三峡工程混凝土技术

( 关于粉煤灰的论述相信是让大家惊奇的）

三峡工程混凝土技术

曹广晶
中国长江三峡工程开发总公司


摘要

三峡水利枢纽是目前世界上规模最大的混凝土建筑物,混凝土总量近2800万m3,除满足稳定性要求外，还需要满足泄洪、发电、航运等方面的特殊要求,具有结构复杂、施工强度高、技术标准高等特点。为保证混凝土质量,采取了若干新技术、新工艺。本文全面论述了三峡工程混凝土工程所采取的设计、施工及管理措施。
关键词 三峡工程 混凝土 新技术

1. 三峡工程概述

长江三峡水利枢纽是开发和治理长江的关键性骨干项目,具有防洪、发电、航运等巨大的综合效益。
三峡大坝坝址位于湖北省宜昌市境内。大坝控制流域面积100万km2，总库容393亿m3。枢纽主要由拦河大坝、水电站、通航建筑物等三大部分组成。大坝为混凝土重力坝，最大坝高181m。水电站为坝后式，安装有26台700 MW的水轮发电机组，总装机容量18,200 MW，年平均发电量84.7 TW·h。通航建筑物包括永久船闸和垂直升船机，永久船闸为双线五级连续梯级船闸，可通过万吨级船队；升船机为单线一级垂直提升式，一次可通过一艘3,000吨级的客货轮。
三峡工程采用分期导流方式，分三期进行施工，总工期需17年。第一期工程5年（1993～1997），以实现大江截流为标志；第二期工程6年（1998～2003），以实现首批机组投入运行和永久船闸开始通航为标志；第三期工程6年（2003～2009），以全部土建工程完工和全部机组投入运行为标志。工程自1993年开始施工准备，工程完全按照预定计划顺利实施，目前已进入二期工程收尾阶段。
主要工程量如下：土石方开挖10,283万m3；土石方填筑3,198万m3；混凝土2,794万m3；钢筋46.30万t；金属结构25.65万t。
2.三峡大坝混凝土的特点
2.1混凝土量巨大，施工强度极高。三峡工程混凝土总量近2800万m3，二期工程施工强度更为突出，1999、2000和2001年三年分别浇筑混凝土458万m3,548万m3和402万m3,连续三年远远超过原苏联古比雪夫电站创造的364万m3的世界纪录。
2.2结构复杂。三峡大坝不是普通实体挡水大坝,由于长江洪峰量大,加上分期导流要求,泄洪坝段共设三层泄洪孔口,使得坝体结构异常复杂, 而且导流底孔和为深孔的高速水流流速均达30m/s以上,体形要求和表面平整度要求极高，给施工以及质量控制带来极大难度。
2.3混凝土温控难度大。大坝混凝土属大体积混凝土,必须采取严格的温控措施,保证大坝不出现危害性裂缝。要严格控制混凝土内部最高温升、上下层温差、基础温差、混凝土内外温差。而且三峡地区夏季炎热,温控难度尤其大。
2.4耐久性要求特别高。这是由于三峡大坝的特殊重要性，大坝混凝土的抗冻性要求：内部混凝土D100、外部达到D250，抗渗要求内部要达到S8，外部要达到S10（10-9cm/s）。
2.5 有些特殊部位要求采用有特殊要求的混凝土。如蜗壳周围、钢管底部等不易浇筑的部位要采用高流态、自密实混凝土,围堰防渗墙采用能适应较大变形、弹模低的柔性混凝土。
3.混凝土配合比设计
三峡大坝混凝土是用大坝基坑和船闸开挖出来的新鲜岩石作骨料，岩性为闪云斜长花岗岩，这种岩石具有较高的抗压强度（100MPa以上），但是其拉压比小，骨料中含有较多的云母，破碎过程中容易产生隐性节理，而且易产生泌水。因此，给最大限度的减少水泥用量，优化配合比，尽可能减少水化热带来了极大的困难。另外，由于对混凝土质量要求中，又特别突出了耐久性问题，因此，在混凝土配合比设计中，各种技术指标相互制约，必须与温度控制要求矛盾进行全面平衡和优化，这是一个十分复杂的技术难题。为此做了大量的试验研究工作，所采取的主要措施有：
3.1 优选混凝土原材料，高掺优质粉煤灰
①主要选用525#中热水泥,并尽可能多掺粉煤灰。如坝内混凝土最大可掺量可达40%~45%，结构混凝土可掺20%。水泥熟料中的MgO含量控制在3.5~5%，使混凝土具有微膨胀性, 补偿混凝土降温阶段体积收缩,减少混凝土裂缝。
②采用I级粉煤灰，并坚持将Ⅰ级粉煤灰作为功能材料掺用。掺用Ⅰ级粉煤灰可取代部分水泥，而且由于Ⅰ级粉煤灰具有减水效果，可降低混凝土用水量，利用Ⅰ级粉煤灰的微珠效应，还可大大改善混凝土的和易性。Ⅰ级粉煤灰具体参数如下：细度(0.045mm方孔筛余量)≤12%,需水量比≤95%,烧失量≤5%,含水量≤1%.三氧化硫含量≤3%。
3.2 采用高效减水剂
为有效解决花岗岩人工骨料混凝土用水量高的难题，选用了与其他原材料有良好适应性，且减水率在18%以上、其他指标满足国标一等品的高效减水剂，这是降低混凝土用水量的一个非常重要的措施，为配制高性能大坝混凝土创造了条件。
3.3坚持在混凝土中全部掺引气剂。这是提高混凝土工作性、保证三峡大坝混凝土耐久性和使用寿命的重要措施。
另外为了防止发生碱骨料反应，严格限制原材料的碱含量和混凝土总碱量。限制中热水泥的碱含量小于0.6%；粉煤灰碱含量小于1.5%；混凝土总碱量小于2.5kg/m3。
在混凝土配合比的设计中，坚持采用缩小水胶比、并增加粉煤灰掺量的技术路线。水胶比是影响混凝土强度和耐久性的重要因素，水胶比越小，混凝土孔隙率越小，强度越高，耐久性越好。优化后的三峡坝体外部混凝土水胶比小于0.5，水位变化区＜0.45，内部混凝土不大于0.55，高速水流区小于0.35。
由于采用了多项技术措施，优选出的混凝土配合比使混凝土具有优越的性能。例如混凝土内部抗冻性可达D250以上、水变区可达D300以上。四级配混凝土用水量由原来的110kg/m3降至85kg/m3，同时降低了大体积混凝土的绝热温升和干缩，提高了抗裂性、体积稳定性和耐久性等，并使混凝土具有良好的施工和易性和经济性。在查知骨料种类的配合比中，以花岗岩作骨料的大坝混凝土最低用水量为100kg/m3。
三峡大坝混凝土采用90天龄期强度设计，其主要指标如表1。
表1 三峡工程大混凝土设计主要指标表
使用部位 设计标号 水灰(胶)比 最大骨料 （mm） 抗冻性 抗渗性 极限拉伸值 （10-4） 粉煤灰最大 掺量（%） 总碱含量控制（kg/m3）
大坝内部 R90150# 0.55 150 D100 S8 0.70～0.75 40-45 2.5
大坝基础 R90200# 0.50 150 D150 S10 0.80～0.85 35 2.5
大坝外部 R90200# 0.50 150 D250 S10 0.80～0.85 30 2.5