长河坝水电站混凝土抗冻性能试验研究.pdf

水 力 发 电 第4 1 卷第 2 期 2 0 1 5年 2月 长河坝水 电站混凝土抗 冻性 能试验研 究 武 玲 张 虹 ( 中国电建集 团昆明勘测设计研 究院有 限公 司，云南 昆明 6 5 0 0 3 3 ) 摘要 ：长河坝水 电站地处高海拔寒冷地带 ，对水工混凝土耐久性要求较高 。但参照普通混凝土设计指标制作 的混 凝 土进 行抗 冻试 验后 ，发现其抗冻性 能差 ，不满足设计指标 F 1 0 0的要 求。通过试验探 寻影 响混凝土抗冻性能 的主 要因素 ，经分析确定 主要 因素 为含气量不 足。故长河坝水 电站所用混凝 土采取提 高含气量 、降低粉煤灰掺量 ，以达 到强度 和抗冻性能满足设计要求 。 关键词 ：混凝土 ；配合 比设计 ；抗冻性能 ；含气量 ；试验研究 ；长河坝水 电站 Ex p e r i me n t a l S t u d y o n Fr e e z e Re s i s t a n c e o f Co n c r e t e i n Ch a n g h e b a Hy d r o p o we r S tat i o n W U Li ng ZHANG Ho n g ( P o w e r C h i n a Ku n mi n g E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i mi t e d ， Ku n mi n g 6 5 0 0 3 3 ， Yu n n a n ， Ch i n a ) Ab s t r a c t As l o c a t e d i n h i g h a l t i t u d e c o l d a r e a ， t h e Ch a n g h e b a Hy d r o p o we r S t a t i o n h a s h i g h e r r e q u i r e me n t s o n t h e d u r a b i l i t y o f h y d r a u l i c c o n c r e t e Ho w e v e r ,t h e i n s i t u e x p e r i me n t s o f c o n c r e t e w h i c h i s d e s i g n e d a c c o r d i n g t o n o r ma l c o n c r e t e d e s i g n i n d e x s h o w t h a t t h e c o n c r e t e i s p o o r i n f r e e z e r e s i s t a n c e a n d f a i l s t o me e t t h e d e s i g n i n d e x F I O 0 F o r s o l v i n g t h i s p r o b l e m， t h e e x p e r i me n t s a r e c o n d u c t e d t o fi n d t h e f a c t o r s w h i c h a f f e c t i n g t h e f r e e z e r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e ， a n d t h e i n s u f f i c i e n t a i r c o n t e n t i s d e t e r mi n e d a s t h e ma i n c a u s e Ba s e d o n e x p e r i me n t r e s u l t s ，t h e c o n c r e t e Ch a n g h e b a Hy d r o p o w e r S t a t i o n i s p r o p o s e d t o i nc r e a s e a i r c o n t e n t a n d d e c r e a s e fly a s h c o nt e nt f o r mee t i ng t h e de s i g n r e q ui r e me nt s o n s t r e ng t h a nd f r e e z e r e s i s t a nc e o f concr et e Ke y W o r d s ： c o n c r e t e ； mi x t u r e r a t i o d e s i g n ； f r e e z e r e s i s t a n c e p r o p e r t y ； a i r c o n t e n t ； e x p e r i me n t a l s t u d y ； C h a n g h e b a Hy d r o p o we r St a t i o n 中图分 类号 ： T V 4 3 1 ( 2 7 1 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 9 4 0 4 0 概述 长 河 坝 水 电 站 位 于 四 川 I省 甘 孜 藏 族 自治 州 康 定 县 境 内 ， 为 大 渡 河 干 流 水 电 梯 级 开 发 的 第1 0级 电 站 。 电站 l丁程 为 一 等 大( 1 )型 ，主 要 由砾 石 土 心 墙 坝 、 泄 洪 系 统 、 引 水 发 电 系 统 组 成 电 站 装 机 容 量 2 6 0 0 MW 整 个 工 程 混 凝 土 浇 筑 量 约 1 9 5 万 m 。 长 河 坝 水 电站 地 处寒 冷 、高海 拔 地 区 ，对 混 凝 土 耐 久 性 指 标 要 求 较 高 。在 长 河 坝 泵 送 混 凝 土 配 合 比设 计 中 ，发 现 混 凝 土 抗 冻 性 能 达 不 到 设 计 指 标 F 1 0 0的要 求 ，有 一些 仅能 达 到 F 2 5的要求 且 工地 现场 混凝 土大 多也 不满足 设计 指标 FI O 0的要求 。抗 冻 融 性 能 是 混 凝 土 配 合 比 设 计 中 的 一 个 重 要 指 标 ， 在 硬 化 混 凝 土 的 质量 控 制 中起 到非 常 重 要 的作 用 。 影 响 混 凝 土 抗 冻 性 能 的 冈 素 较 多 ， 主 要 有 含 气 量 、 錾 潮1t ( t r ， r V o l 4 1 N f J 2 水胶 比 、混凝 土强 度 、水 泥 品 种 、掺 和料 品种 、骨 料类 型 、外 加剂 品种 等 。针 对 长河 坝 水 电 站混 凝 土 抗 冻性 能 差 的 问 题 本 文 通 过 试 验 探 寻 影 响 混 凝 土 抗 冻 性 能 的 因素 ，提 出符 合 设 计 要 求 的混 凝 土 配 合 比 。 1 二级配混凝土配合比设计指标 参 照 DL T 5 3 3 0 - 2 0 0 5 水 工 混 凝 土 配 合 比设 计 规 程 ，采 用 绝 对 体 积 法 设 计 试 验 。 二 级 配 混 凝 土 设 计 指 标 为 C 2 0 W6 F1 O 0。强 度 保 证 率 P = 9 5 ，概 率 度 系数 =1 6 4 5，根 据 混凝 土 保 证 强 度 计 算 公 式 f c u ,0 = f c u ,k + t O - ，二级 配 混凝 土配 制强 度 为 2 6 6 MP a ，坍 落 度 控 制 在 1 41 6 c m 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 5 0 8 作者简 介 ：武 玲 ( 1 9 8 4 一 ) ，女 ，云南 昭通人 ，T程 师 ，主要从 事混凝 土试验及配合 比研究l丁作 7口- r 7 J 寸 队， u J ， J ， 匕I k 12 J 一 b ， ， J 、1 7 日匕 k I 7 1 J 2 混凝土配合比设计 2 1 原 材 料 ( ) 水 泥 。采 用 四 川 峨 胜 水 泥 股 份 公 司 生 产 的 级 普 通 硅 酸 盐水 泥 ，水 泥 物理 力 学 性 能及 强度 等 级 检 测 结 果 见 表，水 泥 化 学 成 分 检 测 结 果 见 表 2 。结 果 表 明 ，水 泥 各 项 指 标 均 符 合 1 7 5 2 0 0 7 通 用硅 酸 盐水 泥 嘲 的要求 ，且 强度 富裕 度较 大 。 表 2水 泥 化 学 成 分 ( )粉 煤灰 。采 用石 棉 新 发 I I级粉 煤 灰 ，粉煤 灰 品 质 检 验 结 果 见 表 3 。 经 检 测 ，粉 煤 灰 物 理 性 能 符合 水工混凝土 掺用 粉煤灰技术规 范 的控 制要 求 。 表 粉煤灰物理性能 ( )外 加 剂 。通 过 试 验 优 选 出 江苏 博 特 新 材 料 有 限 公 司 生 产 的 一 聚 羧 酸 缓 凝 型 高 性 能 减 水 剂 、 一 缓 凝 高效 减水 剂和 一 (I)引气 剂 ， 掺 外 加 剂混 凝 土 性 能 试 验 结 果 见 表 4，结果 均满 足 DI 水工 混凝 土 外加 剂技 术 规 程 和 混凝 土外 加剂 l 5 l 的要求 。 ( ) 细 骨 料 。 细 骨 料 为 工 地 现 场 砂 石 系 统 生 产 的 花 岗 岩 人 工 砂 ， 属 中砂 ，级 配 良好 。 人 工 砂 颗 粒 级 配 试 验 结 果 见 表 5， 人 工 砂 品 质 检 验 结 果 见 表 结 果 表 明 ，人 工 砂 的 细 度 模 数 为 2 7 2， 符 合 T 5 1 4 4 2 ( ) 0 1 水工 混凝 土施 工 规范 嗍 的要求 。 表 人 工砂颗粒级配 ( 5) 粗 骨 料 。 花 岗 岩 粗 骨 料 为 骨 料 系 统 生 产 骨 料 粒 性 较 好 。骨 料 品质 检 验见 表 7，结 果 表 明粗 骨 料 品质 符 合 1 4 4 2 0 0 1 水 工 混 凝 土施 工 规 范 的要 求 。 2 2骨 料最优 级 配 混 凝 土 的 工 作 性 、 和 易 性 、分 离 情 况 与 骨 料 级 配 有 直 接 关 系 。 一 般 振 实 容 重 越 大 ，空 隙 率 越 小 所 需填 充 包 裹 砂 浆越 少 ，混凝 土 容 重越 大 ，经 济性 越好 ，故 常 把 满 足工 作 性要 求 、振 实容 重 最 大 的骨 料级 配 作 为 最优 级 配 。花 岗岩 人 工 骨料 级 配 与振 实 表 外加剂本体品质 表观密度 k g 饱和面干 堆积密度 k g 空隙率 石粉含量 泥块含量 硫化物及硫酸盐 云母含量 干态 饱和面干态 吸水率， 松散 紧密 松散 紧密 含量 容 重 关 系试 验结 果 见表 8 可知 小 石 ： 中石 = 1 ： 1时 骨 料 级 配 振实 容重 最 大 ，空 隙 率 最小 ，故 确定 混 凝 土 二 级 配最优 骨料 级配 比例 为小石 ： 中石=l ： 1 。 表 8人工碎石级配试验结果 2 3基 准混凝 土水胶 比与抗压 强 度关 系 根 据 混凝 土 设计 配 合 比参数 进 行水 胶 比与 抗 压 强 度关 系试 验 ，粉煤 灰 掺量 选 取 2 0 ，试 验结 果 见 表 9。 由 于 工 地 现 场 混 凝 土 抗 冻 性 能 达 不 到 设 计 要 求 ，同 时开 展 了水 胶 比与抗 冻 性能 关 系 试验 ，结 果 见 表 1 0 表 1 0基准混凝土抗冻性能试验结果 根 据混 凝 土水 胶 比与抗 压 强 度 关 系试 验 ，当水 胶 比选取 不小 于 0 5 5，强 度等 级均 能满 足设 计要 求 。 但 从水 胶 比与抗 冻 性能 关 系试 验结 果 来看 ，硬 化混 凝 土 的抗 冻 性 能 均 不 满 足 FI O 0的 设 计 指 标 要 求 ，仅 能 达 到 F 2 5，且 水 胶 比降 低 。混 凝 土 强 度 增 加 后 ， 抗冻 性 能没有 得 到显著 的提 高 3 混凝土抗冻性能影响因素分析 3 1 试验 设计 及试 验 结果 影 响 混 凝 土 抗 冻 性 能 的 因 素 主 要 有 含 气 量 、 水 胶 比 、混 凝 土 强度 、水 泥 品种 、掺合 料 品 种 、骨 料 类 型 、外 加 剂 品 种 等 。 根 据 基 准 混 凝 土 抗 压 强 度 及 抗 冻 性 能试 验 结果 ，可 知水 胶 比和 混凝 土 强 度对 混 凝 土 抗 冻性 能 影 响较 小 ，故分 析 各 原材 料 对 混凝 土 抗冻 性 能 的影 响 ： 骨 料 。对花 岗岩人 工 骨 料单 独 进行抗 冻 性能 检测 。 含 气量 。增 加混 凝土 含 气量 ， 原混 凝 土 的含 气量 控 制在 3 5 5 之 间 将 含 气 量 提 高 到 5 6 ， 同 时 比 较 人 工 插 捣 和 振 动 台 振 实 2 0 s 两 种测 定 含 气 量方 法 的差 别 。 粉 煤 灰 。对 比 分 析粉 煤 灰掺 量 对 混凝 土 抗 冻性 能 的影 响 。 外 加 剂 。对 比 分 析 不 同 品 种 外 加 剂 掺 量 对 混 凝 土 抗 冻 性 能 的影 响 。混凝 土 抗 冻性 能 影 响 因素 分 析试 验 配 合 比 见 表 1 1 ，抗 压 强 度 及 抗 冻 性 能 试 验 结 果 见 表 1 2 。 3 2试 验结 果分 析 ( 1 ) 骨 料 抗 冻 性 能 。 对 花 岗 岩 人 工 骨 料 进 行 抗 冻 性 能 检 测 ，经 过 1 0 0次 冻 融 循 环 后 ，质 量 损 失 率 为 0，表 明骨 料未 对混 凝土抗 冻性 能造 成不 良影 响 。 ( 2 ) 含 气 量 。 采 用 人 插 捣 和 振 动 台 振 实 2 0 S 两 种 方 法 检 测 含 气 量 ， 从 试 验 结 果 可 知 ，振 动 台 振 实 2 0 S后 所 测 含 气 量 较 人 工 插 捣 所 测 含 气 量 降 低 表 9基准混凝土水胶 比与抗压强度关 系试验结果 圜W ( t t e r P o e r V o 2 4 N o 2 厢 斗 茴厢 删 城 ， 可 ： 队 小 如， 比 上j =J b 坏l t- F 3 1 I丌 九墨鼍 0 6 1 0 。 较 为 接 近 硬 化 混 凝 土 真 正 的 含 气 量 ， 故 试 验研 究 均 采用 振 动 台振 实 2 0 S进 行 含 气量 的检 测 。未 掺粉 煤 灰混 凝 土 ，含气 量 为 4 0 时( 混 凝 土 配 合 比编号 C 一 2 ) ，抗 冻 等 级 为 F 5 0。提 高含 气 量 至 5 0 后( 混 凝 土 配 合 比编 号 C一 1 )，抗 冻 等 级 为 F1 0 0。表 明混凝 土 含气 量 提高 至 5 O 以上后 ，混凝 土 抗 冻性 能满 足设 计要 求 。 ( 3 ) 粉 煤 灰 。 对 比 未 掺 粉 煤 灰 混 凝 土( 混 凝 土 配 合 比编 号 C一 2 )与 粉煤 灰 混 凝 土( 混 凝 土 配合 比 编 号 C一 3)的 抗 冻 性 能 ，抗 冻 等 级 均 为 F 5 0，表 明 粉 煤灰 对混 凝 土抗冻 性 能影 响不 大 。 ( 4) 外 加 剂 。 取 自长 河 坝 水 电 站 工 地 现 场 的 外 加 剂( J M P C A 和 GYQ一 ( I )复核 外 加 剂 )拌 制 的 混 凝 土( 混 凝 土 配 合 比 编 号 C一 3 )，其 抗 冻 等 级 为 F 5 0，将 外 加 剂 更 换 为 J M I I C和 GYQ一 ( I ) ( 2 ) 复 核外 加剂 混 凝 土( 混 凝 土 配合 比编号 C一 4) ，混凝 土 抗 冻 等 级仍 为 F 5 0，表 明外 加 剂 对 混 凝 土 抗 冻 性 能 影 响 不 大 。 3 3高含 气 量混 凝 土配合 比设计 经 过 混凝 土抗 冻 性 能影 响 因素 分 析研 究 ，认 为 混 凝 土含 气 量 不 足是 造 成 长 河 坝水 电站 混凝 土抗 冻 性 能 不 满 足 设 计 指 标 的 主 要 因 素 。 因 此 ， 提 高 混 凝 土 含气 量 是 改 善 混凝 土 抗 冻 性 能最 直 接 最 有效 的途 径 ，但 含 气量 提 高会 导 致 混凝 土抗 压 强 度 降低 ，故 需 对 原 混 凝 土 配合 比进 行 调 整 ，主 要 为 ： 混 凝 土 含 气 量 控 制 在 5 0 6 0 ( 含 气 量 检 测 方 法 为 振 动 台振 实 2 0 s 后 进 行检 测 ) ； 新 发 级 粉煤 灰 掺量 降 至 1 5 。调 整后 的混凝 土 配合 比见 表 1 3 ，抗压 强 度 及 抗 冻 性 能 试 验 结 果 见 表 1 4 。 可 见 ，提 高 含 气 量 后 ( 上 接 第 8 9 页 ) 程 设 计 中 。 参 考文献 ： 1 G B 5 0 0 2 6 - 2 0 0 7工程测量规范 S 2 D L T 5 2 5 9 -2 0 1 0土石坝安全监测技术规范 S 3 田林 亚 ， 岳建平 ，梅红 工程控制 测量 M 武汉 ： 武汉 大学出版 社 2 0 1 1 的混凝 土 抗 冻性 能 得 到 很 大提 高 ，可 以满 足设 计 指 标要 求 。 4 结语 混凝 土 的冻 融破 坏 是 我 国建 筑 物老 化 病 害 的 主 要 问题 之 一 、严 重 影 响 了建 筑 物 的长 期使 用 和 安 全 运行 。长 河 坝水 电站 混凝 土 在 未 提高 含气 量 的情 况 下 ，抗 冻 融 性 能 较 差 ，达 不 到 设 计 指 标 要 求 。 本 文 从 配 制 混 凝 土 的 原 材 料 人 手 ，探 寻 影 响 混 凝 土 抗 冻 性 能的因素 通过试验 确定 主要 因素为混凝土 含气量不 足 。 因此 ，通 过 提 高 混凝 土 含 气量 、降低 粉 煤 灰掺 量 ，配 制 出满 足强度 和抗 冻性 要求 的混 凝土 ，经济 、 合 理 的解 决 了长 河坝所用 混凝 土的耐久性 问题 。 参考文献 ： 1 D L T 5 3 3 0 -2 0 0 5 水工混凝土配合 比设计规程 S 2 GB 1 7 5 2 O 0 7 通用硅酸盐水泥 S 3 DL T 5 0 5 5 2 0 0 7 水 工混凝 土掺用粉煤灰技术规范 S 4 DL T 5 1 0 0 1 9 9 9 水工混凝土外加剂技术规程 S 5 GB 8 0 7 6 -2 0 0 8 混凝土外加剂 S 6 DI Z r 5 1 4 4 -2 0 0 1 水工混凝土施工规范 s 7 石妍 ，董芸 ，张亮 ，等 水工混凝土用不 同岩性人工骨料 特征 参 数研究 J 水力发电 ， 2 0 1 3 ， 3 9 ( 1 0 ) ：8 9 9 2 8 刘邦 禹 混凝土耐久 性影 响因素综 述 J 中 国科 技信息 ， 2 0 1 4 ( 7) ：1 21 1 2 3 9 李金玉 ，杜小春 气泡性质对混凝土抗冻性影响的研究 J 水力 发 电，1 9 9 0 ( 1 ) ：3 5 3 8 1 0 薛 海生 新疆 高寒 强腐蚀 环境下混凝土材料 的选 择 J 水力 发 电 ，2 0 1 0 ， 3 6 ( 2 ) ： 7 3 7 5 ( 责任编 辑王 琪 ) 4 张浩 ，韩鹏辉 ，丁新 潮 ，等 C A T I A在溢流堰设计 中的应用 J 西北水 电 ， 2 0 1 3 ( 2) ： 2 4 2 6 5 付 山，伍鹤皋 汪洋 基于C A T I A次开发的月牙肋钢岔 管辅 助 设计 系统 开发与应用 J 水力发电 ， 2 0 1 3 ， 3 9 ( 7 ) ：7 3 7 6 6 丁学智 ，张亮 ，柳志云 金安桥水 电站专一级平面监测 控制网的 建立 与研究 J 水电 自动化与大坝监测 ，2 0 1 4， 3 8 ( 3 ) ： 2 6 2 8 ( 责任编辑杨 健)