2.3 面板混凝土配合比及基本性能
混凝土拌和用的是成都自来水。面板混凝土粗骨料采用的是二级配石英砂岩。试验采用0.35、0.40和0.45三个水胶比，掺宣威Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰、ZB-1A高效减水剂和AEA202引气剂，混凝土坍落度控制在5～7cm，含气量控制在3%～5%范围内进行面板混凝土配合比及基本性能试验。
2.3.1 不同水泥品种对面板混凝土的基本性能的影响
由于普通硅酸盐水泥的性能主要取决于水泥熟料，混合材掺量较少，并且只起辅助作用，因此普通硅酸盐水泥水化热较大，抗硫酸盐侵蚀差。水工混凝土中所用的中热硅酸盐水泥，其放热高峰一般在水化7h左右，而且放热速率约为硅酸盐水泥的60%；另外，由于中热水泥熟料中含相对较低的C3 S和C3 A，因而中热水泥还具有抗硫酸盐性能强、干缩低、耐磨性好等优点，这对面板混凝土早期抗裂大有益处。鉴于上述几点原因，采用峨胜P·O 42.5和峨胜P·MH 42.5两种水泥对比进行试验，其结果列于表2.18和表2.19。
表2.18 不同水泥品种面板混凝土拌和物性能
表2.19 不同水泥品种面板混凝土性能
从表2.18不同水泥品种拌和物性能试验结果看：对于宣威Ⅱ级粉煤灰而言，在混凝土保持一致的条件下，同水胶比、相同砂率时，峨胜普硅水泥比峨胜中热水泥混凝土用水量多2～4kg/m3。
从表2.19可以看出以下几点：
（1）当水胶比为0.40时，掺10%、20%Ⅱ级粉煤灰面板混凝土抗压强度关系见图2.16和图2.17。从试验结果看，同条件下面板混凝土7d抗压强度峨胜普硅比峨胜中热水泥略高；28d抗压强度则是中热比普硅水泥混凝土略高。
（2）极限拉伸值是指轴心拉伸时混凝土断裂前最大拉伸应变值。混凝土抗拉强度及极限拉伸对面板防裂有着极其重要的作用。一般来讲，在其他条件相同的情况下，混凝土的极限拉伸值越大，其抗裂性能越强。同条件下水泥用量小者则抗裂性能较优。从试验结果来看，峨胜中热水泥面板混凝土极限拉伸值高于峨胜普硅水泥面板混凝土；而且同水胶比条件下，峨胜中热水泥面板混凝土单位用水量小于峨胜普硅水泥面板混凝土，其每立方米水泥用量相应地比峨胜普硅水泥面板混凝土少2～11kg，因此峨胜普硅水泥抗裂能力逊于峨胜中热水泥。
图2.16 不同水泥品种混凝土抗压强度关系（掺10%Ⅱ级粉煤灰）
图2.17 不同水泥品种混凝土抗压强度关系（掺20%Ⅱ级粉煤灰）
（3）从面板混凝土耐久性能来看，两种水泥混凝土抗渗、抗冻等级相当。
干燥收缩是由于混凝土失去水分时产生的收缩。在干燥收缩中，混凝土干燥收缩变形越大，产生的内应力也就越大，对混凝土的抗裂性越不利。因此单位用水量大、需水量大的水泥则混凝土干缩大。从表2.20和图2.18可以看出，在同等条件下，峨胜普硅较峨胜中热水泥混凝土干燥收缩变形大，抗裂性相对较差。
表2.20 不同水泥品种面板混凝土干缩率 10-6
混凝土的骨料品种对线膨胀系数起主要作用。在大坝温控设计中，线膨胀系数对温度应力起决定性影响，是重要的设计参数。从表2.21看，同条件下峨胜普硅和峨胜中热水泥混凝土线胀系数比较接近。
表2.21 面板混凝土线膨胀系数
图2.18 不同水泥品种面板混凝土干缩曲线
从表2.22和图2.19不同水泥品种面板混凝土自生体积变形试验结果看，峨胜中热水泥面板混凝土自生体积呈膨胀状态，峨胜普硅水泥面板混凝土则是呈现收缩变形，从这一点来讲，用峨胜中热水泥更能有效地抑制面板混凝土早期开裂。
表2.22 面板混凝土自生体积变形 10-6
图2.19 面板混凝土自生体积变形曲线
2.3.2 不同粉煤灰等级对面板混凝土的基本性能的影响
试验选用宣威Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰进行面板混凝土基本性能试验，试验结果见表2.23～表2.26。从试验结果看，对于宣威Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰而言，同水胶比、相同砂率时，Ⅰ级灰比Ⅱ级灰混凝土用水量少5～8kg/m3。
表2.23 不同粉煤灰等级面板混凝土拌和物性能（峨胜普硅）
表2.24 不同粉煤灰等级面板混凝土拌和物性能（峨胜中热）
表2.25 不同粉煤灰等级面板混凝土性能（峨胜普硅）
表2.26 不同粉煤灰等级面板混凝土性能（峨胜中热）
图2.20、图2.21分别列出了水胶比为0.45，掺20%宣威Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰面板混凝土抗压强度关系柱形图。从表2.24、表2.25和图2.20、图2.21看，同条件下宣威Ⅰ级灰比宣威Ⅱ级灰高1.4%～10.8%，从耐久性能来看，宣威Ⅰ级灰比宣威Ⅱ级灰抗渗、抗冻等级略有提高。
图2.20 不同粉煤灰等级混凝土抗压强度关系（峨胜普硅）
图2.21 不同粉煤灰等级混凝土抗压强度关系（峨胜中热）
从表2.25、表2.26试验可以看出，同条件下宣威Ⅰ级灰比Ⅱ级灰混凝土轴拉强度高1%～5%、极限拉伸值也相应地大2.0%～4.5%，抗裂效果相对好一些。
不同粉煤灰等级面板混凝土干缩试验结果列于表2.27和图2.22，同条件下宣威Ⅰ级灰比宣威Ⅱ级灰混凝土干缩值低，从这一点来讲，宣威Ⅰ级灰比宣威Ⅱ级灰能更好地抑制面板混凝土早期抗裂。
表2.27 不同粉煤灰等级面板混凝土干缩 10-6
对于峨胜普硅而言，当水胶比为0.45时不同粉煤灰等级面板混凝土自生体积变形试验结果列于表2.28和图2.23，从试验结果可以看出，宣威Ⅰ级灰比宣威Ⅱ级灰面板混凝土变形小，抗裂效果稍占优。
表2.28 不同粉煤灰等级面板混凝土自生体积变形 10-6
图2.22 不同粉煤灰等级面板混凝土干缩曲线
图2.23 不同粉煤灰等级面板混凝土自生体积变形
2.3.3 合成纤维对面板混凝土基本性能的影响
在混凝土中掺入部分合成纤维，使得混凝土中拥有大量乱象分布的合成纤维，可以有效地防止面板混凝土的早期开裂。合成纤维加入面板混凝土中，可以改善面板混凝土的品质，减少面板混凝土的缺陷，增强混凝土的韧性、抗冲击以及耐久性能。
混凝土中合成纤维的掺量为0.9kg/m3。投料顺序是先将粗骨料加入强制搅拌机中，其次加入合成纤维，然后加入水泥和粉煤灰等，最后加入细骨料先干拌30～60s，再将拌和用水加入搅拌机中搅拌2.5～3min后倒出。从混凝土拌和物看，合成纤维均匀地分布在混凝土之中，没有发现合成纤维成团现象。
1.聚丙烯纤维对面板混凝土基本性能的影响
掺与不掺聚丙烯纤维面板混凝土拌和物性能试验结果列于表2.29、表2.30，由于合成纤维的表面积较大，要吸附水，因此在保持混凝土和易性一致条件下，加入聚丙烯纤维后混凝土用水量比不掺纤维混凝土用水量多6～10kg/m3，且引气剂掺量少于不掺聚丙烯纤维混凝土。
表2.29 不掺纤维的面板混凝土拌和物性能
表2.30 掺聚丙烯纤维的混凝土拌和物性能
注 聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3。
从图2.24、图2.25和表2.31、表2.32（峨胜普硅水泥）结果可以看出，同条件下对于宣威Ⅱ级灰，掺聚丙烯纤维与不掺纤维相比，其面板混凝土抗压强度提高1%～9%。同样对于宣威Ⅰ级灰而言，掺聚丙烯纤维与不掺纤维混凝土抗压强度提高2%～4%。
表2.31 不掺纤维的面板混凝土性能
表2.32 掺聚丙烯纤维的面板混凝土性能（峨胜普硅水泥）
对于宣威Ⅱ级灰而言，掺0.9kg/m3的聚丙烯纤维后，同条件下面板混凝土轴拉强度与不掺聚丙烯纤维相比提高1.2%～4.5%，其极限拉伸值相应地提高4%～7%。同样，宣威Ⅰ级灰面板混凝土轴拉强度则提高2.5%左右，其极限拉伸值则提高5%～7%。
从耐久性能可以来看，掺0.9kg/m3的聚丙烯纤维后的面板混凝土的抗渗、抗冻等级略有提高。
当水胶比为0.45、掺20%Ⅰ级粉煤灰，面板混凝土干缩试验结果列于表2.33，其关系曲线如图2.26。从表2.31和图2.27看，掺聚丙烯纤维后面板混凝土的干缩值比不掺纤维混凝土小，特别是在峨胜中热水泥中复掺聚丙烯纤维后面板混凝土前7d干缩值小52.7%，说明在峨胜中热水泥面板混凝土中掺聚丙烯纤维抑制面板早期开裂效果更好。
图2.24 聚丙烯纤维混凝土抗压强度关系曲线（Ⅱ级灰）
图2.25 聚丙烯纤维混凝土抗压强度关系曲线（Ⅰ级灰）
表2.33 面板混凝土干缩变形
图2.26 面板混凝土干缩曲线
2.聚丙烯腈纤维对面板混凝土基本性能的影响
在2.3.1、2.3.2节基础上复掺聚丙烯腈纤维，掺与不掺聚丙烯腈纤维面板混凝土拌和物性能试验结果列于表2.34、表2.35.在面板混凝土拌和物性能保持一致的条件下，掺聚丙烯腈纤维混凝土用水量比不掺纤维混凝土多8～10kg/m3。
表2.34 不掺纤维的面板混凝土拌和物性能
表2.35 掺聚丙烯腈纤维的混凝土拌和物性能
注 聚丙烯腈纤维掺量为0.9kg/m3。
当水胶比为0.30时，图2.27（峨胜普硅水泥）、图2.28（峨胜中热水泥）分别列出了聚丙烯腈纤维面板混凝土抗压关系曲线。从表2.34、表2.35试验结果和关系曲线可以看出，同条件下对于宣威Ⅱ级灰而言：掺聚丙烯腈纤维混凝土抗压强度比不掺纤维混凝土抗压强度高1.9%～8.0%。同条件下对于宣威Ⅰ级灰而言，掺聚丙烯腈纤维比不掺纤维混凝土抗压强度高0.8%～4.7%。
图2.27 聚丙烯腈纤维混凝土抗压强度关系曲线（峨胜普硅水泥）
图2.28 聚丙烯腈纤维混凝土抗压强度关系曲线（峨胜中热水泥）
对于宣威Ⅱ级灰而言，掺0.9kg/m3的聚丙烯腈纤维后，同条件下面板混凝土轴拉强度与不掺聚丙烯纤维相比提高1.2%～6.7%，其极限拉伸值相应地提高7%～13%。同理，宣威Ⅰ级灰面板混凝土轴拉强度则提高2.9%～4.0%，其极限拉伸值则提高3.8%～7.0%。从耐久性能可以来看，0.9kg/m3的掺聚丙烯纤维后面板混凝土的抗渗、抗冻等级略有提高（表2.36和表2.37）。
表2.36 不掺纤维的面板混凝土性能
续表
表2.37 掺聚丙烯腈纤维面板混凝土性能（峨胜普硅水泥）
续表
掺聚丙烯腈纤维面板混凝土干缩试验结果列于表2.38，掺20%宣威Ⅱ级灰时聚丙烯腈纤维面板混凝土干缩曲线见图2.29。从试验结果来看，对于宣威Ⅱ级灰而言，与不掺纤维相比，同等条件下掺聚丙烯腈纤维面板混凝土前7d干缩值低25.8%～80%；同样对于宣威Ⅰ级灰而言，同等条件下掺聚丙烯腈纤维面板混凝土前7d干缩值低1.3%～37%，表明掺聚丙烯腈纤维能够有效抑制面板混凝土早期开裂。
表2.38 面板混凝土干缩变形
图2.29 聚丙烯腈纤维面板混凝土干缩曲线
3.聚丙烯与聚丙烯腈纤维面板混凝土基本性能的差异
聚丙烯和聚丙烯腈纤维面板混凝土拌和物性能试验结果列于表2.39和表2.40。从试验结果看，在混凝土拌和物保持一致条件下，掺聚丙烯腈纤维面板混凝土用水量比掺聚丙烯纤维面板混凝土多2kg/m3。
表2.39 掺聚丙烯纤维的混凝土拌和物性能
续表
表2.40 掺聚丙烯腈纤维的混凝土拌和物性能
续表
掺聚丙烯和聚丙烯腈纤维的面板混凝土性能试验结果列于表2.41～表2.44。从图2.30（水胶比为0.35、掺20%Ⅱ级灰、采用峨胜普硅水泥）、图2.31（水胶比为0.35、掺20%Ⅱ级灰、采用峨胜中热水泥）柱形关系看，两种掺纤维的面板混凝土的抗压强度差距不大。
表2.41 掺聚丙烯纤维的面板混凝土性能（峨胜普硅水泥）
表2.42 掺聚丙烯纤维面板混凝土性能（峨胜中热水泥）
表2.43 掺聚丙烯腈纤维的面板混凝土性能（峨胜普硅水泥）
表2.44 掺聚丙烯腈纤维的面板混凝土性能（峨胜中热水泥）
图2.30 面板混凝土抗压强度关系（采用峨胜普硅水泥）
图2.31 面板混凝土抗压强度关系（采用峨胜中热水泥）
从面板混凝土轴拉强度看，掺聚丙烯纤维和掺聚丙烯腈纤维的面板混凝土没有太大差异，但掺聚丙烯腈的面板混凝土极限拉伸值略高一些。
从混凝土弹性模量看，掺聚丙烯腈纤维比掺聚丙烯纤维的面板混凝土弹模略高或相当。从混凝土耐久性能来看，掺聚丙烯和掺聚丙烯腈纤维的面板混凝土抗渗、抗冻等级相当。
当水胶比为0.45、掺20%Ⅱ级粉煤灰，采用峨胜中热水泥时聚丙烯和聚丙烯腈纤维面板混凝土自生体积变形试验结果列于表2.45，其关系曲线见图2.32。从试验结果看，前7d掺聚丙烯腈纤维比掺聚丙烯纤维的面板混凝土自生体积变形值大，且都呈微膨胀状态，对这一点而言聚丙烯腈纤维抗裂效果相对较好。
表2.45 面板混凝土自生体积变形
图2.32 混凝土自生体积变形曲线
2.3.4 结论
通过对不同水泥品种、粉煤灰等级及合成纤维等不同原材料进行面板混凝土配合比及基本性能试验研究，从中可以得出以下结论：
峨胜中热比峨胜普硅水泥混凝土早期强度低，后期强度相当或略有提高；同等条件下轴拉强度和极限拉伸值也相应地要高；峨胜中热水泥面板混凝土自生体积变形出现微膨胀，而峨胜普硅面板混凝土呈收缩状态，建议采用峨胜中热水泥对抑制面板混凝土早期开裂效果更好。
宣威Ⅰ级粉煤灰比宣威Ⅱ级粉煤灰混凝土抗压、劈拉强度和极限拉伸强度高、极限拉伸值大，耐久性能略高，干缩值低，阻裂效果要好，在条件允许的情况下优先采用Ⅰ级粉煤灰。
掺纤维与不掺纤维面板混凝土抗渗等级、抗冻次数高，耐久性能相对较好。而且掺纤维能够有效地降低面板混凝土早期干缩变形，防止面板混凝土早期开裂，从而提高面板混凝土耐久性能，建议在面板混凝土中复掺合成纤维。
掺聚丙烯和聚丙烯腈纤维面板混凝土单位用水量、力学及耐久性能和混凝土自生体积变形等没有太大的差异。