3.3　工程应用

3.3.1　贵州东风水电站

东风水电站是乌江水电基地流域干流梯级开发第2级。1995年12月建成投产。原装机容量为51MW（3×17MW），多年平均发电量24.2亿k W·h。2004年2月至2005年5月，对该电厂实施了增容工程，机组装机容量增至57MW（3×19MW）。水库正常蓄水位970m，相应库容8.64亿m3，总库容10.16亿m3，具有不完全年调节性能。坝址控制流域面积18161km2，占乌江流域面积的21%，多年平均流量343m3/s，平均年径流量108.9亿m3。东风水电站为抛物线双曲薄拱坝，坝体应力大，`有严格的抗裂要求，坝体混凝土性能不仅应满足设计提出的技术要求，而且应具有优良的抗裂性、耐久性、施工和易性及工程经济性（坝体混凝土的技术要求见表3.3-1）。因此在混凝土设计中必须对原材料性能及配合比参数进行深入细致的研究。

1.水泥

东风水电站附近有水城、贵州两个大型水泥厂可选择，水城水泥厂的硅酸盐水泥标号比贵州水泥厂的高，热强比低，特别是C3A的含量低，有利于降低混凝土的绝热温升、提高抗裂性。贵州水泥厂水泥熟料中MgO的含量为2.3%左右，大于1.8%，部分MgO呈方镁石晶体存在，能缓慢水化生成水镁石[Mg（OH）2]晶体而体积膨胀，具有延迟膨胀性能。贵州水泥厂的水泥掺30%粉煤灰后，混凝土的自生体积变形G（t）180d的膨胀量为47×10-6。水城水泥厂水泥熟料中Mg O的含量为1.3%左右，小于1.8%，其Mg O以固溶体存在于熟料中，不能水化形成水镁石，掺30%粉煤灰后，180d的G（t）收缩38×10-6。在受约束的条件下，贵州水泥厂水泥拌制的混凝土可产生0.1～0.7MPa的压应力，而水城水泥厂水泥拌制的混凝土可产生0.1～0.7MPa的拉应力。

经技术经济综合性价比，坝体混凝土采用水城水泥厂硅酸盐525号（原国标标准，下同）水泥；坝基深槽混凝土因要求微膨胀，采用贵州水泥厂生产的硅酸盐525号水泥。

2.砂石骨料

经过大量的室内外无应力计的实测资料证明，灰岩混凝土热膨胀系数为（5.1～5.6）×10-6/℃；天然砂石料混凝土的热膨胀系数为（10.0～11.0）×10-6/℃。另根据混凝土温控计算的一般公式可知：温度应力与混凝土热膨胀系数成正比。在相同温降及约束条件下，东风水电站灰岩骨料混凝土的温度应力仅有天然砂石料混凝土的50%，故东风水电站混凝土的温控措施可大为简化。东风水电站工程使用灰岩骨料，采用旋回破碎机初碎，反击式破碎机中碎及细碎，粒形完整，少棱角，表面光洁，针片状含量5%左右。在不同岩性的人工砂石料混凝土中，东风水电站灰岩混凝土的砂率及用水量最小。在相同的抗压强度下，东风水电站灰岩混凝土的抗拉强度比天然砂石料的高出0.1～0.3MPa，灰岩骨料表面与水泥结石间有微弱的化学亲和力。由棒磨机轧制的东风水电站人工砂性能优越，细度模数为2.8～3.1，石粉含量为7%～11%。

3.粉煤灰

东风水电站采用清镇火电厂三期工程静电收尘干灰，电场原状粉煤灰的细度为30%～40%（0.08mm筛余），烧失量达9%～12%。为改善粉煤灰的品质，安装了一台风选粉煤灰设备，采用通过风选系统，获得较细可控的粉煤灰，风选后细度为5%（0.08mm筛余），小于0.045mm筛余的占89.5%，小于0.012mm的49.8%，烧失量变化不大。风选细粉煤灰玻璃体含量可由风选前的70%提高到75%～80%，风选粉煤灰的球形颗粒含量为75%～80%，而磨细粉煤灰仅为15%～20%，所以风选粉煤灰可富集细颗粒球形玻璃体，提高粉煤灰的品质。由表3.3-2可以看出，风选粉煤灰的品质优于原状粉煤灰。

由于粉煤灰与Ca（OH）2反应的发热量低于水泥水化的发热量，所以掺粉煤灰后可显著降低混凝土绝热温升，且风选细粉煤灰对混凝土早期强度的不利影响比原状粉煤灰小。掺粉煤灰混凝土的干缩率小于不掺粉煤灰的，如掺30%～40%粉煤灰后，90d干缩率降低6%～14%，自身的体积变形G（t）降低（15～25）×10-6。

4.外加剂

东风水电站工程首次采用萘系加木钙加引气剂并掺有少量糖蜜的复合外加剂，减水率达20%～23%，含气量3%～5%。且外加剂可降低浆体的塑性黏度与有效屈服应力，提高混凝土的流动性，掺外加剂的混凝土也更容易振捣密实，有利于提高密实性。缓凝性复合外加剂，能延缓混凝土升温速度，可充分利用混凝土表面散热，从而降低温升1～2℃。另外，缓凝还可减少混凝土坍落度损失，延长浇筑层面的允许间隔时间，防止冷缝。

5.混凝土配合比设计及其力学性能

（1）深槽混凝土。深槽混凝土具有五向约束条件，采用贵州水泥厂生产的硅酸盐525号水泥，外掺轻烧Mg O，经压蒸试验后，确定掺量为3.5%。经现场9支无应力计监测结果表明，7d平均膨胀25.5×10-6，14d膨胀32.7×10-6，180d膨胀95.6×10-6，240d膨胀103.6×10-6，已趋于稳定。混凝土施工过程中没有采用加冰拌和、水管冷却，没有进行横缝灌浆，混凝土未发现任何裂缝，达到了设计的预期效果。

（2）坝体混凝土。坝体混凝土采用水城水泥厂生产的硅酸盐525号水泥，掺30%风选粉煤灰，其烧失量达9%～11%，施工时的混凝土配合比及力学性能见表3.3-3。施工实践证明上述混凝土配合比各项物理力学性能满足设计要求，施工和易性好，抗裂性优良。经计算后可知：灰岩人工砂石料混凝土抗裂性比天然砂石料混凝土抗裂性高1～1.5倍。

6.监测结果

（1）施工期坝体基岩温度受大坝混凝土水化热影响，温度在18.5～19.0℃，在2000年后，坝体基岩温度在16.2～16.5℃，较为稳定，变幅在0.2℃左右，坝体基岩温度稳定在16.5℃左右。

（2）坝体1/4拱梁处的左侧5号坝段和右侧11号坝段，坝体温度分布情况基本相同。高温和低温季节各高程温度基本相同，高温季节温度随高程增加，同高程上游面温度略低于下游面温度；低温季节温度随高程减小，幅度较高温季节小，同高程上游面温度略高于下游面温度；拱冠8号坝段高温季节温度场分布情况基本与5号、11号坝段相同，低温季节该坝段温度基本恒定在15℃左右。

（3）实测温度荷载与设计荷载基本一致，温升荷载的均匀温度变化Tm均在设计范围内，温降荷载的均匀温度变化Tm，除高程945.00m、高程915.00m外，其余高程均在设计范围，几次定检复核结果基本一致。

（4）大坝的11条横缝中，各条横缝仪器均能有效监测其各自开合情况，除6号缝部分仪器出现开合度持续增大外，其余各条横缝测值大部分均无明显的突变状况，呈较稳定状态。

大坝内埋设各类温度计近350支（含深槽部位），其中大部分为施工期监测仪器，收集到105支混凝土温度计监测数据。表3.3-4为坝体温度计特征值统计表，图3.3-1为坝段温度场分布图，由此可见：

（1）各坝段温度计目前尚有105支能正常监测，各测点最高温度在6.5～32.5℃，一般发生在高温季节；最低温度在-5.0～24.5℃，绝大多数发生在12月至次年3月的低温季节；最大年变幅在0.4～25.9℃，基本均发生在2010—2013年；平均值在-0.4～24.9℃；各测点温度测值整体偏低，没有明显的高温区域；测值一般呈周期性变化，且基本收敛，温度较为稳定。

（2）针对8号坝段，分别取2010年、2013年和2016年的高温季节（每年7月1日）绘制坝体温度场（图3.3-1）；由图3.3-1可以看出：坝体上游侧温度相对低于下游侧温度；坝体内无明显高温区域；坝体内温度整体小于气温；坝体上游侧低高程局部部位温度相对大于周边温度，该区域温度受基岩影响较大；坝顶下游侧局部温度相对大于周边温度，该区域受气温与光照的影响大。坝体温度整体较稳定，高温季节整体稳定在17℃左右，无明显增大趋势。

3.3.2　贵州洪家渡水电站

洪家渡水电站位于贵州西北部黔西、织金两县交界处的乌江干流上，是乌江水电基地11个梯级电站中唯一对水量具有多年调节能力的“龙头”电站。该电站最大坝高179.5m，坝址以上控制流域面积9900km2，多年平均径流量48.9亿m3，水库总库容49.47亿m3，调节库容33.61亿m3。电站安装3台立轴混流式水轮发电机组，装机总容量60MW。工程总投资49.27亿元，于2000年11月8日正式开工建设，坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高179.5m、坝顶长428m、坝顶宽11m，是当时世界上最高的面板堆石坝之一。

面板混凝土裂缝主要分为混凝土自身裂缝和结构性裂缝两大类，结构性裂缝主要是由大坝变形、沉降及其在运行中的其他荷载引起的，这类裂缝防止主要通过提高大坝堆石体密实度，减小大坝堆石体的沉降、变形，以及结构设计上要有足够的承载能力来实现。

在没有外荷载的作用下，混凝土裂缝的产生主要是由于在约束条件下混凝土自身收缩引起的，因此面板混凝土的抗裂性研究主要是围绕减小混凝土自身收缩，提高拉伸强度和减小对混凝土的约束进行的。

1.原材料及配合比

面板混凝土对原材料的要求要高于普通混凝土，要求水泥的稳定性好，水化热低；要求粉煤灰的品质好，烧失量及需水量比低；要求砂石骨料的线膨胀系数小，骨料粒形好，砂的级配好，单位用水量低；要求减水剂的减水率高，稳定性好，略有缓凝，以便有足够的缓凝时间满足施工要求；要求引气剂的引气能力强，气泡小，以保证抗冻耐久性能满足要求。

（1）水泥。经充分比较选择了贵州水泥厂P.O 42.5水泥，其物理性能见表3.3-5其MgO含量为2.2%，自生体积变形试验表明其收缩性很小，28d为收缩20×10-6左右较其他水泥收缩小。

（2）粉煤灰。选用遵义火电厂粉煤灰，属Ⅱ级粉煤灰，其需水量比为94.2%，细度为3.5%（0.045mm筛余），烧失量为6.3%。

（3）外加剂。根据减水率高、稳定性好、略有缓凝的原则选择使用了SK-3和NF-550，引气剂选用NF-C，均满足高效减水剂和引气剂的国标要求。

（4）砂石骨料。选用粒形好、线膨胀系数低的纯灰岩人工砂石料，砂的细度模数为2.75，其中小于0.15mm的颗粒为14%左右，是品质较高的人工砂料。粗骨料为二级配，石子级配比例为60∶40时容重最大，因此选用该级配。

（5）补偿收缩材料。由于水泥的自生体积变形为收缩型，对混凝土的抗裂性不利，因此在混凝土中考虑掺用补偿收缩材料，经多种材料比较，最后选用的是海城MgO，试验研究的掺量为胶凝材料总量的3.4%。

（6）纤维。为了降低面板混凝土早期干燥收缩裂缝，提高混凝土的初裂韧度，增加混凝土的抗裂性，在混凝土中掺化学纤维，经比较研究，选用好亦特聚丙烯纤维，掺量为0.9kg/m3。

面板混凝土设计指标为C30，抗冻耐久性为F100，抗渗为W12，二级配，汽车运输溜槽入仓，坍落度控制在4～8cm。

经多组配合比比较研究，面板混凝土使用配合比见表3.3-6；其混凝土力学性能见表3.3-7；干缩变形性能见表3.3-8；自生体积变形性能见表3.3-9。

面板混凝土的绝热温升为35.7℃（28d），线膨胀系数为5.93×10-6/℃，其抗渗性能及抗冻性能均满足设计要求。

掺用化学纤维和补偿收缩材料MgO的面板混凝土具有以下特点：

（1）混凝土和易性好，无离析、泌水，施工性能好。

（2）灰岩人工砂石料、骨料粒形好，线膨胀系数小，对防裂有利。

（3）选用Ⅱ级灰，掺量25%，略高，有利于提高混凝土的和易性。干缩值小，120d为233×10-6，混凝土后期（28d以后）强度储备大（达到50MPa），并且掺用粉煤灰有利于降低混凝土绝热温升。

（4）外掺补偿收缩材料和化学纤维后，用水量相对于不掺的要提高8～10kg/m3，因此，选用高效减水剂并提高掺量，使用水量相应降低，以降低水泥用量，降低绝热温升。

（5）通过掺用纤维及MgO后，混凝土极限拉伸值有所提高，抗拉强度略有增加，自身体积变形由收缩型变为微膨胀型，干缩值又有所降低，使混凝土性能更加符合面板混凝土结构对混凝土性能的要求，使其更具有高抗裂、低收缩性能。

2.结构措施及施工工艺

由于坝高179.5m，斜面板很长，结构上采取分三期浇筑混凝土，其分期高程为1025m、1100m、1142.7m，一、二、三期面板长度分别为98.5m、129m、73m，各期面板又分为Ⅰ、Ⅱ序浇筑块（跳块浇筑），面板按双层配筋，纵向配筋率为0.4%，横向配筋率为0.3%，面板厚度为0.3～0.9cm，面板横向分缝宽度为15m。

为了降低坝面对面板混凝土的约束，坝面垫层料选用斜坡碾压密实平整，为防止坝面被雨水冲刷破坏，影响表面平整度，增大对混凝土面板的约束，采用喷改性乳化沥青护面，以保证垫层料与面板混凝土接触面规整平顺，减小对混凝土面板底面的约束，同时，Ⅰ序块浇筑之后，对Ⅰ序块与Ⅱ序块接触的侧面采取了规整模板，并在混凝土上涂刷沥青，降低对Ⅰ、Ⅱ序块的侧面摩擦约束。

施工工艺采用混凝土罐车运输，溜漕入仓，无轨滑模整体浇筑，采用跳块方式浇筑，先浇Ⅰ序块，待Ⅰ序块浇筑完后，再浇Ⅱ序块。加强面板混凝土的养护，浇筑完之后喷养护剂。封闭混凝土表面，再用不透水塑料薄膜和麻袋覆盖，使混凝土表面保持湿润，防止混凝土失水干缩太快，并减少混凝土内外温差，防止混凝土冷却。

3.原型监测和裂缝调查

在2003年3月底进行的第Ⅰ期面板裂缝调查，其Ⅰ期面板裂缝示意如图3.3-2所示，裂缝统计及温度监测资料见表3.3-10。

洪家渡面板裂缝特点：

（1）数量少，一期面板为10424m2，共计裂缝11条，平均1000m2一条，裂缝率很小，后来统计的二期面板有9条，全部为小于0.2mm的，三期面板没有裂缝。在全国面板坝中，面板面积3万多m2，共计20条裂缝，其裂缝数是最少的。

（2）裂缝分布有规律性，Ⅰ序块无论长短，均未开裂，Ⅱ序块中，入仓温度越高，裂缝越多（如左4块16～17℃，与左2块6～10℃相比），入仓温度相同，面板长度越长裂缝越多（左4块94.5m与右1块70m比较）。

（3）左4块在约23m这段内，集中开裂7条，是极不正常的，估计是由于养护不当或养护措施不到位引起的表面干缩性裂缝。

原型监测资料分析：

（1）温度监测：左3块为第一块浇筑的面板混凝土，在高程1003m处埋设3支温度计，分别在面板距表面10cm、40cm（中部）和70cm（底部）。其3d温度分别为27.8℃、31.9℃、29.3℃，三支温度计显示其最大温差小于5℃。温度变化过程线表明3d达到最高温度，然后逐渐散热，温度下降，20d左右趋于稳定，稳定温度为15℃左右，本块温度监测表明，最高温升在3d，ΔTmax＝21.4℃。混凝土表面以下10cm外温度与气温差值到达20℃左右。因此，在低温期浇筑混凝土必须加强保温措施，避免内外温差过大，引起温度裂缝。温度监测表明，现场采取的保温措施是很有效的。

（2）无应力计。在左1块面板高程990.3m、1026.0m处埋有应变计和无应力计，应变计于无应力计量值监测资料显示，混凝土在温度下降阶段产生了30με的自生体积增长，时间在28d前后，说明在温度下降过程中，混凝土获得了自生体积膨胀的补偿。

从洪家渡面板堆石坝一、二、三期面板混凝土的裂缝调查，3万多m2的面板混凝土，仅有20余条裂缝，并且，大于0.2mm的仅有10条，充分证明了通过原材料及配合比研究，采用外掺MgO和化学纤维的混凝土配合比，结构及施工工艺采取相应措施，精心设计、精心施工，对面板混凝土的裂缝是可以有效防止的，并能使面板混凝土少裂，甚至不裂。

3.3.3　贵州构皮滩水电站

构皮滩水电站位于贵州余庆县构皮滩口上游1.5km的乌江，上游距乌江渡水电站137km，下游距河口涪陵455km，控制流域面积43251km2，多年平均年径流量226亿m3。工程的主要任务是发电，兼顾防洪、航运及其他综合利用。水库正常蓄水位630.00m，相应库容55.64亿m3，装机容量300MW，是贵州省和乌江干流最大的水电电源点。

构皮滩水电站属Ⅰ等工程，大坝、泄洪建筑物、电站厂房等主要建筑物为1级建筑物，次要建筑物为3级建筑物。枢纽由大坝、泄洪消能建筑物、电站厂房、通航及导流建筑物等组成。

构皮滩水电站的主要建筑物包括混凝土双曲拱坝、水垫塘和二道坝、引水发电系统、泄洪洞以及导流隧洞、碾压混凝土围堰组成。大坝常态混凝土约300万m3，用于混凝土拱坝，对混凝土的力学性能和温控防裂具有较高的要求。

1.大坝坝体混凝土主要设计指标

构皮滩水电站工程大坝坝体混凝土强度等级和主要设计指标见表3.3-11。

构皮滩水电站所选用的砂石料为三叠系较纯的灰岩，岩石的湿抗压强度大于70MPa。

2.混凝土配合比设计

混凝土配合比设计应遵循经济合理地选择水泥品种，采用优质经济的掺合料与外加剂、最小的单位用水量、最优砂率、最大石子粒径和最优石子级配等原则。

坝体混凝土配合比及其力学性能试验结果见表3.3-12～表3.3-19。

3.坝体混凝土热学性能

混凝土的热学性能主要指的是在温控计算时需用的混凝土比热、导温系数、导热系数及热膨胀系数。根据多个工地的实测结果，混凝土的比热、导温系数、导热系数变化不大，特别是当骨料的岩性、混凝土用水量差别不大的情况下，相差更小，但与混凝土的温度应力呈线性关系的热膨胀系数，随骨料的岩性不同而在（5～11）×10-6/℃范围内变化，试验结果证明越纯的灰岩其热膨胀系数越低，在相同的温度变化条件下，产生的温度应力越小，抗裂性越好。大坝坝体混凝土配合比的热学性能见表3.3-20。

4.坝体混凝土绝热温升

混凝土的绝热温升是指在绝热条件下，测定混凝土胶凝材料（包括水泥、掺合料等）在水化过程中的温度变化及最高温升值。本次试验大坝坝体混凝土配合比的绝热温升试验结果见表3.3-21。

由表3.3-21可见，坝体混凝土配合比的绝热温升值在25～40℃，四级配混凝土的绝热温升值较低，二级配混凝土配合比的绝热温升值最高。这与混凝土的水灰比、水泥用量、粉煤灰用量等有很大的关系。

5.坝体混凝土干缩变形性能

混凝土的干缩是测定混凝土在无外荷载和恒温条件下由于干缩引起的轴向长度变形，以比较不同混凝土的干缩性能。

构皮滩水电站大坝坝体混凝土配合比的干缩试验结果见表3.3-22。

6.坝体混凝土的自生体积变形试验结果

混凝土自生体积变形试验是测定混凝土在恒温绝湿无外力作用的条件下，仅仅由于胶凝材料的水化作用引起的体积变形，它不包括混凝土受外荷载、温度、湿度影响所引起的体积变形。自生体积变形主要是测定混凝土自身的体积膨胀（或收缩）变形，是检测混凝土抗裂性的重要指标。混凝土的自生体积变形对大坝混凝土的抗裂性有着不可忽视的影响。如果混凝土的自生体积变形为较大的收缩，对其抗裂性是极为不利的，它与混凝土的干缩变形和温降变形相叠加，导致大体积混凝土开裂的可能性就较大。如果混凝土的收缩小或具有延迟微膨胀性能，对混凝土的抗裂性相对较为有利。

坝体混凝土配合比的自生体积变形试验结果见表3.3-23及图3.3-3。

由表3.3-23及各个配合比的自生体积变形曲线图中可以看出，混凝土的自生体积变形在7d以前大多呈膨胀趋势，但在7d以后呈收缩趋势，我们认为是水泥中的C3A和石膏以及Ca（OH）2作用形成硫铝酸钙而使混凝土发生体积膨胀，但是这个反应速度比较快，一般在7d以内反应基本完成，最多混凝土的变形可达到10×10-6，但在7d以后混凝土的自生体积变形呈收缩趋势，最大变形为-5×10-6，这是因为水泥中的C2S及C3S的水化反应是收缩性的，而水泥熟料中的MgO是经过1450℃煅烧的过烧MgO，其活性比较低，水化反应速度比较慢，Mg O开始水化反应的开始时间比较靠后，而水泥熟料中真正能起反应的MgO是不同于混凝土配合比中外掺的MgO，混凝土7d以后到90d前后基本上是呈收缩性的。到90d以后，水泥熟料中的Mg O开始缓慢的发生化学反应形成Mg（OH）2而使混凝土又有些微膨胀。

从坝体混凝土的配合比试验结果来看，混凝土配合比单位用水量适中，水化热不高，大坝坝体混凝土后期强度较高，其余力学性能各项指标均满足设计要求；混凝土的极限拉伸值较高，徐变值不高，线膨胀系数较低，这些都对混凝土的抗裂性有利。

3.3.4　贵州董箐水电站

董箐水电站是西电东送第二批重点电源建设项目之一，工程规模为大（2）型。位于贵州北盘江下游贞丰县与镇宁县交界处。混凝土面板堆石坝最大坝高150m，坝顶高程494.5m，坝顶全长678.63m，坝体总填筑方量约890万m3。工程总投资约60亿元，总装机容量为88MW，安装4台22MW水轮发电机组，保证出力17.2MW，年平均发电量为31亿k W·h，水库正常蓄水位490m，总库容9.55亿m3，调节库容1.438亿m3，以发电为主，兼有防洪、供水、养殖和改善生态环境等综合效益。

工程于2005年3月28日正式开工，2006年11月15日实现截流，2009年8月20日下闸蓄水，12月1日首台机组发电，12月18日第二台机组发电，2010年6月1日，第三、第四台机组发电，2010年6月工程基本完工。

为提高面板混凝土抗裂能力，试验研究中采用高掺粉煤灰技术配制低热高性能面板混凝土。

1.高掺粉煤灰混凝土技术的基本原则

（1）必须具有较高的工作性以满足施工要求。

（2）必须具有良好的强度和强度发展，尤其是良好的强度发展，以满足设计和使用要求。

（3）必须具有优异的耐久性能，如低的水化温升、高的抗裂性能、高的体积稳定性能、高的抗渗性能、高的抗冻性能和高的抗蚀性能。

（4）必须环境友好，有效地利用电厂粉煤灰。

（5）必须充分考虑降低混凝土成本，提高水工混凝土的综合技术经济效益。

2.高掺粉煤灰混凝土的技术路线

（1）协调混凝土各方面性能的关系，如新拌混凝土的流动度、黏聚性、保水性与用水量的关系，混凝土的强度与胶凝材料用量以及粉煤灰掺量的关系，混凝土耐久性与胶凝材料用量、粉煤灰掺量、用水量的关系。

（2）技术难点是既要确保在混凝土中大掺量粉煤灰以提高混凝土的体积稳定性和抗裂性，又要确保低水胶比以使混凝土获得适宜的强度和强度发展，尤其是确保混凝土的抗冻性等耐久性能，同时，还要使混凝土拌和物具有较高的工作性，三个方面必须兼顾。

（3）根据上述分析，需要采用高性能的减水剂，利用其超高减水率的特点，协调混凝土各方面性能的关系，通过大幅度降低水胶比，在混凝土中大掺量粉煤灰，进而实现混凝土高性能化的目的。

3.面板混凝土的技术关键

面板混凝土结构是大坝防渗体系，是面板堆石坝最重要的结构之一。该工程坝高150m，为较高的面板堆石坝，坝顶长度678m，面板混凝土约5.4万m3，最长面板达141m，对面板混凝土的抗裂要求较高。由于面板的厚度大约为0.30～1.00m，属长宽比较大的混凝土薄板结构，如何保证面板混凝土施工质量，如何防止面板混凝土裂缝，确保面板防渗体系完整是本次混凝土配合比设计研究的主要任务。

针对面板混凝土的受力特点，特别是面板混凝土对温度变形及干缩变形非常敏感的特点，对混凝土面板的防裂措施研究中除工艺上采取相应的防裂措施之外，要尽可能选择使混凝土具有低收缩性，使其自生体积变形尽可能少收缩或具有微膨胀，尽可能减少混凝土干缩变形，减小其线膨胀系数。高抗裂性——在满足强度保证率的条件下，提高其极限拉伸值，使其具有较高的拉压比，并且使其弹性模量相对较低，适应变形的能力增强，同时在混凝土初裂以后，需要有较高的止裂能力——提高混凝土的断裂韧度。使面板混凝土具有不裂、少裂和止裂的特性。

对混凝土性能的各项要求中，它们有的是统一的，有的是对立的。如何在面板混凝土的原材料选择及配合比设计中对混凝土性能进行综合考虑，使其对立能够协调统一，以求得混凝土的最佳性能，是面板混凝土高性能化的技术关键。

混凝土面板是面板堆石坝的主体防渗结构，又是水、大气和堆石体的分界面，工作环境复杂，对混凝土材料的要求如下：

（1）必须具有良好的抗渗性，以满足挡水防渗的要求。

（2）应具有足够的抗冻性、抗侵蚀性能和抗碳化能力，以满足耐久性要求。

（3）具有一定的强度和抗裂能力，以确保大坝安全运行，并能承受局部的不均匀变形所产生的少量拉应力。

工程实践表明，在已建的面板堆石坝工程中，面板混凝土普遍存在的问题是体积稳定性和耐久性问题，其中最为重要的是抗裂性问题。

面板混凝土技术要求及研究内容见表3.3-24。

研究内容：

（1）混凝土拌和物的工作性能。坍落度、扩展度、流动性经时性变化、凝结时间、容重、含气量，并观察混凝土拌和物的黏聚性、保水性。

（2）混凝土的力学性能。抗压强度、劈拉强度、抗拉强度等。

（3）混凝土的变形性能。极限拉伸值、弹性模量、自生体积变形、干燥收缩、线膨胀系数、绝热温升。

（4）混凝土的耐久性能。抗渗性能、抗冻性能、抗碳化性能。

4.推荐配合比及其性能

对低热高性能面板混凝土，室内进行了不同水胶比、不同粉煤灰掺量条件下的新拌混凝土及其性能研究，对技术性能和经济性进行综合分析比较后，提出了室内推荐配合比，进行了低热高性能面板混凝土性能复核试验。并与现有技术配制的面板混凝土（工地目前使用的配合比）性能进行了对比，其各项性能对比成果如下。

由表3.3-25可以看出，低热高性能面板混凝土配合比的特点是：

（1）水胶比大幅度降低，水胶比由0.42降低至0.30～0.33，用水量由139kg/m3降至95～104kg/m3。

（2）由于大幅度降低水胶比，使高掺粉煤灰成为可能，粉煤灰的掺量由25%提高至50%～60%，粉煤灰掺量由82.7kg/m3提高到157.6～190kg/m3，水泥用量由248.2kg/m3降低至126.7～157.6kg/m3。

（3）由于黏聚性好，在无振动情况下其流动性要差，在配合比设计时考虑到溜槽施工的性能要求，放大了坍落度，达到190mm，在实际施工时可根据具体需要适当调整，确保其施工性能。

（4）减水剂中已考虑适度引气，混凝土含气量控制为2.5%～3.5%，无需另外掺入引气剂。

（5）由于用水量的大幅下降和水泥用量的减少，低热高性能混凝土的抗裂性能较好，推荐混凝土配合比没有考虑外掺Mg O。

表3.3-25中的面板混凝土配合比、表3.3-26新拌混凝土性能及表3.3-27中的混凝土力学性能结果表明：

（1）低热高性能面板混凝土的工作性优于普通面板混凝土，尤其是具有较大的流动性，新拌混凝土不离析、不泌水，2h坍落度损失不大于12%，便于混凝土施工。

（2）普通面板混凝土，胶凝材料为330.9kg/m3，粉煤灰掺量为25%，W/B为0.42，满足设计指标要求；低热高性能面板混凝土，胶凝材料为315.2～316.7kg/m3，粉煤灰掺量为50%～60%，W/B为0.30～0.33，亦满足设计指标要求，强度保证率大于95%；而且后期强度发展较好，28d后强度及其耐久性能富裕度大，根据室内试验结果可知，90d甚至180d后强度仍在增长，涨幅高于普通面板混凝土。

（3）普通面板混凝土与低热高性能面板混凝土，其28d极限拉伸值均达到设计要求（大于1.00×10-4）。

5.面板混凝土的干缩性能

混凝土干缩试验采用规格为100mm×100mm×515mm的棱状体金属试模，两端埋设不锈的金属测头，试模放置在室内温度控制在20℃±2℃、相对湿度60%±5%的恒温干缩室内，采用测量精度为0.01mm的弓形螺旋测微计进行测量，测定基准长度后，试件的干缩龄期以测定基准长度后算起，干缩龄期为1d、3d、7d、14d、28d、60d、90d、180d或指定的干缩龄期。每个龄期测长1次。

面板混凝土的干燥收缩试验结果见表3.3-28。

表3.3-28中面板混凝土的干缩试验结果表明：

（1）普通面板混凝土与低热高性能面板混凝土，其28d干缩值满足设计（小于220×10-6）的要求。

（2）高掺粉煤灰后，混凝土的用水量及其水泥用量大幅度降低，从而使混凝土的干缩值的降幅达到25%～35%，而且随着粉煤灰掺量的增加，干缩值降幅增大，有利于提高混凝土抗裂性能。