低熱溫膨脹水泥混凝土在某水利工程中的應用研究

王 強

（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過程中，科研人員具備了氧化鎂微膨脹混凝土筑壩技術。這項技術是我國首創的一種低熱溫膨脹水泥混凝土技術，通過在混凝土內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，更好地對水泥混凝土的收縮和溫度變形進行抑制，防止水泥混凝土在應用過程中表面出現裂縫。同時，通過應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能轉化為相應的機械能，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的體積收縮問題。通過低熱溫膨脹水泥混凝土的應用，限制膨脹來補償混凝土的限制收縮，解決了在水泥工程中混凝土易出現的抗裂問題。在水利工程應用過程中，施工方通常會采用強度等級為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。本文主要對水利工程中應用的低熱溫膨脹水泥混凝土自身變形及線膨脹系數進行測驗，并對部分實驗結果進行對比分析，得出低熱溫微膨脹水泥混凝土在水利工程中應用的最佳效果。

1 水利工程施工試驗概括

我國四川水電站工程泄洪閘壩段，在工程建設過程中所使用的低熱溫膨脹水泥混凝土總方量達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力的分布情況，工程施工方在施工過程中，對澆筑塊之間的縫隙處布置了相應的測縫計，并在水泥混凝土結構體上方埋設了相應的三向應變計，同時，在水利工程結構底部與基巖結合的位置安放了兩只溫度計和鋼筋計。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用過程中的補償收縮效果。

2 低熱溫膨脹水泥混凝土材料應用成果

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用的低熱溫膨脹水泥混凝土，是由葛洲壩水泥廠生產的三峽牌P·O42.5水泥。通過國家相應標準對其進行物理和化學性能測驗，發現三峽牌P·O42.5水泥的綜合性能均滿足水利工程建設過程中的相應要求。在對工程中所應用的水泥進行實驗中，得出三峽牌P·O42.5水泥的密度為3.1～3.24g/cm3，水泥的細度為0.6%～0.7%，水泥的標準稠度為28.4%～28.65%，水泥在應用過程中初次凝結時間為2～3h，水泥的最終凝結時間為3～4h。此水泥在應用過程中的抗壓強度在水泥澆筑完成后的3d內抗壓強度為28.2～29.7MPa，水泥澆筑的28d內抗壓強度為45.6～49.3MPa，水泥在應用過程中的抗折強度在水利澆筑完成后的3d內抗折強度為6.43～7.25Mpa，在水泥澆筑后的28d后，抗折強度為9.43～10.12MPa。在對水泥的化學性能檢測過程中發現，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的天健牌二級粉煤灰。這款粉煤灰在應用過程中需水量比為100%，細度比為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%，粉煤灰的強度活性指數為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粉煤灰標準相比，天健牌二級粉煤灰的各項綜合指數明顯優于我國的二級粉煤灰標準，在需水量比、細度、含水量三方面優于同行業中的相關產品。

2.3 細骨料概況

在水利工程中所使用的細骨料通常由天然砂所代替，在檢測過程中發現本次水利工程中所使用的細骨料吸水率為1.13%～1.21%，表觀密度為2657～2662kg/m3，堆實密度為 1500～1570kg/m3，緊實密度為1600～1630kg/cm3，細骨料中的含泥量為0.57%～6.02%，細骨料的細度模數為2.1～3.2，在測試過程中，發現本次應用的細骨料有機質含量為淺標。

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，壓碎指標為7.1%～7.2%，吸水率為1.14%～1.21%，含泥量小于0.1%，有機質含量為淺標；粗骨料粒徑在 20～40mm、表觀密度為 2665～2675kg/m3，堆積密度為1630～1635g/m3，壓碎指標為 7.1%～7.2%，吸水率為1.14%～1.21%，含泥量小于0.1%，有機質含量為淺標；粗骨料粒徑在40～80mm、表觀密度為2675～2680kg/m3，堆積密度為 1745～1750g/m3，壓碎指標為7.1%～7.2%，吸水率為1.14%～1.21%，含泥量小于0.1%，有機質含量為淺標。

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村混凝土外加劑有限公司生產的LSP高效減水劑，這款產品減水劑摻加量為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時間需要增加50～55min，最終凝結時間需要增加45～48min。這款外加劑在應用過程中，可以使水泥澆筑完成后的3d內抗壓強度比保持在154%、7d內抗壓強度比保持在148%、28d后抗壓強度比保持在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，需要對添加的氧化鎂進行嚴格的質檢，輕燒氧化鎂材料品質的物理化學指標和生產質量都需要提出相應的要求來保證工程施工的質量。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%，氧化鎂內部的三氧化二硅百分比為2.5%～2.9%，氧化鎂內部的氧化鈣含量為1.2%～1.4%，氧化鎂的細度比為300%。

在水利工程實驗中，可以發現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，會在澆筑后的3～5d內達到高峰期，同時，隨著工程澆筑時間的延長，低熱溫膨脹水泥混凝土的增長膨脹度會有所下降，在澆筑的第28d后，低熱溫膨脹水泥混凝土的變形將會趨于穩定。

3 低熱溫膨脹水泥混凝土在工程中的具體應用

在本次水利工程應用中，發現低熱溫膨脹水泥混凝土的自身體積變形率具有一定的規律性，隨著水泥混凝土的膨脹變形量增加，水泥混凝土內部的變形過程曲線波動會逐漸減小，趨于穩定。例如，在工程施工中通過無應力計可以測得，低熱溫膨脹水泥混凝土在澆筑后的第3d內變形量達到0.001924，水泥混凝土在澆筑后的90d內自主變形度會隨著時間的延長逐漸增大。但是，水泥混凝土的自身體積變形基本長期穩定維持在0.00235左右。低熱溫膨脹水泥混凝土在應用過程中，施工方為了進一步簡化工程施工的溫度控制措施，可以在施工中去除預埋冷卻水管，就可以減少工程施工中分縫和分塊施工步驟，借此來加強建設施工進度，滿足工程施工的標準。

4 結束語

在我國的水利工程施工中，通過應用低熱溫膨脹水泥混凝土，利用其獨特的水泥化學機理來改變大體積混凝土在澆筑過程中的變形量，對水利工程中大體積混凝土的溫度應力進行補償。綜合以上低熱溫膨脹水泥混凝土在水利工程中的實驗結果分析可得知，低熱溫膨脹水泥混凝土具備一定的結構和強度，足以滿足當前我國水利工程建設過程中的質量標準要求。