工程建筑论文三峡工程二阶段降低混凝土单位用水量的试验研.docx
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工程建筑论文三峡工程二阶段降低混凝土单位用水量的试验研
工程建筑论文-三峡工程二阶段降低混凝土单位用水量的试验研究
摘要：
±0.5？
第二辅助减水成分，而三者联掺能够最大限度地降低混凝土单位用水量。
三峡工程应用表明，降低混凝土单位用水量取得了明显的技术、经济效益。
关键词：
三峡工程 混凝土 缓凝高效减水剂
1 前言
在影响混凝土单位用水量的因素中，骨料的影响是显著的，试验研究表明，在水胶比及坍落度相同条件下，花岗岩人工骨料混凝土较天然骨料混凝土的单位用水量高约40kg/m3左右，见表1，这主要是由于花岗岩人工骨料是粗粒结构，颗粒界面粗糙，集料粒形较差，因而导致混凝土单位用水量显著提高。
表1 人工、天然骨料混凝土单位用水量比较
人 工 骨 料
天 然 骨 料
级配
水胶比
用水量
（kg/m3）
砂率
（%）
坍落度
（cm）
和 易 性
级配
水胶比
用水量
（kg/m3）
砂率
（%）
坍落度
（cm）
和 易 性
棍度
抹平
离析
棍度
抹平
离析
二
179
40
上
好
轻
二
139
33
上
好
轻
179
39
上
好
轻
144
34
上
好
轻
三
156
35
上
好
轻
三
110
27
上
好
轻
152
33
上
好
轻
107
25
中
较好
较轻
四
146
32
上
好
轻
四
102
25
上
好
轻
143
30
上
好
轻
99
23
上
好
轻
试验依据：
SD105-82；试验控制：
w/（c+f）=0.55；中热水泥；掺和料采用重庆电厂Ⅱ级粉煤灰灰，需水量比97.7%，烧失量5.4%，等量替代30%；外加剂为：
缓凝高效减水剂ZB-1A（0.5%）+引气剂DH9，湿筛混凝土含气量4～5%。
三峡工程二阶段混凝土，采用花岗岩人工骨料，混凝土单位用水量偏高，胶凝材料用量相应增加，由于混凝土是热的不良导体，较多的胶凝材料水化放热，相应的混凝土内部温升较高，易导致温度裂缝，破坏混凝土整体性，并降低其技术性能，不利于大坝的快速施工，而且对裂缝的处理——混凝土灌浆，还将花费大量的人力物力，其经济性较差。
为此，大坝混凝土的浇筑，除在施工中采取一定技术措施外（如：
预冷原材料，铺设降温管道等），为降低混凝土单位用水量，相应减少胶凝材料用量，因而降低温升，从根本上减少温度裂缝，加快施工速度，提高混凝土技术、经济性能，进行了降低混凝土单位用水量的试验研究。
2 试 验
2.1 试验原材料
水泥：
葛洲坝中热525#硅酸盐水泥。
砂：
三峡下岸溪斑状花岗岩人工砂，细度模数2.57，石粉含量13.7%。
石：
三峡古树岭闪云斜长花岗岩人工碎石。
粉煤灰：
安徽淮南平圩电厂粉煤灰，国标I级粉煤灰，需水量比92%。
外加剂：
浙江ZB-1A缓凝高效减水剂；
河北DH9 引气剂。
2.2 试验
2.2.1 外加剂减水效果试验
±0.5%，试验结果见表2。
表2 外加剂减水率检验结果
混凝土序号
用水量
（kg/m3）
砂率
（%）
水泥用量
（kg/m3）
外加剂品种
及掺量
坍落度
（cm）
含气量
（%）
减水率
（%）
抗压强度比（%）
3d
7d
28d
C基准
215
39
330
/
/
100
100
100
CZB-1A
166
39
330
ZB-1A 0.7%
183
204
164
CDH9
194
36
330
DH9 万
88
89
86
试验结果表明，缓凝高效减水剂ZB-1A（0.7%）减水率为22.8%；引气剂DH9（引气量5.2%时）减水率9.8%。
缓凝高效减水剂具有较高的减水率，引气剂也有一定的减水效果。
2.2.2 粉煤灰减水效果试验
±±0.5%。
试验结果见表3。
表3 粉煤灰掺量与混凝土单位用水量的关系
粉煤灰掺量（%）
混凝土单位用水量（kg/m3）
二级配
减水率（%）
三级配
减水率（%）
四级配
减水率（%）
0
123
/
103
/
91
/
10
117
5
99
4
86
5
20
109
11
94
9
82
10
30
14
91
12
80
12
40
101
18
88
15
78
14
50
100
19
84
18
75
18
试验结果表明，常态混凝土中掺入10%～50%的国标I级粉煤灰，可减水4%～19%的单位用水量，如图1所示。
因此国标I级粉煤灰有一定的减水作用，被誉为矿物（固体）减水剂。
2.2.3 降低混凝土单位用水量的试验
±±±0.5%。
试验结果见表4。
表4 降低混凝土单位用水量试验结果
序号
用水量
（kg/m3）
缓凝高效减水剂
引气剂
粉煤灰
坍落度
（cm）
含气量
（%）
减水率
（%）
抗压强度（MPa）
7d
28d
L0
160
/
/
/
/
L1
126
ZB-1A 0.7%
/
/
L2
145
/
DH9 万
/
L3
143
/
/
平圩灰 30%
L4
118
ZB-1A 0.7%
DH9 万
/
L5
116
ZB-1A 0.7%
/
平圩灰 30%
L6
141
/
DH9 万
平圩灰 30%
L7
105
ZB-1A 0.7%
DH9 万
平圩灰 30%
由表4可知：
在混凝土中，缓凝高效减水剂ZB-1A减水率为21.3%，引气剂减水率为9.4%，国标I级平圩灰减水率为10.6%，减水率比较则为缓凝高效减水剂减水率＞国标I级平圩灰减水率＞引气剂减水率。
因此可以说，在混凝土中缓凝高效减水剂为主要减水成分，国标I级平圩灰为第一辅助减水成分，引气剂为第二辅助减水成分；缓凝高效减水剂ZB-1A与引气剂DH9联掺减水率为26.3%，缓凝高效减水剂ZB-1A与国标I级平圩灰联掺减水率为27.5%，引气剂DH9与国标I级平圩灰联掺减水率为11.9%，缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级平圩灰联掺减水率为34.4%。
减水率比较则为缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级平圩灰联掺减水率大于缓凝高效减水剂ZB-1A
与引气剂DH9联掺减水率、缓凝高效减水剂与国标I级平圩灰联掺减水率、引气剂与国标I级平圩灰联掺减水率，因此，比较而言，缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级平圩灰联掺能够最大程度的降低混凝土单位用水量，同基准混凝土用水量相比，三者联掺降低混凝土单位用水量55kg/m3。
2.3 试验结果机理分析
2.3.1 高效减水剂的减水作用机理
新拌混凝土中，高效减水剂高分子基团吸附于水泥颗粒表面，相同电性的亲水基统一指向水溶液，水泥颗粒在电性斥力作用下解絮，释放水泥颗粒凝絮体中包裹的游离水，同时，水泥颗粒间的相同电性斥力，减缓了棱角状水泥颗粒间啮合作用，利于水泥浆体流动，表现出减水作用。
高效减水剂是混凝土中主要减水成分。
2.3.2 国标I级粉煤灰减水作用机理
首先，由于粉煤灰的表观密度通常小于水泥，如平圩灰的表观密度为2220kg/m3,而葛洲坝中热525#硅酸盐水泥的表观密度为3200kg/m3,替代相同重量的水泥，粉煤灰的体积较相同重量的水泥的体积大，会增加混凝土中的浆体体积，提高浆体对骨料的润滑作用；其次，国标I级粉煤灰具有优良的颗粒形貌，以平圩I级灰为例，从图2中可以看到，国标I级粉煤灰基本上是由粒径细小的玻璃状球体组成，在混凝土中起滚珠轴承作用，减小水泥颗粒间的摩擦，提高了浆体的流动性；第三，国标I级粉煤灰极好的粒形和细小的粒径，如平圩灰粒径小于10μm的含量大于40%，使之能够发挥其解絮作用，释放因凝絮作用而被水泥颗粒包裹的游离水，辅助高效减水剂，使水泥颗粒解絮更完善，因此国标粉煤灰具有减水作用，被誉为矿物（固体）减水剂。
国标I级粉煤灰是混凝土中第一辅助减水成分。
引气剂减水作用机理
引气剂作用下，含气量3%～5%时，混凝土中引入微小气泡5000～8000亿个左右。
含气量的提高，增加了浆体体积，对骨料的润滑作用提高，同时，微小气泡有一定机械强度，带有相同电性的微小气泡相互排斥，因此，大量的微小气泡能够稳定、均匀地分布于混凝土中，起着气体滚珠轴承作用，减小水泥颗粒间的摩擦，进一步提高了浆体的流动性，表现出一定的减水作用。
引气剂是混凝土中第二辅助减水成分；
缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级粉煤灰联掺减水作用机理
三者在混凝土中各自发挥自身的减水作用，同时又相互作用、相互促进，如国标I级粉煤灰同缓凝高效减水剂共同作用，对水泥颗粒的解絮更加充分；带有相同电性互相排斥，并有一定机械强度的微小气泡粒径大多是20～200μm，而平圩灰粒径小于10μm的含量大于40%，不同粒径组成的“微珠”相互补充，在混凝土中充发挥滚珠轴承作用，因此缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级粉煤灰联掺最大限度地降低了混凝土的单位用水量。
3联掺法降低混凝土单位用水量在工程中应用举例
三峡工程二阶段混凝土配合比设计，采用联掺法对混凝土配比进行优化，取得了明显的技术、经济效益。
首先，克服了花岗岩骨料的限制，降低了混凝土的单位用水量，降低幅度在30%以上，有利于施工中的温控。
在北京水科院“国内外大坝混凝土配合比概况”中共收集了161个大坝混凝土配合比，查知花岗岩人工骨料的大坝混凝土，四级配混凝土最低单位用水量为100kg/m3，而三峡工程优化的混凝土室内试验，由于合理的运用了缓凝高效减水剂、优质引气剂和国标I级粉煤灰联掺的技术措施，降低了混凝土的单位用水量，其最低单位用水量为79kg/m3，达到国内外领先水平，参见表5。
表5 三峡工程二阶段混凝土配合比（部分）
工程部位
设计要求
水胶比
用水量
粉煤灰掺量（%）
砂率（%）
级配
外加剂品种及掺量
坍落度（cm）
含气量（%）
ZB-1A
（%）
DH9
（/万）
大坝内部
R90150D100S8
79
45
四
4～6
～
大坝基础
R90200D150S8
84
30
四
4～6
～
大坝水上、水下外部
R90200D250S10
84
30
四
4～6
～
大坝外部水位变化区
R90250D250S10
84
30
四
4～6
～
其次，取得了优异的技术性能，配制出了具有里程碑意义的高性能水工混凝土，不仅温升较低，而且具有高耐久性，及良好的施工和易性等技术性能；产生了巨大经济效益，二阶段工程仅原材料节省的直接费用就高达2亿元以上。
4结 论
（1）缓凝高效减水剂、引气剂和国标I级粉煤灰在混凝土中具有不同程度的减水作用。
其中缓凝高效减水剂是主要减水成分，国标I级粉煤灰是第一辅助减水成分
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