浅析面板混凝土配合比试验的注意事项.pdf

浅析面板混凝十配合比试验的注意事项 摘要 关键词 梁艳 萍 ( 中国水 电建设集团第十五 工程局有限公 司科研设 计院 陕西 成阳 7 1 2 0 0 0 ) 本文主要结合青海积石峡 的面板混凝土 配合 比试验研究 ， 从七个方面探讨 了室 内面板配合 比试 验 应注意 的问题， 对解决混凝 土面板裂缝 问题有着重要意义。 面板混凝土； 配合 比； 试验研究 中图分类号 ： T V 4 3 1 文献标识码 ： B 积石峡水电站位于青海 省循化县境 内 的黄河 干流积石峡 出 口处 ， 该工 程是 以发 电为 主 ， 兼 顾灌 溉 、 防 洪等综 合 利用 的水 利枢纽 丁程 。工 程规模 为 等 大( 2) 型 ， 大 坝 为 I级 建 筑物 ， 泄水 建筑 物 、 引水 发 电及 厂房均为 级建筑物 。积石 峡水电站 大坝坝顶 高程 为 1 8 6 1 m，最 大坝 高 1 0 1 m， 坝顶 全长 3 5 5 5 m， 坝顶 宽 l O n ， 坝顶上游侧 设 5 2 m高 “ L ” 形混 凝土 防浪墙 ， E游 坝坡 I ： 1 5 ， 下游坝坡 1 ： 1 4 ， 混凝土面板一次性施 工完成 。 黄河积石峡水 电站 程 面板 混凝土配 合 比技术要求 见表 1 混凝土面板的裂缝问题是水利界普遍 关注的问题 。为了解决积石峡水 电站面板 裂缝 问题 ， 受业 主委托 成立 了研究小组 ， 进 行 了长达 8个月的试验研究 。本 文结 合青 海积石峡面板混凝土配合 比试验 ，对室 内 混凝土配合 比试验研究的关键问题进行 总结和探讨： 1 优 选原 材料 原材料选 用原则是通过 凋查 ，确定 H 质量合格 、 产量稳定 、 易于供 应 、 经 济合理 的材料供应商 。 1 1 水 泥 水泥 的各项物理 力学化学 指标 均应满 足规范要求 。本次为了降低 混凝土的水化 热选择 了甘肃永登水 泥厂生产 的“ 祁连山” 牌 4 2 5中热硅酸盐水 泥，所检测的指标满 足 中热硅酸盐水泥 低热硅 酸盐水泥 低 热矿渣硅酸盐 水泥 ( G B 2 0 0 2 0 0 3 ) 巾中热 硅 酸盐水 泥的相关技 术要求 。水化热 1天 1 5 0 k J k g ， 3天 2 1 5 k J k g ， 5天 2 4 4 k J k g ， 7 天 2 6 9 k J k g 。 1 2掺和料 掺 和料为粉 煤灰。本次试验为 了减少 用水 量，选用 了甘肃永登连电粉煤灰 有限 公 司的 I 级粉煤灰 ， 需 水量为 9 4 ， 各项物 理化学指标也符合规范要 求。 1 3骨料 ( 1 ) 细骨料 ： 砂子 的细度 模数影 响混凝 土的砂率和用水量 ， 砂 率高用水量大 ， 坍落 度损失快。砂率偏低容易产生泌水 和离析 。 采用人工砂 ，细度 模数宜在 2 42 8范周 内 ， 但 由于岩性 的原 因， 料 场生产砂子细度 模数在 2 8 3 1 之 间 ， 细度模数 满足要求在 2 6时 ， 石粉含量 又超 出规范要 求 ， 通 过试 验研究 ，采用人工砂与河砂制 成混合砂解 决了这个 问题 。 ( 2 1 粗骨 料 ： 粗 骨料 大 于 4 4 n m 的含量 超过要求 ， 试验 中筛除 ， 并 建议 改进碎石加 丁系统 ， 施丁过程 中严格控制 超逊 径含量 ， 特 别 是超 径含 量大 会 影响 混凝 土 的均 匀 性 容 易造成混凝土的分离 。 粗骨料各项指 标 均符合 水 混凝土施 T规范 的要求 。 1 4外加剂 为 r改 善混凝 土性 能 ，提高混凝 土质 鼍 ， 减少水泥 用量 ， 降低 水化热 ， 本次试 验 选 用 了 高性能减水剂。 2提高混凝土和易性 和易性 良好 的混凝 土 是指 既 具 有 满 足施 丁要求 的流动性 ， 又具 有 良好的粘 聚 性和保水性 。良好的和易性 既是施： 的要 求 ， 也是获得 质量均 匀密实 混凝 土的基 本 保证 。 本次试验研究为 了获得 和易性 良好 的 混凝 土 ， 试验前 对砂 率 、 骨料 最佳级 配 、 外 加剂掺量 、 粉煤灰掺量 、 用水 量等进行 了全 面优选， 保证 混凝土 的性能 良好 。 根据参 数选 择试验时的混凝土拌和物坍 落度和含 表 1 面板混凝土配合 比设计要求 气量损失 ，并结合1 一 地现场 的实际施工情 况 ，面板混凝土拌和物 出机坍 落度控制在 ( 5 0 7 0 ) in lri l ， 含气量控制在 6 7 ， 以保 证人仓成型时 的含气量在 4 5 5 5 。 3混 凝土 配合 比试 验设计 根据试验计 划 ，试验 中考虑 了 个水 胶 比 ( 0 3 7 、 O 4 0 、 0 4 4) ，两 个粉煤 灰掺 量 ( 2 0 、 2 5 ) ， 两种 厂家 外加剂 ， 还 有两种用 于抗 裂的外 加剂( 减缩剂和增密剂 ) 几个因 素 ， 用正 交设计- 理的安排试验 ， 并取得 每 组试验所需 的所有 试验参 数 ，如混凝土拌 和物的粘聚性 、 和易性 、 坍落度、 含气量、 凝 结时 间 、 密度等指标 ， 在各项指标均满 足要 求 的前 提下 进行 所需 龄 期 的各 类试 件 成 型 。若混凝 土拌 和物的物理性能达不到设 计要求 ， 进行 调整后再行 试拌 ， 直至满足混 凝土参数要求 。 对每 一个 系列均 成型 了 7天 和 2 8天 的抗 、 劈裂 、 抗弯 、 极 限拉 伸 、 轴压等力学 试件 ，对 O 4 0 、 O 4 4水胶 比成 型了抗 冻 、 抗 渗试件 ，对 0 4 0水胶 比成型 了自生体积变 形 、 线胀系数和干缩 湿胀试 件。在力学性能 和耐 久性都满足设计要求 的条件下 ，对各 种性 能都较 好 的 7、 H 3 5系列进 行 了绝 热温升 、 比热 、 导 温系数 、 导热系数试验。 4混凝土配合 比的抗裂综合分析 混 凝 土的抗 裂 性 能是 混凝 土 的一 项 综 合指 标 ， 与抗 拉 强度 、 极 限拉 伸 变形 能 力 、 抗拉 弹性 模量 、 自生体 积变形 和干缩 、 混 凝 土 的绝 热 温升 、 徐 变度 、 热 学性 能 等 等有关 。 在进行混凝 土的抗 裂分析时 ，没有 一 个直接 的物理参数能 够完全表征混凝土材 粉煤灰掺量 极 限拉伸值 强度保证率 坍落度 砼强度等级 级配 水 泥 外加剂 水胶 比 人仓方式 ( ) (X 1 0 ) ( ) ( ( 2 11 3 ) 永登中热水 I C 2 5 W1 2 F 2 0 0 2 0 2 5 掺 0 4 5 l 9 O 35 溜槽 人仓 泥 P MH4 2 5 O 、 J ( J 、 、 o 表 2 推荐混凝土施工配合 比表 试验 每方混凝土用量( k n 减水( ) 剂引气剂 增密 编号 水胶 比 砂率( ) ( 万 ) 剂( ) 水 水泥 粉煤灰 砂予 小石 中石 H3 5 0 4 0 3 9 l 】 5 2 l 6 7 2 8 0 3 6 2 8 6 2 8 0 6 0-4 2 0 料的抗裂性 。本次采用 以下三个指标 ， 从不同 的物理特性反映混凝土的抗 裂性能 。 4 1 极限抗拉强度 在大坝温度控制设计 中 ，以混凝土 的抗 拉强度作为抗裂能力的评价 。 f p = E 印 式中 ， 混凝土抗拉强度 ， MP a ； E 混凝土的抗拉弹性模量 ， MP a ； 印混凝土极限拉伸变形 。 极限抗 扣强度 与极 限拉伸 变形 成正 比 ， 极限托伸变形越大 ， 抗裂性 能越好 。 4 2热强 比 在某一龄期时每立方 米混凝土的发热量 与抗 拉强度之 比。热强比越低混凝土 的抗 裂 性越好 。 c ： n) 式中 ， C 一 热强 比， k J MP a ； 混凝 土抗拉强度 ， MP a ； C p水泥 或胶凝材料 的最终水化 热 ， k J k g ； 4 3抗裂系数 = 盟 t 式中 ， K 为混凝 土抗裂系数 ； 混凝土抗拉强度 ， MP a ； 卜混凝土的抗拉弹性模量 ， MP a ； 混凝 土极限托伸变形 ，数量级为 1 0 ； 为 昆凝 土干 缩 变 形 ，数 量 级 为 1 0 混凝土的抗裂 系数越 大，混凝土 的抗 裂 性越好 本次试验 研究 ，通过 对 H1 1 、 H1 7 、 H 2 9、 H 3 5四个系列的抗裂综合分析 ， H3 5系列抗 裂 性最好 ， HI 7次之 。 5混凝土配合比的优化设计 通过对混凝土力学性能 、 抗 裂性能 、 耐 久 性 、 热学性能等进 行综 合分析 ， 最终提 出了推 荐混凝土施工配合 比， 参 见表 2 。 2 0 0 9年 1 1 月 2 8 13 2 9 13，在积石 峡水 电站 工程现场对推荐 的面板 混凝土配合 比进 行 了 现场验证试验 ，试验 内容包括混凝 土的 拌和物和易性、混凝土的坍落度和含气量损 失、 水平运输、 溜槽人仓情况等项 目。 试验时气温为 3 、 相对湿度为 4 5 ， 各种 原材料 的温度分别是水泥 7 、 粉煤灰 7 、 砂 子 2 o c、 小石 2 、 中石 3 、 水温 4 8 ， 大风天 气 ，混凝 土的出机温度 9 ，仓面温度 2 和 5 ， 到达仓面时间分别为 8 mi n和 1 4 mi n 。 现场试验看 ，推荐配 合比混凝土拌 和物 和易性好 、 现场溜槽人仓无骨料分离现象 配 合比的施 _ T 性能 良好。 6提高混凝土施工质量的其他措施 要防止面板 裂缝 ，还 要针对引发 面板混 凝土裂缝 的外 凶干缩 、 冷缩 、 变形及 约束 等制定相应 的施T技术措施 ，改善面板 施T 环境和施1 _ 丁艺。 ( 1 ) 选择合适 的施工时 间 ， 建 议选择在 4 月 6月进行面板施工。 其 一是坝体 自然沉降 时间达到 36个月后 ，进行面板混凝 土的施 _T， 可以减少坝体沉降过大导致面板结构性裂 缝 的产生 。其二 ， 4月 6月气温适宜 ， 湿度较 大， 避开 了高温 、 负温 、 多雨 、 大风季节 。 ( 2 ) 确保混凝土浇筑质量。在加强各种原 材料质量控制的前提下， 加强拌和物质量的控 制 ， 控制混凝土 的坍落 度在 3 c m5 c m( 夜 间 ) 或 5 c m7 e m( 白天 ) ， 保证 昆凝土拌和物质量 的均一性和稳定性。 ( 3 ) 加强 面板混 凝土 的保湿 、 保 温养护 。 采用 温水 养护 使 其 内 、外 温差 尽 量控 制在 I 5 以内 ， 使 由于 内 、 外温差导致砼出现裂缝 的可能性大大减少 。 7结 语 青海积石峡混凝土面板施 工已完T ， 浇筑 的混凝 土未 出现裂缝 ， 实践表明通过科学的混 凝 土配合 比研究与优化 ， 精心的组织管理和严 格的过程控制 、 及时周到的养护等一 系列工程 措施， 可以显著提高混凝土自身的抗裂能力， 减少外界对面板混凝土的影响， 实现面板混凝 土浇筑后无 裂缝 的目标。陕 西水 利 ( 责任编辑 ： 黄灵芝 ) 2 5涌砂 涌砂的发生 与土层类 别和地下水 动水压 力有关 。 存粉 、 细砂 土层 中下 沉沉 井 ， 如采用 排水取 土法 施工 ， 极 易产生 流沙 现象 一如施 工不 采取 适 当措 施 ， 就会在 下沉过程 巾造成 倾斜 、 超沉 、 破坏井 体等难题 ， 对施 T 极为不 利。 有时虽然对沉井本体未造 成影 响 ， 但 F h于 井 内抽水导致 砂土流失 、井外砂 土大量涌人 井 内， 而致 升外 土体塌 陷失稳 ， 严重时 对周边 建筑物造成 不利。 为防止 涌砂 发生 ， 可改变施 f 方法 ， 变排 水挖土为不排水挖土 ， 在沉井周围采用井点降 水 ， 改变地下水水力梯度 。 在发生流沙时 ， 可向 井 内灌水 ， 以改变地下水动水 压力 条件 ， 破坏 流沙产生的水力条件 ， 达到降低流沙破坏的 目 的。对于大型沉井 ， 采取井点降水更是防止流 沙 、 稳定土层 的有效手段 。 在沉井下沉施工前， 采用化学灌浆 、 高喷 、 粉喷 、 电硅化法等T艺在 井壁外侧形成一定范 同内相对稳定的土层 ， 也 是一些工程采取 的成功措施 。 2 6井体开裂 井体产生开裂 的原因是多方面的 ， 但往往 与人为的主观因素有关 。有结构方面的原因 ， 如配 筋不足 、 砼强度偏低 、 井体 预制施T 质量 问题等 也有下沉施工 中井体受力不均或超负 荷受 力造成的开裂。为避免井体裂缝 ， 在井体 预制 阶段应加强质量控制 、 精心施T。下沉施 l r 要安排在井体砼强 度达标后进行。 下沉过程 中应加强观测 ， 出现偏沉 、 下沉 困难 、 流沙等事 件时及时采取正确措施 ， 避免井体受力不均或 超负荷受 力等。 3结语 沉井施T是一项实践性 很强 的施工技术。 为保证沉井的顺利下沉和井身的稳定性， 必须 具备详尽 的地质钻探资料。施工前 ， 应充分掌 握地层地质状况， 重点探明地下水、 障碍物， 了 解下沉过程 中是否会遇到流沙 、 淤泥等不利地 质条件 ， 选定下沉方 法 ， 演算各 阶段 的下沉系 数 ， 制定切合实 际的施工方案 ， 提 前做好应急 措施 的准备工作 。 施T 中加强管理 ， 精心安排 ， 严格按设计 和规范进行施T ， 控制好井体制作 质量。另外 ， 下沉过程 中还应尽可能保持均匀 下沉 ， 并随时观测 ， 出现问题及时处理 。 这样才 能避免重大事故 的产生 ， 保证沉井施工 的顺利 进行。陕西 水利 ( 责任编辑 ： 黄灵芝)