土内部温度长期变化情况，坝内埋设了埋入式铜电阻温度计，根据测量结果，基础温差在5～16℃范围内，均低于设计强约束区20℃～21℃的温控标准，近期混凝土最高温度低于20℃。
6.3、内外温差根据坝内埋设的温度计观测结果，坝体混凝土的内外最大温差为11℃，低于设计20℃～21℃的温控标准，坝体混凝土最高温度35℃。近期混凝土最高温度低于25℃。
7、结语
7.1根据实测浇筑温度及大坝埋设温度计的观测结果可以得出，海龙水库大体积混凝土浇筑的质量控制措施是有效的，大坝完成3年来没有发生裂缝产生。
7.2采取各种措施对大体积混凝土质量进行控制，除了保证混凝土的强度外，更重要的是对混凝土有严格的温控措施，就有效地防止了混凝土产生裂缝，由于掺有粉煤灰，混凝土水灰比较大，对混凝土早期抗裂性不利，因此必须加强养护，以促进粉煤灰的二次水化作用，促进后期强度的增长有利于后期强度的提高，冬季应注意混凝土表面保温措施，防止温度骤降而造成混凝土承受不住较大的温度梯度变化而导致裂缝的产生，特别是新浇筑混凝土的抗裂性较低，因此冬季必须对混凝土的表面采取保温措施。
7.3降低混凝土的绝热温升是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施，因此必须采用“双掺”(掺外加剂,粉煤灰)或其它措施，大幅度降低水泥用量，才能起到降低混凝土绝热温升的效果，如采用复合外加剂，低热水泥，并加大骨料颗粒径(四级配)效果会更加明显。在今后的工程中实践。
参考文献
1、 混凝土性能(P94～P118)蔡正，中国建筑工业出版社
2、 水工建筑物的温度控制，潘家铮主编，水利电力出版社
作者简介
李松（1975-），男，助理工程师，贵州德江人，主要从事水利水电工程施工，工程管理等工作。
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