百色水利枢纽变态混凝土应用研究.pdf

广西水利水 电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E S&H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 3 ( 1 ) 试 验研 究 百色水利枢纽变态混凝土应用研究 刘鲁强 ( 广西壮族 自治区水利科学研究院， 广西南宁5 3 0 0 2 3 ) 【 摘要】 针对变态混凝土变态材料纯水泥浆液存在水泥含量高、 变态用浆量大的问题， 首次提出变态混凝土的变态材 料采用由水泥、 粉煤灰、 外加剂和水共同组成的水泥粉煤灰浆液， 取代纯水泥浆液 ， 并对这种新形式的变态混凝土进 行试验研究 ， 结果表明： 变态混凝土的抗压强度 、 劈拉强度、 轴拉强度、 弹性模量比碾压混凝土相应指标有所提高， 极 限拉伸值和抗渗性能有显著提高， 变态混凝土各项性能均满足设计要求 ， 变态混凝土水泥用量节约6 6 k g m ， 技术经 济效果显著 。 关键词】 变态混凝土； 材料； 性能； 应用； 百色水利枢纽 【 中图分类号 T V 4 3 1 【 文献标识码】 B 文章编号1 1 0 0 3 1 5 1 0 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 0 1 0 3 1 概 述 百色水利枢纽是一座 以防洪 为主 ， 兼有发 电 、 灌溉、 航运、 供水等综合利用效益的大型水利工程 ， 枢纽 主要 由大坝 ( 主坝 ) 、 地下厂房 、 副坝和通航建 筑物组成 ， 大坝 为全 断面碾压混凝土重力坝 ， 最大 坝高 1 3 0 m， 坝顶长 7 2 0 r f l ， 混凝土总量 2 5 8 万 I I 1 。 ， 其 中碾压混凝土2 1 2 万I n ， 大坝周边、 坝体廊道周边及 异种混凝土结合处均采用变态混凝土施工技术。 变态混凝土是指在 已拌制好 的碾压混 凝土的 基础上 ， 通过加 入一定 比例 的变态材料 ， 使 其演变 成具有一定坍落度的混凝 土。在百色水 利枢纽工 程开工之前 ， 已经应用于碾压混凝土大坝中的变态 混凝 土 ， 其变态材料均为水泥和水组成的纯水泥浆 液u 。笔者认为 ， 这种变态材料水泥含量高 、 变态用 浆量大 ， 造成 了变态混凝土水泥用量大幅度增加 ， 不仅明显增加了变态混凝土的成本， 而且还带来了 大量的水化热 ， 对大坝 的温控和 防裂不利 1 。基于 此 ， 本文首次提出在变态材料纯水泥浆液中双掺粉 煤灰和 lq J n 剂 】 ， 变态混凝土的变态材料采用 由水 泥 、 粉煤灰 、 外加剂和水组成的水泥粉煤灰浆 液 ， 针 对百色水利枢纽设计要求 ， 对这种新形式 的变态混 凝土进行试验研究 ， 并将研究成果应用于百色水利 枢纽大坝施工 ， 取得 了良好的技术经济效果。 2 试验原材料及试验方法 2 1 原材料 2 1 1 水 泥 采用百色 田东水泥厂生产 的5 2 5 号普通硅酸盐 水泥 ( 简称 田东 5 2 5 ) 和柳州水 泥厂生产的 5 2 5 号普 通硅酸盐水泥( 简称柳州 5 2 5 ) ， 其化学成分见表 1 ， 水泥的化学和物理力学指标均符合 G B 1 7 5 9 2 ( 硅 酸盐水泥 、 普通硅酸盐水泥 要求。 表 1 水泥的化学成分表 型 堡虽 ! ! ! Q ： ! Q 垒 ! g Q 垦 田东5 2 5 0 9 4 2 3 1 8 2 1 5 4 5 6 6 5 8 5 9 5 8 1 9 7 0 4 9 堑 ! ： Q ! ： ： 兰堡 ： ! ： ! ： 塑 ： Q ： 鱼 Q 2 1 2 粉煤灰 采 用 田东 电厂生产 的 级粉煤 灰 ， 密度 2 1 6 g c m。 ， 细度为 1 6 0 ， 需水量 比 1 0 3 ， 含水率 0 5 ， 其 化 学 成 分 见表 2 ， 粉 煤 灰 品质 指 标 均 符 合 G B J 1 4 6 9 0 粉煤灰混凝土应用技术规范 技术要求。 表 2 粉煤灰的化学成分表 塑 兰 ! ! 皇 ! g ! ： ! ： Q ： 塑 ： ! ! ： ： Q ： ： 2 1 3 骨料 采 用 辉 绿 岩 人 工 砂 石 料 ， 细 骨 料 细 度模 数 2 9 8 、 石粉含量 1 1 0 、 表观密度2 9 0 0 k g m 、 吸水率 0 8 0 ， 粗骨料表观密度 2 9 1 0 k g m 、 吸水率 0 7 0 ， 【 收稿 日期】 2 0 1 2 一l 1 2 0 修 回日期】 2 0 1 2 1 2 1 4 【 作者简介】 刘鲁强 ( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 广西北流人 ， 广西水利科学研究 院高级 工程 师 ， 从 事水 工新材料研究及工程检测与管理工作。 刘鲁强： 百色水利枢纽变态混凝土应用研究 骨料的化学成分见表 3 ， 除人工砂石粉含量偏低外 ， 粗 、 细骨料的其它品质均符合规范要求。 表 3 辉绿岩骨料的化学成分表 塑 j ! g ： 鱼 ： ： ! Q 苎 ： 苎 ： ! ： ： 墨 ： 2 1 4外加剂 经过优选试验 ， 采用浙江龙游外加剂厂生产的 Z B 一 1 一 R C C 1 5 缓凝高效减水剂 ， 减水率 2 0 ， 泌水率 比7 6 ， 2 8 天的龄期抗压强度 比 1 1 5 ， 初凝延缓时 间 3 h 4 6 m i n ， 外加剂品质指标符合 G B 8 0 7 6 1 9 9 7 混 凝土外加剂 技术要求， 与采用的水泥、 粉煤灰适应性 较好 。 2 2 试验方法 变态混凝土室 内试验 目前没有规范可循 ， 本试 验研究按以下方法进行 ： ( 1 ) 变态混凝 土的基材碾压 混凝土试验遵循 S L 4 8 9 4 水工碾压混凝土试验规程 进行 ； ( 2 ) 变态混凝土 的变态方式为 ： 将 已拌制好的 碾压混凝土拌和物基材平铺在拌和板上 ， 铺料厚度 6 1 0 c m， 然后将 同时拌制好的变态材料水泥粉煤 灰浆液均匀地洒铺在其表面上 ， 人工翻拌一次后装 模 ， 在振动台上振捣成型 ； ( 3 )变态 混凝 土 的性 能试验 遵循 S D1 0 58 2 水工混凝土试验规程 进行。 3 试验 结果及分析 3 1 碾压混凝土配合比及性能 变态混凝土 的基材碾压混凝 土配合 比采用 正 交法进行优化试验 ， 推荐碾压混凝土配合 比见表 4 6 1 ，其性能试验结果见表5 。 表 4 碾压混凝土配合比表 试验 编号 RTO1 RL0 2 抗压强度 M P a 劈拉强度 M P a 轴拉强度 MP a 静压弹模 G P a 极限拉伸值 1 0 9 0 d 1 8 0 d 9 0 d 1 8 0 d 9 0d 1 8 0 d 9 0 d 1 8 0 d 抗渗等级 9 0 d W4 W4 28 ， 1 3 】 5 2 ， 9 O 3 】 5 2 0 4 2 ， 4 4 3 8 0 3 9 8 8 3 8 8 3 0 2 3 3 6 2 8 9 3 0 4 20 9 2_3 6 3 8 7 4 0 4 8 6 8 9 3 2 变态材料配合 比及变态加浆量 变态材料采用 由水泥 、 粉煤灰 、 外加剂和水组 成的水泥粉煤灰浆液 ， 浆液原材料与基材碾压混凝 土完全一致 。变态材料配合 比主要以变态混凝 土 的各项性能满足设计要求 ， 且不低于基材碾压混凝 土性 能为依据 而定 。变态加浆量则以控制变态混 凝土拌和物坍落度 为 1 2 c m， V B值为 1 0 5 s ， 变态 ? 昆凝土抗渗性 能满 足设计要求为依据而定 。通过 变态材料对变态混凝土性能 的影响试验研究 ， 拟定 变态材料配合 比见表6 ， 变态加浆用量见表 7 。 从表6 可以看出， 变态材料水泥粉煤灰浆液的 水胶比和粉煤灰掺量 比基材碾压混凝土适 当降低 ， 其中水胶比降低0 0 9 ， 粉煤灰掺量降低 1 4 ， 外加剂 掺量不变 ， 均为 0 5 。变态材料仅掺人粉煤灰 ， 可 节约水 泥 5 3 。从表 7 可以看出 ， 变态混凝土的变 态加浆量为 5 ( 体积 比， 即每n l 碾压混凝土加 0 0 5 i n 浆液 ) ， 比纯水泥浆液减少约 3 8 。这是 因为掺 入缓凝高效减水剂 ， 水泥粉煤灰浆液的流动性 明显 2 表 6 变态材料配合 比表 设计 指标 水 泥 品种 比 掺量 掺量， 水 水泥 ，0 、 兰 堡 童 鋈二 鐾 兰 竺 塞 塞 兰 呈 C 1 5 W4 F 5 0 田东5 2 5 2 7 2 8 3 1 o 2 9 ( 三级 配) 柳 州5 2 5 2 7 2 8 3 1 o 2 9 增加 ， 变态混凝土的流动性也 随之增加 ， 因此变态 加浆量可 以适 当减少 。从表 6 和表 7 还可以看 出 ， 同品种不 同厂家的2 种水泥对变态材料配合 比和变 态加浆量无显著影 响 ， 2 种水 泥的变态材料 配合 比 和变态加浆量相 同。从表7可以估算 ， 变态材料采 用水泥粉煤灰浆液 ， 由于粉煤灰取代 了部分水泥及 变态加浆量减少 ， 变态混凝土可节约水泥6 6 k g m 。 一 广西水利水 电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E SH Y D R O P O WE R E NG I N E E R I N G 2 0 1 3 ( 1 ) 3 3 变态混凝土性能 在碾压混凝 土拌 和物 ( 配合 比见 表 4 ) 的基础 上 ， 加入水泥粉煤灰浆液( 见表7 ) ， 使之演变成变态 混凝土 ， 进行各项性能试验， 试验结果见表8 和表 9 。 表 8 变态混凝土强度性能 表 9变态混凝土变形和耐久 陛能 试 验 编 号 至 广 署 笔 磊 苇 B m l 3 60 3 8 6 4 00 7 0 9 5 1 0 0 W 4 W 1 O F1 0 0 旦 Q ! ： ! ： Q ： 至 兰 三 从表 5 、 8 、 9 可 以看出 ： 变态混凝土的强度性 能 、 变形性能和耐久性 能均满 足设计要求 ； 变态 混凝土各龄期的抗压强度 、 劈拉强度 、 轴拉强度 、 弹 性模量、 极限拉伸值和抗渗等级均比碾压混凝土相 应指标有所提高； 变态混凝土的极限拉伸值和抗 渗性能比碾压混凝土有显著提高 ， 其中极限拉伸值 提 高 1 4 一 1 6 ， 抗 渗等级达 到 W1 0以上 。可 以看 出 ， 碾压混凝 土加入水 泥粉煤 灰浆液 ， 有效地改善 了碾压混凝土 的变形性能 ， 提高 了抗 渗性 能 ， 综合 抗裂能力也得到了提高。 3 4 现 场应 用 百色水利枢纽碾压混凝土大坝 于2 0 0 1 年 l 2 月 2 8日开工 ， 2 0 0 6 年 6 月 3 0日竣工 。大坝周边 、 坝体 廊道周边及异种混凝土结合处的变态混凝土， 其变 态材料均采用本文研究 的水泥粉煤灰浆液 。从现 场 的检测统计结果看 ， 变态混凝土的各项性能均满 足设计要求 ， 极 限拉伸值和抗渗性能 比碾压混凝土 显著提高 ， 变态混凝土水泥用量大幅度减少 ， 节 约 了工程投资 。工程运行至今已有 6 年 ， 大坝周边 和 坝体廊道周边变态混凝土均未发现有裂缝或渗漏 现象 ， 工程运行 良好 。 4结 论 ( 1 )变态混凝土的变态材料采用 由水泥 、 粉煤 灰 、 外加剂和水共 同组成 的水泥粉煤灰浆液 ， 取代 纯 水 泥 浆 液 ， 变 态混 凝 土 的 水 泥用 量 可节 约 6 6 k g m ， 变态混凝 土的抗 压强度 、 劈拉 强度 、 轴拉强 度 、 弹性模量 比碾压混凝土相应指标有所提高 ， 极 限拉伸值和抗渗性能有显著提高 ； ( 2 ) 百色水利枢纽大坝变态混凝土 的变态材料 采用水泥粉煤灰浆液 ， 变态混凝土的各项性能均满 足设计要求 ， 抗裂性能和抗渗性能明显提高 ， 工程 运行至今未发现有裂缝或渗漏现象 ， 节约了工程投 资 ， 提高了工程质量 ， 值得推广应用。 参考文献 1 林长 农变态混凝土试验研翘J J 水力发电， 2 0 0 1 ， ( 2 ) ： 5 1 - 5 3 2 】 龚召熊水工混凝土的温控与防裂【 M 北京： 中国水利水 电出版社 ， 1 9 9 9 【 3 葛兆明， 李仁福 ， 林金兰 粉煤灰活化与活化粉煤灰强 度效应l J 1 哈尔滨建筑工程大学学报， 1 9 9 7 ， ( 6 ) ： 8 7 9 1 【 4 1 龙世宗， 邬燕蓉， 樊志军 粉煤灰表面活化处理新技术 J 1 粉煤灰综合利用， 1 9 9 7 ， ( 3 ) ： 8 1 8 2 【 5 S L 6 2 9 4 ， 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范【 s 】 【 6 】 刘鲁强 ， 蒋巧玲， 李维孟 ， 等 百色水利枢纽招标设计阶 段科研试验混凝土配合比设计试验报告J R 南宁： 广西水利 科学研究院， 1 9 9 9 S t u d y o f d i s t o r t e d c o n c r e t e a p p l i c a t i o n D a m P r o j e c t LI U Lu q i a n g ( 责任编辑： 周群) f o r Ba i s e M u l t i pur po s e ( G u a n g x i H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n n i n g 5 3 0 0 2 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： As d i s t o r t i o n ma t e r i a l o f d i s t o r t e d c o n c r e t e 。 p u r e c e me n t c o n c r e t e s l u r r y r e q u i r e s h i g h e r q u a n t i t y o f c e me nt a n d s l u r r y I n v i e w o f t h i s s h o r t a g e ， i t i s p r o p o s e d f o r t he fir s t t i me t ha t s l u r r y c o n s i s t i n g o f c e me n t ， fly a s h。 a d di t i v e a n d wa t e r i s a pp l i e d t o s u b s t i t u t e p u r e c e me n t s l u r ry Te s t s a nd s t ud y wa s c o n d uc t e d for t hi s ne w ki n d o f di s t o rt e d c o n c r e t e As d e mo n s t r a t e d b y t h e t e s t i n g r e s u l t s ， t h e p r o p e rt i e s o f t h i s k i n d o f d i s t o r t e d c o n c r e t e a r e b e t t e r t h a n t h a t o f RC C wi t h i t s c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ， s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h ， a x i a l t e n s i l e s t r e n g t h a n d e l a s t i c mo d u l u s r i s i n g t o c e rt a i n e x t e n t ； i t s u l t i ma t e t e n s i l e v a l u e a n d i mp e r me a b i l i t y i n c r e a s i n g r e ma r k a b l y ； a l l p r o p e rti e s e o n for mi n g t o t hed e s i g nr e q u i r e me n t s ； c e me nt c o n s ump t i o nd e c r e a s i n gb y66 k g m ， r e n de r i n gn 0 t a b l e t e c h n i c a l a nde c o n o mi cb e n e fit s Ke y wo r d s ： Di s t o r t e d c o n c r e t e ； ma t e r i a l ； p r o p e rty ； a p p l i c a t i o n ； B a i s e Mu l t i p u r p o s e Da m P r o j e c t 3