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大坝混凝土材料的研究进展 陈改新 中国水利水电科学研究院结构材料研究所，北京，100038 摘要：介绍中国水科院近年来在大坝混凝土材料应用基础研究和工程应用研究方面取得的成 果。主要内容有，大坝混凝土高性能化的趋势和特点，贝利特水泥、多元胶凝粉体、石灰石 粉、火山灰用作大坝混凝土胶凝材料的研究，大坝混凝土耐久性（碱骨料反应膨胀、抗冻耐 久性）的研究等。 关键词：大坝混凝土，贝利特水泥，石灰石粉，火山灰，碱骨料反应，抗冻耐久性 充分利用坝址区混凝土原材料资源，运用材料科学新技术实现大坝混凝土的高性能，一 直是大坝混凝土材料研究的重点方向。从上世纪 70 年代的 100m 级混凝土坝到 80 年代以后 的200m 级混凝土坝，我国大坝混凝土材料技术取得了快速发展，混凝土水胶比降到 0.6 以 下，用水量降到 100kg 以内，普遍掺用Ⅱ级粉煤灰和减水剂。进入90 年代，二滩、三峡工 程的兴建进一步提升了大坝混凝土的技术水平，“中热水泥高掺优质粉煤灰、高效减水剂与 引气剂联掺、低水胶比低坍落度、突出耐久性与抗裂性要求”等的配合比优化设计理念被广 泛接受和采纳，目前在建的几座 300m 级高拱坝的混凝土材料设计基本上沿用了三峡工程大 坝混凝土的技术路线。进入二十一世纪，在我国的西南、西北、新疆、西藏还有许多水电站 有待建设。这些地区地质条件复杂、气候环境恶劣、原材料供给相对困难，修建混凝土坝将 会遇到更多技术难题和挑战。为保持我国水电资源的可持续开发利用，需要调动全行业技术 力量，相互协作，依靠新思维和新技术攻克难关，实现跨越。中国水科院结构材料研究所近 年来在大坝混凝土材料研究和工程应用方面获得的新认识和成果或能起到抛砖引玉的作 用，对我国混凝土坝的设计和施工有所启发和裨益。 1. 高贝利特水泥（HBC）配制大坝混凝土的研究 降低混凝土水化热温升，提高施工期混凝土抗裂性一直是大坝混凝土研究的重点。 我国高混凝土坝的设计与施工技术越过了 200m级，进入了 300m级时代。高拱坝混凝土的 设计强度等级已提高到C18040,水胶比降低到 0.40 以下，水泥用量大幅增加，绝热温升达 到 30℃以上，给高拱坝混凝土温控防裂造成很大困难，用高贝利特水泥（HBC）配制大 坝混凝土能缓解大坝混凝土高强度与温控防裂之间的矛盾。 硅酸盐水泥主要矿物组成为C S、C S、C A、C AF，其中C S又称贝利特（Belite），高 3 2 3 4 2 贝利特水泥指矿物组成中C2S含量大于 40%的硅酸盐水泥,商品名“低热硅酸盐水泥”。表 1 比较了I型硅酸盐水泥PC、中热硅酸盐水泥MHC、高贝利特水泥HBC的化学成分、矿物构 成和水化热。由表 1 可以看出，三种水泥的化学成分相差不大，但矿物构成中C S、C S 3 2 和C A 的含量相差较大。HBC的高C S、低C S、低C A 决定了其低水化热和平缓的水化放热 3 3 3 3 的特性。 表 1 HBC、PC 、MHC 的化学成分、矿物组成和水化热 水泥 化学成分/% 矿物构成 / % 水化热 KJ/kg 品种 SiO Al O Fe O CaO MgO SO R O C S C S C A C AF 3d 7d 2 2 3 2 3 3 2 3 2 3 4 HBC 23.06 4.59 4.57 59.88 1.39 3.12 0.54 20.65 50.53 4.44 13.89 196 234 PC 22.66 5.31 3.29 65.75 1.21 - - 55.10 23.40 8.50 15.80 - - MHC 21.22 4.68 4.13 62.95 3.95 1.06 0.62 53.50 21.64