第３０卷第２期
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水利水电科技进展２０１０年４月
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水泥细度对碾压混凝土性能的影响
蔡跃波１，石
泉２，丁建彤１，陈
波１，龚
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（１．南京水利科学研究院，江苏南京２１（）０１２９；２．新疆维吾尔自治区水利厅，新疆乌鲁木齐８３００００）
摘要：为探索粗磨水泥用于碾压混凝土的可行性，研究了普通硅酸盐水泥与用水泥熟料磨制的２个细度的粗磨水泥对碾压混凝土工作性、抗压强度、轴拉性能、耐久性及绝热温升的影响。结果表明，粗磨水泥减小了混凝土的ＶＣ值，提高了混凝土的施工性能；粗磨水泥配制的碾压混凝土满足设计要求，且强度有较大的富余；与普通硅酸盐水泥相比，粗磨水泥降低混凝土绝热温升８．３～１２．３℃。关键词：水泥细度；碾压混凝土；工作性；力学性能；绝热温升；耐久性中图分类号：ＴＶ４３１ｈｍ嘲－嘴ｏｆ
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文献标识码：Ｂ文章编号：１００６－７６４７（２０１０）０２—０ｃｒ７５—０４
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为避免温度裂缝的产生，大型水利水电工程大体积混凝土施工，除在结构设计和施工工艺方面进行改进外，还希望水泥的水化热尽量低。龙滩、锦屏、官地等水电站工程【ｌ‘２Ｊ均采用限制比表面积的中热硅酸盐水泥。ＧＢ２００－－－２００３规定，中热硅酸盐水泥熟料要求硅酸三钙（３ＣａＯ・Ｓｉ０２）的质量分数应不超过５５％，铝酸三钙（３ＣａＯ・ＡＩ，０３）的质量分数应不超过６％，游离氧化钙的质量分数应不超过１％。除规定抗压及抗折强度要求外，还要求３ｄ水化热小于或等于２５１ｋＪ／ｋｇ，７ｄ水化热小于或等于
２９３
寒、高温差地区，昼夜温差和年较差大，施工期间会带来２５。６０℃的坝体内外温差。在现有的温控防裂措施基础上，如何进一步提高混凝土的抗裂性是一个迫切需要解决的问题。采用水泥熟料直接生产细度较大、比表面积小的粗磨水泥来配制低热混凝土是一个具有良好技术经济性的方案【３Ｊ３。在兼顾力学性能要求的同时，直接通过细度来控制水泥的水化热，不必像中热硅酸盐水泥那样，考虑水泥熟料的矿物成分及其比例。粗磨水泥不仅能降低早龄期混凝土的开裂风险，而且有利于提高混凝土的耐久性ｌ铀Ｊ。同时也扩大了水泥原材料的来源，简化了生产工艺，降低了能耗。
本文针对工程需要，研究了普通硅酸盐水泥及采用水泥熟料磨制的粗磨水泥对碾压混凝土的工作性、力学性能、耐久性及绝热温升等性能的影响，论证采用粗磨水泥配制碾压混凝土的技术可行性。
ｋＪ／ｋｇ。受水泥原材料成分及生产工艺的限制，
一般水泥厂均需经过专门的工艺研究和试验，才能生产合格的中热硅酸盐水泥，使水化热相对较低的中热硅酸盐水泥的应用受到了制约。因此，有必要找到一种水化热低、生产工艺简单的水泥。
西北地区某水利枢纽碾压混凝土坝由于地处高
基金项日：国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金（５０５３９０４０）；水利部公益性行业科研专项经费项目（２００＂／０１０１４）
作者简介：蔡跃波（１９５８一），男．江西铅山人，教授级商级工程师，硕士．从事水工材料研究。Ｄｍａｉｈｙｂｃａｉ＠ｎｈｒｉ．四
水利水电科技进辰。２０１０．３０（２）Ｔｅ／：０２５—８３７８６３３５
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。７５・
１原材料及试验方法
水泥：某水泥厂专门试生产的２种细度的粗磨水泥（水泥熟料磨细后加５％的石膏），比表面积分别为３０４ｍ２／ｋｇ和３３６ｍ２／ｋｇ；某工程采用的比表面积为３９８ｍ２／ｋｇ（典型细度）的Ｐ・０４２．５水泥。水泥的化学成分及基本性能指标，见表１和表２。
粉煤灰：细度６．０％，需水量比９９％，烧失量５．７０％，密度２．２６９／ｅｍ３。
水洗天然砂：饱和面干吸水率１．１４％，表观密度２６１０ｋｇ／ｍ３，细度模数２．４４。
粗骨料：５—２０ｍｍ，２０．４０ｍｍ。４０～８０ｍｍ三级配片麻黄岗岩。饱和面干吸水率分别为１．４０％，１．１０％，０．８４％，表观密度分别为２
２６６０ｋｇ／ｍ３，２６６０ｋｇ／ｍ３。
６４０
ｋｇ／ｍ３，
产的ＳＨＲ一６５０Ⅱ型水化热测定仪进行。３种水泥的水化热见表３。
从表３可以看出，Ｃ３０４和Ｃ３３６水泥的水化热明显降低。与较细的Ｐ０３９８普通硅酸盐水泥相比，ｃ３０４水泥各龄期的水化热分别降低了１２％，７％，１６％和１４％；Ｃ３３６水泥的水化热分别降低了ｌｌ％，ｌ％，１０％和９％。应注意到，普通硅酸盐水泥已掺加了９％的混合材，但它的水化热依然较熟料磨制的粗磨水泥高出１０％左右。在熟料矿物成分大致相同的情况下，减小水泥的比表面积是降低水化热的有效措施。同时还可以看出，以２８ｄ龄期的放热量为基准时，粗磨水泥的放热速率与普通硅酸盐水泥基本相当，因此，不会出现早期放热量低、后期放热量高的现象。
２．２水泥的物理力学性能
比较３种水泥３ｄ，７ｄ，２８ｄ和９０ｄ龄期的力学性能指标，如表４所示。Ｃ３０４和Ｃ３３６水泥２８ｄ龄期的胶砂抗压强度分别为３７．４ＭＰａ和３９．８ＭＰａ，均小于４２．５ＭＰａ。２种粗磨水泥各龄期的胶砂抗压强度虽小于Ｐ０３９８水泥，但粗磨水泥的后期强度仍有较大增长空间。２种粗磨水泥３ｄ和７ｄ胶砂抗折强度明显小于Ｐ０３９８水泥，但２８ｄ和９０ｄ龄期的胶砂抗折强度已接近于Ｐ０３９８水泥。水泥细度对２８ｄ之内的强度有较大影响，但对抗折强度的影响小于对抗压强度的影响。
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石粉：石灰石粉，０．０８０ｍｍ筛余量为６％一９％。外加剂：聚羧酸系缓凝型高效减水剂及引气剂。
按照ＳＬ３５２－－２００６（（水工混凝土试验规程》进行
碾压混凝土配合比设计及相关性能试验。按照ＧＢ／Ｔ１２９５９－－－２００８（水泥水化热测定方法》溶解热法进行水化热测试。
２水泥的水化热及物理力学性能
２．１水泥水化热
水化热测试采用无锡建仪仪器机械有限公司生
表１水泥的化学成分
注：＊表示估算值．按照水化热与龄期的双曲函数关系推算而得（双曲函数形式Ｑ（ｔ）＝Ｑ。＊ｔ／（ａ＋Ｉ），其中Ｑ。为最终水化热，ｔ为龄期，ａ为水化热达到一半时的龄期）。
表４水泥的力学性能指标
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水利水电科技进展，２０１０，３０（２）Ｔｅｌ：０２５—８３７８６３３５
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人们对粗磨水泥应用的担心主要来自于其较低的早期强度。对于内部碾压混凝土而言，实际温度场下，混凝土的温度长期处在高于标准养护的２０℃的状态，在这种情况下，混凝土强度的发展要比标准养护试件的强度快【７Ｊ。这有助于消除对早期强度不足的担忧。
除了人们对粗磨水泥在２８ｄ龄期强度低于４２．５ＭＰａ的担忧。
在１８０ｄ龄期时，Ｐ３０４混凝土轴心抗拉强度比Ｐ３３６混凝土的略高。且与ＰＯ混凝土基本相当；Ｐ３０４和Ｐ３３６混凝土的极限拉伸值均与ＰＯ混凝土的基本相当，且均满足１８０ｄ龄期的极限拉伸值设计要求（０．７０×１００）；Ｐ３０４混凝土的抗拉弹性模量比Ｐ３３６混凝土的略高。与Ｐｏ混凝土的差异不大。可见，虽然粗磨水泥配制的混凝土９０ｄ龄期的轴拉性能稍逊于Ｐｏ混凝土，但在１８０ｄ龄期时已基本相当。
３组混凝土在９０ｄ龄期时，抗冻及抗渗性能均已满足设计要求的ＦＳ０和Ｗ４。耐久性满足设计要求。
综合考虑混凝土各项设计指标值，当水泥比表面积降至３０４ｍ２／ｋｇ时，所配制的混凝土充分满足设计要求。文献［８］表明，当水泥比表面积降至
２６０
３混凝土试验
３．１混凝土配合比
某水利枢纽内部碾压混凝土设计要求：强度等级为Ｒｌｓ０１５Ｗ４Ｆ５０，强度保证率为８０％，极限拉伸值大于０．７０×１０一，ＶＣ值为５—８
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试验所用碾压混凝土配合比见表５。考虑到普通硅酸盐水泥中掺有９％的混合料，以保证水泥熟料和胶凝材料的质量相同为原则，设计混凝土配合比。通过试拌发现，当Ｐ３０４混凝土采用的减水剂和引气剂掺量与ＰＯ和Ｐ３３６混凝土相同时，混凝土已有坍落度，因此适当降低该配合比外加剂的量。３．２试验结果及分析
３．２．１混凝土力学、变形及耐久性能
混凝土工作性、抗压强度、轴拉性能、抗冻及抗渗性能试验结果见表６。
Ｐ３０４混凝土在减水剂用量比ＰＯ混凝土低０．１％的情况下，ＶＣ值仍明显降低、含气量增大，主要是因为粗磨水泥比表面积小、需水量低。在骨料级配相同的情况下，粗磨水泥会明显改善碾压混凝土的工作性能，加速液化泛浆，降低ＶＣ值，提高施工性能。
粗磨水泥尽管会降低抗压强度，但仍然能够配制满足要求的碾压混凝土。Ｐ３０４和Ｐ３３６混凝土１８０ｄ龄期的强度分别为２４．５ＭＰａ和２７．８ＭＰａ，明显大于１８０ｄ龄期的配制强度要求（１７．９ＭＰａ）。强度富余程度高达３７％和５５％。这从另外一个方面消
ｍ２／ｋｇ左右时，依然能满足混凝土的设计要求，因
此要根据不同水泥的矿物成分来确定合适的细度。３．２．２混凝土绝热温升
应用粗磨水泥的最终目的是降低混凝土的绝热温升，提高混凝土的抗裂性。为考察粗磨水泥对混凝土绝热温升的降低效果，采用ＨＲ．２型混凝土热物理参数测定仪测定了３组混凝土的绝热温升（图１）。
图ｌ水泥细度对碾压混凝土绝热温升的降低效果
表５碾压混凝土配合比
注：粗骨料的比例为小石：巾石：大石＝３０：４０：３０。
表６水泥细度对混凝土性能的影响
注：混凝土的抗冻性（９０ｄ）均满足Ｉ．＇５０，抗渗性均满足大于Ｗ４的要求。
水利水电科技进展，２０１０．３０（２）Ｔｅｈ０２５—８３７８６３３５
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表７ＲＣＣ绝热温升实测值及最终温升预测值
接近；快速升温阶段，ＰＯ混凝土的温升速度明显快于Ｐ３０４和Ｐ３３６混凝土。以３
ｄ。７ｄ，１４
ｄ和２８ｄ等
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升值２跫冀母ｔ『予堂，，６．３℃，９．５℃和１１．８℃；Ｈ。蓄黍秭黼装蔷：恭．‘“““…。
［４］。矗矗ＰＢ，ＧＡｕ蒜；。ＪＡＳＯＮｐｍ删鹤０ｆ
８．６℃。由表７给出的拟合结果可知，与ＰＯ混凝土渊。州．ｂａｆ；ｅｄ啦ｔｅｒｉａｌｓＩ：硼Ｉ｜ｅｎｏｅ０ｆ。哪陀Ｉｌｔ‰…．Ｊ
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…曩：篇淼士抗裂性的影响Ｉ＂Ｊ
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［２］中国电力工程招标中心．四川省雅砻江官地水电站中
热硅酸盐水泥采购招标公告［ＥＢ／０Ｌ］・［２００８—０７—１４］・
Ｐ３３６混凝土分别降低了３．２℃，５．８℃，７．８℃，
４结语陆ｅａｒｃｈ，１９９９，２９：１６６３．１６７１．
目前，在工程实践中，为了提高混凝土的抗裂性，往往采取预冷骨料、冰水拌和、预埋冷却水管、外部保温等技术措施。这些措施有效可行，但其经济
［６］ＨＡ鼍Ｐ—Ｂ＇ｍｃ臀翟＿Ｂ’置舯掣ｃ．ｅｍｅｎ．ｔ眦皇ｄ她№一嘶龇ｋ
［７］钱文勋，张燕迟，蔡跃波，等．考虑内部温度历史的大坝
＝嚣薯兰当．’叫ｎａｌ
中国电力出版社，１９９９．．．
．。
善了混凝土的施工性能，提高了混凝土的抗裂性。在碾压混凝土中应用粗磨水泥是可行的技术措施。
［９］朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制［Ｍ］．北京：
…．．…。
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・简讯・
河海大学参建的苏通长江公路大桥获美国土木工程协会大奖
２０１０牟３月２６日举行的美国土木工程师协会２０１０年度颁奖大会上，苏通长江公路大桥（简称苏通大桥）从入围的５项重大工程中脱颖而出，获得２０１０年度土木工程杰出成就奖。这是苏通大桥继荣获国际桥梁大会乔治理查德森奖、江苏省科技进步一等奖后获得的又一大奖，也是中国工程项目首次获此殊荣。颁奖委员会认为，苏通大桥是全球首座超千米跨径斜拉桥，在线性优美和技术领先的同时，在施工和环保方面保持了完美的平衡，是对现代桥梁建设理念很好的诠释，对今后桥梁建设和管理都有极大的促进。
河海大学参与了苏通大桥的建设，并在江苏省、交通部于２００５年１０月召开的“苏通大桥科技创新工作会议”上。成为唯一囊括４种奖项的单位：学校被授予“苏通大桥科技创新工作先进单位”，索塔地基基础稳定
与安全监测专题组获评“苏通大桥科技创新工作先进班组”，陈志坚教授获评“苏通大桥科技创新工作先进个
人”，朱俊高教授等撰写的论文《苏通大桥主桥墩超长桩群桩基础的工作性能》获评“优秀论文”。
美国土木工程协会成立于１８５２年，所服务的会员有来自１５９个国家超过１３万的专业人员，是目前世界上最大、最有影响力的土木工程协会。该协会的土木工程杰出成就奖设立于１９６０年。用于表彰近期完成的在世界范围内对社会发展有重大贡献的土木工程项目及其团队领导人。
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水利水电科技进展，２０１０，３０（２）Ｔｄ：０２５—８３７８６３３５
（本刊编辑部供稿）
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