粉煤灰对肯斯瓦特水库混凝土面板早期抗裂性能的影响

王 军，冯 卉

(1.新疆石河子市肯斯瓦特水利枢纽建设管理局，832000;2.新疆兴农建筑材料检测有限公司830052)

混凝土面板堆石坝筑坝技术是现代坝工建设领域取得的一项具有重大意义的技术成就。这种新坝型目前己成为许多工程的首选坝型［1］。

面板堆石坝中混凝土面板是坝体的重要防渗结构，而大量的工程实践证明，面板混凝土存在着大量的水平裂缝的“基因”。因此，如何从面板混凝土配合比设计中尽可能减轻或降低这种易裂缝风险而提高混凝土的耐久性，是混凝土面板堆石坝进一步发展的关键技术难题之一。

本文以新疆玛纳斯河肯斯瓦特水利枢纽工程二期面板混凝土为例，在混凝土掺加I 级粉煤灰，研究粉煤灰对混凝土面板早期抗裂性能的影响。

肯斯瓦特水利枢纽工程是流域规划推荐的一期工程，具有防洪、灌溉、发电等综合利用功能。枢纽工程由混凝土面板砂砾石坝、坝肩式溢洪道、泄洪冲砂洞、发电系统等组成。水库正常蓄水位990m，最大坝高129.4m。肯斯瓦特水利枢纽工程主要由混凝土面板砂砾石坝、坝肩式溢洪道、泄洪冲砂洞、发电系统等组成。

1 试验材料

水泥:采用新疆天山水泥股份有限公司沙湾水泥厂生产的屯河牌42.5 普通水泥，3d 抗压强度为27.2MPa，28d 抗 压 强 度 为48.9MPa，比 表 面 积330m2/kg，初凝时间131min，SO3含量2.26%，安定性合格;

粉煤灰:玛纳斯电厂的Ⅰ级粉煤灰，细度4.6%，烧失量0.8%，需水量比:95%。

砂:当地河砂，细度模数2.7，连续级配，含泥量0.9%;

粗骨料:当地卵石，最大粒径20mm，连续级配。减水剂:株洲中铁桥梁外加剂有限责任公司生产的FDN 萘系高效减水剂，适宜掺量为1.0%。

引气剂:株洲中铁桥梁外加剂有限责任公司生产的引气剂。

2 试验方案

本试验以0.34 水胶比为基准，掺加20%和25%的粉煤灰，配制出满足和易性和强度要求的混凝土，并进行平板法早期抗裂试验研究和轴向拉伸试验研究，以此来研究粉煤灰对肯斯瓦特水库面板混凝土抗裂性能的影响。混凝土初步配合比见表1。

表1 肯斯瓦特面板混凝土初步配合比

3 试验结果及分析

3.1 混凝土拌合物及强度试验结果

按照试验方案，对各组配合比的混凝土进行拌合物试拌调整，以满足坍落度、和易性、含气量等技术要求。并对试拌调整后的各组配合比进行强度试验。试验结果见表2 和表3。

表2 肯斯瓦特面板混凝土试拌调整配合比

表3 面板混凝土拌合物技术性质测定结果

试验结果表明:粉煤灰掺量对各龄期抗压强度都有影响，其中7d 龄期抗压强度对粉煤灰掺量较为敏感，粉煤灰掺量大，7d 龄期抗压强度较高;3d 龄期抗压强度随掺量的增加而降低;28d 龄期抗压强度随掺量的增加而提高。分析其原因，粉煤灰的水化速度比水泥慢，只有当水泥水化后，粉煤灰的活性物质才与水泥水化产生的Ca(OH)2反应形成水化硅酸钙凝胶。因此在掺粉煤灰混凝土硬化早期，粉煤灰的活性较低，火山灰反应速度较慢，表现出粉煤灰胶凝作用对强度的贡献不大。但是随着龄期的增长，粉煤灰的活性得到了提高，火山灰效应速度变快，活性效应和胶凝作用越来越明显，火山灰反应形成的C－S－H 胶凝使混凝土后期强度增长很快［2－4］。

3.2 混凝土轴向拉伸试验结果

该试验采用100kN 的伺服程控万能试验机，其拉伸间距在600mm～800mm 以内，精度1%;应变测量装置采用JX－II 型极限拉伸仪，测量精度0.1μm。试验时先进行2 次预拉，预拉荷载约为破坏荷载的15%～20%。预拉完毕后，重新调整测量仪器，进行正式测试，拉伸时的荷载速度为0.4MPa/min，每加荷500N或1000N 测读并记录变形值，直至试件破坏。试验结果见表4。

表4 轴向拉伸试验结果

试验结果表明:粉煤灰掺量对各龄期轴向抗拉强度影响不大。而随粉煤灰掺量的增加，7d 龄期混凝土极限拉伸值减小，7d 龄期混凝土抗拉弹性模量增大;28d 龄期混凝土极限拉伸值和抗拉弹性模量变化甚微。究其原因，是因为混凝土的抗压强度随着龄期的增长而升高，从试验结果可以看出，混凝土的后期抗压强度大幅度增长。抗压强度的增高，同时也会使混凝土的脆性得到增长，抵消了极限拉伸值提高的幅度，从而导致极限拉伸值有所降低或变化不大。

3.3 混凝土早期抗裂试验结果

混凝土的抗裂性能是混凝土的一项综合指标，与抗拉强度、轴向拉伸变形能力、抗拉弹性模量等有关。本研究分别对上述2 种配合比的混凝土进行早期抗裂性能试验。按照《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》GB/T50082－2009 规定采用刀口法进行“早期抗裂试验”，每组应至少做2 个试件，以单位面积上的总开裂面积为考核指标，比较粉煤灰掺量对相同水胶比条件下混凝土早期抗裂性能的影响。抗裂试验裂缝统计结果见表5。试验结果表明:随粉煤灰掺量的增加，单位面积上的总开裂面积减少。

表5 抗裂试验裂缝统计表

4 结 论

随着粉煤灰掺量的增加，混凝土单位面积上的总开裂面积减少。说明混凝土的抗裂性能显著提高。

［1］郦能惠，杨泽艳.中国混凝土面板堆石坝的技术进步［J］.岩土工程学报，2012，(8):1361－1368.

［2］王鹏、杜应吉、刘桃溪.大掺量粉煤灰混凝土抗裂性性能试验研究［J］.中国农村水利水电，2011，(9):103－105.

［3］杨太文.大掺量粉煤灰高性能混凝土的研究进展［J］.混凝土，2004，(9):22－26.

［4］刘数华，方坤河.粉煤灰对水工混凝土抗裂性能的影响［J］.水力发电学报，2005，24(2):73－76.

［5］吴中伟、廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京:中国铁道出版社，1999.

［6］GB/T1596－2005 用于水泥和混凝土中的粉煤灰［S］.