鹿永久，王瑞，王伟，李明，李磊

（1.中国长江三峡集团公司试验中心乌东德工程分中心，湖北 宜昌 443133；2.高性能土木工程材料国家重点实验室，江苏省建筑科学研究院有限公司，江苏 南京 210008；3.江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏 南京 211103）

0 引言

乌东德水电站位于金沙江干流下游四川省和云南省的界河上，右岸隶属云南省昆明市禄劝县，左岸隶属四川省凉山州会东县，是金沙江下游河段乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4座水电站中最上游的梯级电站。工程区属低纬度高原季风气候，主要特征是高温、干旱和少雨，降水量少，蒸发量大。工程主体大坝采用低热水泥和大掺量粉煤灰配制的四级配混凝土浇筑，胶材用量少、用水量低，坍落度较小。主体大坝施工方式为分层浇筑，每层浇筑完毕后覆盖保温棉被进行养护和保温，尽管施工中采取“喷雾”制造“微环境”和覆盖保温棉被等措施，由于夏季高温、大风，冬季低湿、大风，潜在的混凝土水分蒸发问题依然突出。尤其是分层浇筑过程中坯层覆盖间隔时间太长的情况下，混凝土硬化前水分蒸发量大导致“料头”和骨料表面变干等现象，会增加坯层之间界面作用力降低的风险。因此，加强乌东德大坝混凝土分层浇筑过程中的水分保持、减少混凝土塑性阶段表层的水分蒸发，对提高水电站混凝土大坝耐久性和结构安全具有重要的意义[1-4]。

混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂是一种新型外加剂，具有有效抑制混凝土水分蒸发，解决塑性混凝土因失水引起的表面结壳、塑性开裂等现象，提升混凝土的结构抗裂性、耐久性以及外观形貌等特点。该产品惰性、不具有反应活性，不会给混凝土带来引气和耐久性下降等问题[5-11]。在水工混凝土分层浇筑的条件下，不会对混凝土性能产生副作用，不存在安全隐患。研究显示，水分蒸发抑制剂具有降低二级配和三级配水工混凝土塑性阶段水分蒸发的作用，且对凝结时间、轴向抗压强度、劈裂抗拉强度和耐久性无负面影响[12]。但是对水工大坝使用量最大的四级配混凝土的影响未见报道。

鉴于此，本文利用乌东德水电站工程现场原材料，开展了水分蒸发抑制剂对不同间隔时间分层浇筑的四级配混凝土水分蒸发抑制率、抗压强度、劈裂抗拉强度及抗剪断强度的研究，为水分蒸发抑制剂在水电工程中的应用提供依据。

1 实验

1.1 原材料

（1）水泥：东川华新P·MH42.5水泥，物理力学性能见表1，水化热及化学成分见表2。

表1 水泥的物理力学性能

表2 水泥的水化热及化学成分

（2）粉煤灰：武汉沐青园的F类Ⅰ级粉煤灰，主要性能指标见表3。

表3 粉煤灰的主要性能指标

（3）细骨料：水电七局下白滩砂石加工系统生产的人工砂，细度模数2.84，表观密度2760 kg/m3。

（4）粗骨料：水电七局下白滩砂石加工系统生产的碎石，5～20 mm 小石、20～40 mm 中石、40～80 mm 大石和 80～120 mm特大石，表观密度分别为 2780、2790、2785、2780 kg/m3。

（5）减水剂：SBTJM-II萘磺酸盐甲醛缩合物高效减水剂，减水率为21%，江苏苏博特新材料股份有限公司生产。

（6）引气剂：GYQ（Ⅰ）混凝土引气剂，江苏苏博特新材料股份有限公司生产。

（7）水分蒸发抑制剂：Ereducer-101塑性混凝土高效水分蒸发抑制剂，江苏苏博特新材料股份有限公司生产，使用前与水按1∶4的质量比进行稀释。

1.2 混凝土配合比

混凝土采用C18035四级配配合比（见表4），坍落度按30～50 mm控制，引气剂掺量按混凝土含气量4.0%～5.0%控制，使用自落式搅拌机搅拌。

表4 四级配大坝混凝土配合比 kg/m3

1.3 高温实验环境

在独立的实验室通过4台强力吹风机和钨灯，控制温度为（38±2）℃、相对湿度为 40%、风速为（10±1）m/s。高温实验室现场见图1。

图1 高温实验室现场

1.4 实验步骤

1.4.1 混凝土水分蒸发抑制率

混凝土成型于150 mm×150 mm×150 mm模具中，成型后喷洒水分蒸发抑制剂稀释液，立刻放入高温实验室，测试2 h和4 h的水分蒸发抑制率；2次喷洒实验中，喷洒时间间隔为0.5 h，每次喷洒量均为（200±20）g/m2，每组测试 3 个试块并取平均值。水分蒸发抑制率试验按照JG/T 477—2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》的相关规定进行。

1.4.2 混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗剪断强度

混凝土搅拌后，成型于150 mm×150 mm×150 mm的模具中，第1层混凝土高度为75 mm，喷洒水分蒸发抑制剂稀释液后立刻放入高温实验室，喷洒量为（200±20）g/m2，一定间隔时间后从高温室取出，浇筑第2层混凝土，24 h后脱模，放入标养室进行养护，一定龄期后按照DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》的相关规定测试抗压强度、劈裂抗拉强度和抗剪断强度，测试时加载方向为平行于分层面，每组测试3块并取平均值。

2 结果与讨论

2.1 水分蒸发抑制率

根据JG/T 477—2015，在高温和大风实验室内开展了水分蒸发抑制率试验，测试了1∶4稀释液喷洒1次和2次的水分蒸发抑制率，结果如表5所示。

表5 四级配混凝土的水分蒸发抑制率

由表5可见，在高温大风环境下，以1∶4稀释的水分蒸发抑制剂具有显著的减少四级配混凝土水分蒸发的作用。喷洒1次时，2 h和4 h水分蒸发抑制率分别为51.1%和33.6%；喷洒2次时，水分蒸发抑制率有明显的增大，2 h和4 h水分蒸发抑制率分别为62.3%和42.5%。

2.2 抗压强度

依据DL/T 5150—2001，不同分层间隔时间的四级配大坝混凝土28 d和180 d抗压强度如表6所示。实际工程浇筑中，坯层施工时的覆盖间隔时间一般不超过3 h，为突出极端情况作为对比，本实验设计了0 h、3 h和6 h的分层间隔时间。

表6 不同分层间隔时间的四级配混凝土抗压强度

表6结果表明：（1）随着分层间隔时间的延长，基准混凝土的抗压强度逐渐降低，28 d抗压强度由25.9 MPa分别下降至23.4、17.5 MPa，180 d抗压强度由46.1 MPa分别下降至41.8、34.1 MPa，这主要是由于分层情况下，水分蒸发过多导致在层间形成薄弱面，造成抗压强度下降；（2）相比于基准混凝土，喷洒水分蒸发抑制剂的混凝土在不同的分层间隔时间下总体上对混凝土的强度无负面影响，甚至有所提高，主要原因在于水分蒸发抑制剂具有减少水分蒸发避免分层界面干燥的作用。

2.3 劈裂抗拉强度

依据DL/T 5150—2001，不同分层间隔时间的四级配大坝混凝土28 d和180 d劈裂抗拉强度如表7所示。

表7 不同分层间隔时间四级配混凝土的劈裂抗拉强度

由表7可见：（1）与抗压强度结果类似，由于水分蒸发导致层间出现薄弱，造成劈裂抗拉强度下降，随着分层间隔时间的延长，基准混凝土28d和180d劈裂抗拉强度逐渐降低，28d劈裂抗拉强度由1.36 MPa分别下降至1.05、1.04 MPa，180 d劈裂抗拉强度由3.25 MPa分别下降至2.89、2.43 MPa；（2）相同分层间隔时间情况下，与基准混凝土相比，喷洒水分蒸发抑制剂对劈裂抗拉强度无负面影响，甚至还有提升，意味着水分蒸发抑制剂有助于改善分层浇筑时层间因水分蒸发导致的劈裂抗拉强度的降低。

2.4 抗剪断强度

依据 DL/T 5150—2001，依次施加 3.0、2.5、2.0、1.5 和 1.0 MPa的法向应力并计算获得相应的剪应力，计算得到相应的抗剪参数。不同分层间隔时间的四级配大坝混凝土180 d抗剪断强度参数如表8所示。

表8 不同分层条件下大坝混凝土的抗剪断强度参数

由表8可见：（1）总体上，随着分层间隔时间的延长，混凝土内摩擦角基本接近（45±3）°，黏聚力逐渐降低，原因同样是水分蒸发导致在层间结合面薄弱，造成抗剪断强度下降；（2）相同分层条件下的对比中，0 h分层时内摩擦角和黏聚力基本一致，基准混凝土内摩擦角为47.57°，黏聚力为4.14 MPa，喷洒水分蒸发抑制剂的混凝土内摩擦角为47.73°，黏聚力为4.21 MPa；3 h和6 h分层条件下，二者的内黏聚力比较接近（<5%），喷洒水分蒸发抑制剂后的内摩擦角基本接近（45±3）°。结果表明，水分蒸发抑制剂对大坝混凝土的劈裂抗剪强度无影响。

3 结论

（1）在高温大风环境下，以1∶4稀释的水分蒸发抑制剂具有显著的减少乌东德大坝四级配混凝土水分蒸发的效果，2 h水分蒸发抑制率可达62.3%。

（2）随着分层浇筑间隔时间的延长，乌东德大坝四级配混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度逐渐降低，喷洒水分蒸发抑制剂对抗压强度和劈裂抗拉强度无负面影响，由于其水分蒸发抑制作用，强度甚至表现出一定程度的提升。

（3）相同分层浇筑时间间隔条件下，喷洒水分蒸发抑制剂对四级配大坝混凝土抗剪断强度无影响。