张建峰,李 斌

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

1 引言

关于混凝土自生体积变形的规范，中国目前的混凝土规范仅列出试验方法，对于试验后获得的自生体积变形结果是否满足要求没有明文规定。目前比较简单的表述方式是将混凝土自生体积变形的结果按照线膨胀系数的关系换算成温度影响，以便于更加形象地理解体积变形对于混凝土的影响。中国规范的试验方法提出室内试验及现场试验方法，室内试验要求的设备要求采用差动式电阻应变计。工程现场根据设计要求埋设的应变计则一般为弦式应变计。国内大型水利项目对于原材料优选有比较成熟的经验，在工程开工前若干年开展混凝土原材料优选试验，这样做避免了因为混凝土原材料选择导致的混凝土开裂风险。但是目前阶段随着国际水利水电工程项目越来越多，所在国经济发展程度不同，很多项目所需原材料质量水平参差不齐，非常容易导致因为原材料选择不当而出现的混凝土开裂风险。针对这种情况，有必要在工程开工前期开展一系列的原材料选择试验，以保证混凝土的体积稳定性，为混凝土施工过程中的温控防裂提供依据。

2 工程概况

某水利水电项目地处非洲大陆，当地经济发展水平较为落后，大型工程较少，对于混凝土原材料的研究处于初始阶段，各种技术手段仍然比较落后。该项目在开工初期，当采用项目现场原材料浇筑混凝土后，拆模4 d左右出现贯穿性裂缝。从裂缝形态及出现时间的情况看，该裂缝为典型的温度裂缝。但是当采取了一系列的温控措施后，28 d内混凝土未出现裂缝，到了2个月后，混凝土仍然陆续出现了贯穿性裂缝。经过专家组对于原材料及配合比的各项试验结果的详细分析，发现该项目混凝土自生体积变形收缩较大，90 d龄期收缩超过100微应变[1]。最终，专家组统一意见，判断该裂缝是由于混凝土温度应力与自生体积变形收缩叠加导致，其中自生体积变形收缩的影响较大。针对这个问题，通过一系列的试验设计，将现场原材料与国内大型项目进行一一比对，得出影响混凝土自生体积变形的主要因素，为下一步解决混凝土裂缝问题提供重要依据[2]。

3 原材料情况

3.1 水泥

本次试验主要考虑项目所在地的2个厂家的水泥坎姆帕拉硅酸盐水泥及黑玛火山灰水泥，这2个厂家的水泥熟料为典型的硅酸盐水泥熟料，C3A含量接近8%。同时选择国内对比用水泥采用在国内大型电站工程经验丰富的华新水泥厂生产的华新低热42.5水泥[3]，3种水泥的物理化学性能指标见表1和表2。

3.2 粉煤灰

本试验主要考虑项目使用的若娅F类粉煤灰，该粉煤灰各项指标能够达到国内1级粉煤灰的标准[4]。国内对比用粉煤灰采用元亨1级粉煤灰。两种粉煤灰的物理化学性能指标见表3和表4。

3.3 外加剂

本试验主要考虑项目使用的克瑞斯聚羧酸减水剂以及巴斯夫聚羧酸减水剂，该减水剂减水率均能够达到25%以上，能够有效降低混凝土胶凝材料用量[5]。国内对比用外加剂采用在国内大型电站工程经验丰富的四川育才GK系列萘系减水剂，减水率大约20%。各厂家减水剂的性能检测结果见表5。

表1 水泥物理性能试验结果

表2 水泥化学成分试验结果

表3 粉煤灰物理性能试验结果

表4 粉煤灰化学性能试验结果

表5 减水剂各项性能检测结果

3.4 骨料

本试验主要考虑项目使用的花岗片麻岩及角闪岩破碎的人工砂石骨料，该骨料采用水洗法生产，产品要求满足美国标准ASTM C33混凝土用骨料标准[6]。对比用骨料采用在国内大型电站工程使用较多的灰岩人工砂石骨料，其中小于0.15 mm颗粒含量稍偏高，其他各项指标均满足ASTM C33混凝土用骨料标准要求。试验用粗细骨料的各项性能检测结果见表6及表7。

4 试验设计

为方便开展混凝土自生体积变形试验结果分析，试验设计主要参照以下原则进行。

(1) 采用现场原材料混凝土作为基准混凝土。

(2) 采用北京基康弦式应变计进行试验，试验方法参照DL/T5150水工混凝土试验规程中混凝土自生体积变形试验方法进行。

表6 细骨料筛分及其它检测结果

表7 粗骨料检测结果

(3) 采用国内质量水平优秀的大型水电站项目所用原材料作为比对对象，该原材料有足够的试验数据证明自生体积变形为微收缩或微膨胀。

(4) 比对试验过程中，各组试验选择的混凝土配合比需要保证强度等级基本相同，工作性能基本相同。

(5) 为方便比对，每次比对试验仅更换基准混凝土中一种原材料，并且对于粉煤灰掺量0%，25%及50%的三种工况另外进行了对比试验(表8)。

5 结果分析

混凝土浇筑试件后，需要注意混凝土内部温度的稳定性，最好拌合时采用加冰处理，成型后放置恒温水中，防止因为成型后混凝土温度升高温度变化导致变形基准值不稳定。同时，混凝土成型后的24 h定时测定变形，一般情况下选择浇筑24 h的变形值作为试验的基准值。试验开始后每天测试变形值，14 h后按照每周1～2次检测，半年后每月检测1次。检测结果以天数为横坐标绘制自生体积变形-龄期关系曲线，曲线宜按照对数坐标为横坐标绘制，方便对数据进行分析(表9)。

从完成的10组混凝土自生体积变形的试验结果分析，可以得出以下结论。

(1)1～7 d龄期混凝土变形曲线比较几种，除国内原材料基准试验结果呈现膨胀趋势外，其他结果集中在0～-13个微应变之间，可以看出如果混凝土在7 d内开裂，则应该排除混凝土自生体积变形的因素；

(2)从7～28 d龄期混凝土变形曲线来看，各组试验结果开始拉开明显的差距，其中系列2/3收缩较小并呈现膨胀趋势，系列4/5/6收缩中等，系列1/7/8/9/10收缩较大。其中系列7采用黑玛水泥的28 d最大收缩为53个微应变，相当于混凝土温度降低6 ℃导致的变形值。如果混凝土在这个阶段出现贯穿性裂缝，则需要考虑混凝土自生体积变形收缩较大应该是比较显著的因素。

(3)从28～90 d的变形曲线看，各组数据继续延续7～28 d的趋势，其中系列7最大收缩达到-144微应变，相当于混凝土温度降低17 ℃导致的变形值。对于采用该种原材料浇筑的混凝土，如果该阶段混凝土出现贯穿性裂缝，需要考虑混凝土自生体积变形为主要原因。

(4)90～270 d变形曲线分析，各组试验混凝土自生体积变形趋于稳定，呈现3组区别明显的试验结果，其中系列2/3呈现微膨胀或微收缩，系列4/5/6呈现中等收缩，系列1/7/8/9/10呈现较大收缩(图1)。

通过与基准混凝土的比对，可以分析得出以下结论。

(1) 项目基准配合比更换华新低热水泥后，混凝土自生体积变形收缩值从(-148.2微应变)降低到(-72～-91微应变)，收缩值为基准值的49%～61%，效果非常明显，说明水泥是影响项目混凝土自生体积变形的主要原因。

(2) 项目基准配合比更改元亨粉煤灰后，混凝土自生体积变形收缩值从(-148.2微应变)降低到(-89微应变)，收缩值为基准值的60%，说明项目采用的粉煤灰是影响混凝土自生体积变形另外一个主要原因。

表8 试验用混凝土配合比

表9 不同原材料混凝土自生体积变形结果(单位10×10-6 mm)

图1 不同试验参数混凝土自生体积变形试验结果-龄期关系

图2 不同原材料对混凝土自生体积变形影响程度-时间关系

表10 各试验结果与项目基准配合比结果变形差值(单位10×10-6 mm)

(3) 从系列3/5/6结果看，华新水泥掺加0%，25%及50%粉煤灰时，混凝土自生体积变形值分别为+6.3，-72及-91微应变，差别非常大，这也从侧面验证了掺加若娅粉煤灰会导致混凝土自生体积变形明显收缩。

(4) 在基准混凝土更换成灰岩骨料后，混凝土自生体积变形收缩值从(-148.2微应变)降低到(-132.8微应变)，收缩值为基准值的10%，说明灰岩骨料对于降低混凝土自生体积变形收缩影响较小，同时在进行对不同外加剂比对试验中可以得出，外加剂对于混凝土自生体积变形基本上无影响。

(5) 当采用国内华新低热水泥，元亨1级粉煤灰及灰岩骨料拌合混凝土时，相当于集中了所有的有利条件进行的试拌试验，该试验结果显示混凝土硬化后体积稳定性非常好，720 d后自生体积变形结果仍然没有明显收缩，考虑水泥，粉煤灰及骨料对于基准混凝土自生体积变形的影响数值大小，进一步验证了试验结论的准确性。

通过对各项试验结果对分析，基本上可以得出本项目混凝土原材料对于自生体积变形对影响优先顺序如下：水泥>粉煤灰>>骨料>外加剂。

6 结论

(1) 大型工程开工前期建议开展原材料对比试验，在条件允许的情况下，选择自生体积变形收缩小的原材料对于混凝土温控防裂工作有很大帮助。

(2) 当混凝土自生体积变形较大时，可以开展单个项目的对比试验，选择有成熟工程经验的自生体积变形无收缩的混凝土原材料作为基准，方便快速确定影响自生体积变形的主要因素。

(3) 本次试验过程中，混凝土28 d龄期时自生体积变形趋势已经比较明显，100 d时变形基本稳定，可以作为初步判定试验结果的依据。

(4)在基岩面浇筑混凝土时应该尤其注意选择自生体积稳定的原材料拌制混凝土，同时混凝土温控工作也尤为重要。