沙沱水电站大坝四级配碾压混凝土配合比优化.pdf

2 0 1 3年第 1 期 沙沱水电站大坝四级配碾压混凝土配合比优化 魏建忠 ，吴水英 ，肖祖 阔，颜 瑜 ( 中国水利水 电第十六工程局有限公 司，福建 福州 I 3 5 0 0 0 3 ) 摘要 ：沙沱水 电站挡水坝段采用四级配碾压混凝土，通过优化试验 ，四级配碾压混凝土水胶 比 从原推荐配合比的 0 5 0提 高至 0 5 3，所用胶凝材料比原推荐 配合比的减少 1 0 k g m ，碾压混 凝土水化热温升进一步降低，温控措施简化，具有较大的技术经济效益。该文总结沙沱水电站 四级配碾压混凝土配合比的优化成果，供参考。 关键词 ：碾压混凝土；四级配；配合 比；沙沱水电站 中图分类号： T V 4 3 l 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 2 3 0 1 1 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 1 7 0 5 沙沱水 电站 位于贵州省 沿河县城 上游约 7 k m 处 ，距乌江 口2 5 0 5 k m。拦河大坝为全断面碾压 混 凝 土重力坝 ，坝顶 高程 3 7 1 O 0 m，河床最低建基面 主体建筑 物混凝 土约 2 9 5万 m ，其 中碾 压混凝 土 1 3 0万 m 。共分 1 6个 坝段 ，1 、2 、3 、1 4 、1 5 、1 6 号挡水坝段坝体采用四级配碾压混凝土 ，设计强度 等级为 c 。 1 5 ，共计约 1 5 7万 m ，最大填筑高度 86 0 m 。 高程2 7 0 0 0 m l n ，最大坝高1 0 1 m，坝顶全长6 3 1 0 0 m 。 四级配碾压混凝土设计技术要求如表 1 所示。 表 1 大坝 四级配碾压混凝土设计技术要求 粉煤灰 磷渣粉 堂垡 塑 一 编号 掺量 掺量 水泥 粉煤灰磷渣粉A- r _ 5 2 o I IlIIl 2 o 4 o 咖 4 o 8 0 m m 8 0 1 2 0 砌 水 外加剂 DH4 AG AE ( 1 万 ) 注：设计强度等级 c 9 。 1 5 W6 F 5 0 ，四级配，水胶比0 5 0，粉煤灰品种为鸭溪，磷渣粉品种为瓮福，砂率采用 3 0 ，V c值采用 35 s ，石 子 级 配 为 2 0： 3 0 ： 3 0： 2 0。 按照设计技术文件要求 ，9 0天龄期混凝 土强度 保证率为 9 0 ，混凝土配制强度取 1 9 5 M P a 。大坝 碾压混凝土浇筑前，业主已委托国内某科研单位对 碾压混凝土原材料及配合比进行了试验研究。沙沱 水 电站试验 中心在原试验研究基础上 ，根据工程实 际使用原材料等情况，进行了复核，并进一步进行 了优化 。 2 四级配碾压混凝土配合比优化可行性 收稿日期：2 0 1 21 2 3 1 前期试验推荐 四级 配碾压混凝土 配合 比如表 2 所示。在用 的沙沱水电站大坝三级配碾压混凝 土配 合 比如表 3所示 。 从沙沱水电站前期试验推荐 的四级配碾压混凝 土配合 比可知 ，其水胶 比取 0 5 0 ，掺灰量 6 0 ，胶 凝材料用量为 1 4 2 k g m 和 1 4 0 k g m ( 掺磷渣粉 ) 。 工程 已 实 际使 用 的三 级 配 碾压 混 凝 土 水 胶 比为 0 5 5 ，掺灰量 6 0 ，胶凝材料用量 仅为 1 3 7 k g m 和 1 4 2 k g m ( 掺磷渣粉 ) 。四级配碾压混凝土胶凝 用量比三级配还要高。一般而言，在 混凝 土性 能要 1 7 2 0 1 3年第 1期 注：设计强度等级 c 9 o 1 5 W6 F 5 0 ，三级配，水胶比0 5 5 ，粉煤灰品种为鸭溪，磷渣粉品种为瓮福，砂率采用 3 0 ，V 值采用 35 S ，石子级 配为 3 0 ： 4 0 ： 3 0 。 表 4 粗骨料物理力学性能 求相同的情况下 ，四级配碾压混凝土胶凝材料用量 应 比三级配胶凝材料用量少 ，故推荐 的四级配碾压 混凝土配合 比可以进一步优化 ，以进一步降低混凝 土水化温升。 3 配合比复核试验及优化准备工作 3 1 水 泥 水泥为国茂牌 4 2 5普通硅酸盐水泥 ，检测结果 如下 ：密度 3 0 8 g c m ，比表面积 3 5 0 m k g ，初凝 2 h 2 1 m i n ，终 凝 3 h 2 8 m i n ，抗 压 强度 3 2 1 MP a ( 3 d ) 、4 4 8 MP a( 2 S d ) ，抗折强度 6 1 MP a( 3 d ) 、 8 5 MP a ( 2 8 d ) ，水化热 3 1 8 k J k g( 3 d ) 、3 4 2 k J k g ( 7 d ) 。水泥所检测项 目均合格 。 3 2 掺合料 掺合料采用遵义鸭溪 电厂生产的 级粉煤灰 和 贵州省瓮安县瓮福黄磷有限公司生产的磷渣粉。粉 煤 灰 密 度 2 3 3 g c m 3 ，细 度 1 1 2 ，需 水 量 比 9 7 ，烧失量 4 6 ， S O 含量 0 7 0 ，2 8 d抗压强 度 比 7 8 5 。磷 渣 粉 密 度 2 8 5 g c m 。 ，细 度 1 5 9 ，比表 面积 2 6 0 m k g ，需水量 比 9 7 ，烧 失量 0 3 3 ，碱含量 0 7 6 ，S O 含量 O ，活性 指数 8 6 ，质量系数 1 3 5 。以上所 检验 项 目均 合格 。 3 3 粗骨料 粗骨料为沙沱水电站砂石料场生产的灰岩碎石 四档料 ，物理力学性能检测结果见表 4，各档骨料 不同比例密度试验结果见表 5 。 表 5 各档骨料不 同比例密度试验 结果 3 4人 工 砂 人工砂采用半 干法生产 ，其物理力学性能检测 结果见表 6和表 7 。 表 6 人工砂物理力学性能试验 l 8 2 0 1 3年第 1 期 表 8 减水剂和 引气剂性 能试 验结果 3 5 外加 剂 使用河北外加剂厂生产的 D H A G缓凝高效减 水剂和山西桑穆斯化工有 限公司生产的 A E引气剂 。 二者物理力学性能检测结果见表 8 。 4 四级配碾压混凝土配合比优化 4 1 优化 主要 目的 ( 1 )配合 比符合 实际生产使用 的原材料 的 要求 。 ( 2 )在碾压混凝土性能满足设计技术及混凝土 拌和物满足施工要求条件下 ，提高水胶 比，尽量减 少胶凝材料用量 ，降低混凝土水化温升 ，充分发挥 四级配碾压混凝土胶材用量少 、水化温升低 、骨料 用量多 、抗裂性能强的优势。 ( 3 )选择需水量 比小、细度低 的优质掺合 料 ， 提高混凝土质量，降低混凝土胶凝材料用量。 ( 4 )选择适当的骨料比例，提高碾压混凝土抗 分离能力 、可碾性及碾压密实性 。 ( 5 )选用缓凝高效减水剂和高性能引气剂。经 试验证明，采用缓凝高效减水剂能显著减少单位用 水量，降低水胶比，提高混凝土的可塑性，降低水 泥早期水化热，延缓混凝土凝结时间，满足高温季 节施工的要求，提高混凝土容重及混凝土耐久性、 抗渗性、抗裂性，加快施工进度。 ( 6 )满足碾压混凝土浆砂体积比要求 ( 浆砂体 积比 = ( 水泥 + 水 +灰 +小于 0 0 8 m m石粉 +混凝 土含气量 的体积) ( 砂浆体积 +混凝 土含气 量) ) 。作为碾压混凝土配合比设计的一项重要指 标 ，根据 工 程 实 践 ，浆 砂 体 积 比一 般 不 宜 小 于 0 4 2，以利于混凝土施 工及提高密实性 、层 间结合 及碾压混凝土可碾性 。 4 2 优 化后 配合 比成果分析 4 2 1 优化过程相关分析 ( 1 )水胶比和胶凝材料用量。经试验 ，四级配 碾压混凝土配合 比水胶比在 0 5 5时就能满足各项性 能指标要求 ，但胶凝 材料用 量为 1 2 7 k g m ，低 于 1 3 0 k g m ，因此 水胶 比选 择 0 5 3 ，胶材 用量 1 3 2 k g m 。 ，略高于三级配碾压混凝土，以便符合 水 工碾压混凝土施工规范第 6 0 5条款 “ 永久建筑 物碾压混凝土的胶凝材料用量不宜低于 1 3 0 k g m。 ， 当低于 1 3 0 k g m 时应专题论证。 ” 的要求。 ( 2 )浆砂体积比。混凝土水胶比为 0 5 3 ，用水 量 7 0 k g m ，胶凝 材料用量 为 1 3 2 k g m ，优化后 的四级配碾压混凝土浆砂体积比为 0 4 4 ，高于通常 要求的 0 4 2 ，满足混凝土可碾性 、层 间结合及抗分 离能力 。 ( 3 )缓凝高效减水剂掺量。合理的掺量是混凝 土质量和经济性保证 ，在试验 的基础上选择了高效 减水剂掺量为 0 7 。高效减水 剂掺量过 高，混凝 土用水量过低，将导致胶凝材料用量过低，满足不 了规范要求。高效减水剂掺量过低，混凝土胶凝材 料用量过高，将造成混凝土更高的温升和过高的单 价而不经济 。 ( 4 )粗骨料比例。根据试验，小石： 中石： 大石 ： 特大石为 2 0 ： 3 0 ： 3 0 ： 2 0时 ，四级配碾压混凝土抗分 离能力最好。 ( 5 )砂率。通过试验，碾压混凝土砂率与 V 值关系见表 9 。从表 9可知，四级配碾压混凝土的 V 值最小时，其砂率为 2 8 。为提高混凝土抗分 离能力，在该砂率的基础上，增加 2 砂率，即四 级配碾压混凝土砂率采用 3 0 。 1 9 2 0 1 3年第 1期 表 9 碾压混凝土砂率与 V C值关系 注：粉煤灰掺量为6 0 ，水胶比 0 5 3 ，骨料比例小石： 中石 ： 大石： 特大石为 2 0 ： 3 0 ： 3 0 ： 2 0 。 4 2 2优化后室内试验成果 优化后四级配碾压混凝土配合比见表 1 O ，室内 试验的混凝土拌和物力学性能见表 1 1 ，室 内试验的 变形及耐久性能见表 l 2 ，以上性能都符合设计技术 要求。 表 1 0 大坝四级配碾压混凝土优化推荐施工配合比 注：设计强度等级 C 9 o 1 5 W6 F 5 0 ，四级配，水胶比0 5 3 ，粉煤灰品种为鸭溪，磷渣粉品种为瓮福，砂率采用3 0 ，V c值采用 35 s ，石 子 级 配 为 2 0 ： 3 0 ： 3 0 ： 2 0 。 表 1 1 大坝四级配碾压混凝土力学性能室 内试验成果 注：试验试件为四级配碾压混凝土湿筛试件。设计强度等级 c 1 5 W6 F 5 0 ，四级配，水胶比0 5 3 ，粉煤灰品种为鸭溪，磷渣粉 品种 为瓮福 。 表 1 2 大坝四级配碾压混凝土变形及耐久性能室 内试验成 果 注：试验试件为四级配碾压混凝土湿筛试件。设计强度等级 c 9 o 1 5 W6 F 5 0 ，四级配，水胶比0 5 3 。 表 1 3 大坝现场工艺试验的四级配碾压混凝土拌和物及力学性能试验成果 注 ：全级 配试验结果 由长科 院提供 。 4 2 3 优化后现场工艺试验成果 见表 1 4 。 优化后现场工艺试验的碾压 昆 凝土拌和物及力 工艺试验现场碾压混凝土原位抗剪和模拟现场 学性能试验结果见表 1 3 ，变形及耐久性能试验结果 成型抗剪试验成果如下： 20 2 0 1 3年第 1期 ( 1 )在工艺试验进行原位抗剪试验结果 ：层面 2 h不处理情况下 ，四级配碾压混凝土层 面抗 剪断 为 f - =1 1 21 1 9，c 1 1 21 1 8 MP a 。 ( 2 )室内全级配模拟现场成 型抗 剪试验结果 ： 层面 2 h不处理情况下 ，四级配碾压混凝土层 面抗 剪断为 f - =1 0 81 1 2 ，c = 3 3 6 3 6 4 MP a 。 5 优化结果比较及使用效果 优化后的四级配碾压混凝土，水胶比从原推荐 配合 比的 0 5 0提 高至 0 5 3 ，采用 的胶凝材 料 比优 化前配合 比的胶凝材料减少 了 1 0 k g m ，接近规范 要求极限，混凝土绝热温升约降低 11 5，比原 工程使用 同设计等级 的三级配碾 压混凝土胶凝材料 减少 了71 0 k g i n ，较优 化前 四级配碾压混凝 土 具有较大经济优势 ，胶凝材料用 量的减少也简化 了 大坝混凝土的温控措施 ，降低 了大体积混凝土温升 带来的大坝开裂等一系列问题。 在沙沱水 电站现场工艺试验 中，虽然优化后 混 凝土胶凝材料用量减少 了 1 0 k g m ，但优 化前后 ， 碾压混凝 土泛浆效果 、抗分离能力 、碾压密 实性等 并无太大区别。在挡水坝段的上 坝施工 中，优化后 的碾压混凝 土不分离 、可碾性好 、碾压密实 、泛浆 充分、层问结合良好。2 0 1 2年 4月，在大坝四级配 碾压混凝土区成功取出直径 2 0 0 IT l m、长 l 8 5 4 i n的 四级配碾压混凝土芯样 ( 见 图 1 ) 。芯样表面光滑 、 致密 ，骨料分布均匀 、胶结优 良，证 明了四级配碾 压混凝土配合 比合理性与先进性 。 图 1 大坝四级配碾压混凝土芯样 6 结语 沙沱水 电站在 国内首次系统 全面地开展 四级配 碾压混凝土配合 比、性能及施工工艺试验研究 ，大 体积浇筑于百米级以上大坝获得成功。通过优化试 验，四级配碾压混凝土的水胶比从原推荐配合比的 0 5 0 提高至 0 5 3 ，所用胶凝材料比原推荐配合比的 减少 1 0 k g II 1 等，进一步降低碾压混凝土的胶凝材 料用量、降低碾压混凝土的水化热温升，简化了温 控措施 ，具有较大的技术经济效益，为碾压混凝土 四级配的推广应用提供一定的借鉴。 作者 简介 ：魏建 忠( 1 9 7 4一) ，男，福 建建 阳 人 ，高级工程师，从 事水利水 电工程施工工作 ；吴 水英( 1 9 7 5一) ，女，福建建阳人，工程师，从事水 利水 电工程施工工作 ；肖祖阔( 1 9 8 5一) ，男，福建 尤溪人，助理工程师，从事水利水 电工程施工工作； 颜瑜( 1 9 8 3一) ，男，福建连 江人 ，助理工程师，从 事水利水电工程施工工作。 简讯 第一次全国水利普查顺利完成 历时3 年的第一次全国水利普查顺利完成，普 查主要成果将在今年 3月正式向社会公布。本次水 利普查摸清了水利家底，填补 了重大国情国力信息 空白，完善 了国家基础水信息体 系。 水利普查是一项重大的国情国力调查，是国家 资源环境调查的重要组成部分。本次普查对象是我 国境 内流域 面积大于 5 O平方公里的江河和面积大于 1 平方公 里的湖 泊、所有 的水利 工程、水利机构 以 及重点经济社会用水户。本次普 查方法科学、调查 规范、数据翔实、质量可靠，取得 了丰富而宝贵的 成果。普查成果全 面反映 了我 国基本 国情水情，一 是摸 清了水利家底 ，获得 了反映我 国水资源及其开 发、利用、治理、保 护和 管理等基础资料 ；二是填 补 了国情国力信息空白，获得 了涉水资源环境信息， 查清 了大江大河、大 中型水利工程、中小河流、小 微型水利工程的基本情 况；三是 完善 了国家基础水 信息体 系，获得 了更为准确、细致、权威的基础数 据 ；四是形成 了一整套具有重要应 用意义的信 息体 系。这 些成果为准确判断水利发展现状、分析 江河 湖泊开发利用程度、评价水资源调控 能力、研 究供 用水变化规律提供 了更为翔实深入的资料，为社会 各界 了解水利提供 了丰 富信 息，为完善 治水 方略、 谋划水利改革发展提供了更为科学可靠的决策依据。 摘 自 中国水利网 21