（1）试验用砂石骨料取自万家寨水利枢纽人工骨料开采料场——辛庄窝料场，岩性为灰岩、白云质灰岩。骨料加工工艺流程模拟工程的实际生产情况，经检测砂石骨料的物理性能满足水工混凝土的技术要求。
（2）由于本工程地处严寒地区，抗冻标号要求较高，必须采取减水剂与引气剂复合掺用措施。通过对木钙（木质素）、Rc-1（糖蜜类）、DH4A（萘系）等3 种减水剂和AE、PC-2两种引气剂比较试验，清水河低热微膨胀水泥混凝土宜选择木钙减水剂和AE 引气剂复合掺用。
（3）试验选择7 种配合比进行混凝土强度、抗裂性能及耐久性试验。试验结果见表7-28和表7-29。
表7-28 清水河低热微膨胀水泥混凝土强度及抗裂性能试验结果
注 本表摘自天津水利水电勘测设计研究院1-02 专题报告，1997。
表7-29 清水河低热微膨胀水泥混凝土抗冻、抗渗试验结果
注 1.当动弹模下降至60%或重量损失达5.0%时冻融次数为抗冻标号；
2.本表摘自天津水利水电勘测设计研究院1-02 专题报告，1997。
试验表明清水河低热微膨胀水泥混凝土具有：早期强度发展较快，7d 强度为28d 强度的70%左右，有利于早龄期抵御气温骤降的冲击；有较好的抗裂性能，28d 极限拉伸值为（0.97～1.07）×10-4，90d 极限拉伸值达到（1.04～1.17）×10-4，满足极限拉伸值不低于（0.9～1.0）×10-4的要求，28d 与90d 静抗压弹模分别达到（2.95～3.53）×104MPa和（3.38～3.98）×104MPa；耐久性较好，在采用最大水灰比0.65 时，其抗渗标号亦大于0.8MPa。在外加剂复合掺用，湿筛后的含气量控制在（5±1）%的条件下，水灰比为0.40～0.50 和0.55～0.65 时，混凝土的抗冻标号分别达到200 次和100 次以上，能够满足不同抗冻标号D50～D200的要求。
（4）在水灰比0.55～0.65，水泥用量211～256kg/m3 的条件下，清水河低热微膨胀水泥混凝土的28d 绝热温升值为20.4～24.7℃，导温系数为0.003179m2/h，导热系数为2.61W/（m·℃）。
2.自生体积变形、预压应力及徐变性能试验
低热微膨胀水泥混凝土的主要特点是其产生自生体积膨胀，在膨胀变形受限制的条件下膨胀能转化为预压应力，在降温过程中起到补偿收缩作用。因此，研究其补偿收缩特性主要归结为研究自生体积膨胀、在不同约束条件下形成的预压应力及其起松弛作用的徐变性能。长江科学研究院承担本专题的研究工作。
（1）自生体积膨胀：按SD105—82《水工混凝土试验规程》规定的方法，进行了绝湿状态下的自生体积变形过程测试。试件为直径20cm、长50cm 的圆柱体，成型时用湿筛法剔除粒径大于40mm 的石子。试验温度控制为20土2℃，变形由埋设在试件中心的DI-25 型应变计量测，基准值取成型后24h 的测值。自生体积实测变化过程见图7-5。
由图7-5可见，混凝土自生体积膨胀变形绝大部分产生在7d 以前，7d 后渐趋平缓且延续时间较长，因此有较好的补偿作用。
图7-5 混凝土（编号04）自生体积变形过程
通过试验表明：水灰比不同，自生体积变形过程有明显不同。水灰比大，相应水化反应更充分，有利于膨胀变形的发挥；水灰比小，强度相对较高，其对后期膨胀的制约作用也较强，限制了后期膨胀的增长。
（2）预压应力：低热微膨胀水泥混凝土在约束条件下产生预压应力，它的大小除与自身的膨胀量、强度、徐变度等性能有关外，还与外界的约束程度有关。因此，要利用预压应力，必须测得约束程度（约束系数）与预压应力之间的关系。试验采用单向钢筋约束测试二者间的关系，取3 种配筋率模拟3 种约束程度。用下列公式分别计算约束系数Ri 和预压应力σi：
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两式中：Es、As 为钢筋的弹模和截面积；Ac 为混凝土试件截面积；ε0 为没有钢筋约束试件的膨胀量；εi 为各种配筋率试件的膨胀量。
由3 种配筋率试验得出的预压应力，反映了不同约束程度下低热微膨胀水泥混凝土的预压应力与变化过程，见图7-6，从而得出预压应力与约束度的关系曲线。
由图7-6可见，约束膨胀变形产生的预压应力，随约束程度增大而加大，预压应力最大值产生在3d 龄期，之后由于徐变作用逐渐减小。
图7-6 约束应力过程线
根据工程具体应用部位的约束度，由预压应力与约束度关系曲线，可查得相应的预压应力值。
（3）徐变性能：混凝土的徐变特性，使强制变形引起的应力松弛。对低热微膨胀混凝土由于膨胀产生的预压应力，也产生徐变松弛作用，减弱了补偿收缩作用。因此，徐变度是研究低热微膨胀混凝土很重要的力学指标。徐变试验进行了抗压、抗拉2 组7d、28d、90d、180d 和360d 共5 种加荷龄期的测试。根据试验资料分析，清水河低热微膨胀水泥混凝土与以往华新水泥厂生产的低热微膨胀水泥混凝土（水泥用量、标号相当）的徐变度曲线相当接近，同样表明：徐变度随强度的发展减小很快，尤其是早龄期加荷的徐变度；徐变度随持荷时间的延长而加大，其增长速度则随持荷时间的延长而减慢；徐变度随加荷龄期的增加而减小，到90d 龄期已基本稳定，90d 以后加荷的徐变度曲线可近似认为将不随加荷龄期变化；7d 龄期加荷的抗拉徐变大于抗压徐变，这对拉伸应力具有更大的松弛作用。
3.寒冷季节混凝土膨胀机理、性能试验
针对本工程地区冬季时间长、气候寒冷、气温季节变化剧烈的特点，研究了低热微膨胀混凝土在低温条件下的膨胀性能及变化规律。
（1）对基础混凝土，模拟春季施工的温度变化（第1 工况），对混凝土的凝结时间、强度、极限拉伸值、自生体积变形、预压应力、抗渗和抗冻耐久性等各项指标进行了研究。试验表明，掺防冻剂后，混凝土各项指标均能满足设计要求，其综合性能见表7-30。
表7-30 不同温度状况低热微膨胀混凝土综合性能（90d 龄期）
注 数据摘自水科院1-05 专题报告，1997。
（2）对坝内混凝土，模拟初冬施工的温度变化（第2 工况），进行了与上述相同研究，同样表明混凝土掺防冻剂后，各种性能基本上达到或超过常温条件下不掺防冻剂的混凝土，满足设计要求，见表7-30。
4.外掺粉煤灰低热微膨胀混凝土性能
（1）在低热微膨胀水泥中掺20%～30%的粉煤灰，10d 前的水泥净浆的线膨胀率略有增大，28d 值降低3.9%～5.0%，90d 值降低约10.0%～13.2%，但能显著降低水化热，延缓水泥的水化。
（2）在低热微膨胀混凝土中掺入粉煤灰，会降低混凝土的强度，对抗压弹性模量和极限拉伸值有一定影响，但指标仍满足要求，并显著地降低混凝土的干缩变形。
（3）水胶比相同的情况下，掺粉煤灰使低热微膨胀混凝土的耐久性下降，但指标仍满足要求。
（4）掺粉煤灰会降低混凝土的膨胀量，水胶比0.55，混凝土的最大膨胀变形为：不掺粉煤灰为（240～250）×10-6，掺20%粉煤灰为（220～230）×10-6，掺40%粉煤灰为（160～170）×10-6。
（5）掺粉煤灰使低热微膨胀水泥混凝土的预压应力有所降低，但180d 龄期预压应力仍能保持0.43MPa（掺20%粉煤灰），同时还能减少混凝土的拉应力，并推迟拉应力出现的时间。
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