蒲石河抽水蓄能电站闸墩多掺合料混凝土抗裂技术研究.pdf

2 0 1 0年第 7期 东北水利水 电 水利科研 文章编号 1 0 0 2 0 6 2 4 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 4 3 0 2 蒲石河抽水蓄能电站闸墩多掺合料 混凝土抗裂技术研究 孙晓奇 t ， 朱甲学 ， 方祖光 - ， 李艳萍 ， 马智法 ： ( 1 中国水利 水 电第二工程局有限公 司 ， 北京 1 0 0 0 1 1 ； 2 水利部寒 区工程技术研究中心 ， 吉林 长春 1 3 0 0 6 1 ) 摘要 通过对大体积混凝土抗裂性能影响因素的分析 ，确定蒲石河抽水蓄能电站下水库闸 墩抗 裂主要措 施是 ：在混 凝 土性能 满足设 计要 求的前提 下 降低胶 凝材料 用量和 水化 热温 升 。 提 高混凝土极限拉伸性能， 减小混凝土干缩， 从 而提 高混凝土的抗裂性能。 关键词蒲石河； 抗裂技术 ； 极限拉伸 ； 干缩； 掺合料 中图分类号 T V6 9 8 2 + 3 1 文献标识码 A 蒲石河抽水 蓄能 电站下水库闸墩采 用预 应力 混凝 土浇筑 ， 与 常规混凝 土相 比 ， 预应 力混凝 土具 有混凝土标号高 、 水泥用量高 、 胶凝材料 用量高 等 特点 ， 从 而导致混凝土浇筑后水化热温 升较 高、 干 缩较大 ， 存在开裂危险。结合蒲石河抽水蓄能 电站 下水库闸墩 的各项技术 要求进 行混凝土抗裂技术 研究 ， 通过 采用掺合 料双掺、 三掺及掺 粉煤灰前期 性能激发等新技术手段 ，研究 不同胶 凝材料组合 变化对混凝土性能 的影响 ，以达 到降低 混凝土 因 原材料、 配合 比等问题 而导致开裂 ， 增 加结构耐久 性能的 目的。 1 技 术路线 混凝土开裂的原因复杂， 是 多方面 因素共同作 用的结果 。根据已经掌握 的资料 ， 目前工程界防止 或控 制混凝土裂缝的措施主要有 以下几种 ： 1 ) 从设计 角度对结构合理分缝并配置抗裂筋。 2 ) 从科研角度对混凝土原材料和配合比进行 优化选择。 3) 从施 工角 度对混 凝土 的拌和 温度 、 入 仓 温 度 、 最大温升 、 内外温 差及降温速 率进行控制 。在 该次研究试验 中 ，主要通过采用混凝土原材料优 选、 配合 比优化、 掺合料组合优化等研究手段 ， 优 化混凝土材料 自身抗裂性能。 考虑大体积混凝土抗裂性能影响因素，确定 这次 大体积 混凝土 抗裂性能研 究指 导思想 为 ： 在 混凝土性能满足设计 要求的前提 下 ，采用合理的 胶凝材料组合和适 当减少单方水泥 用量 ，实现 降 低水化热温升 ， 提高混凝 土极 限拉伸性能 ， 减 小混 凝土干缩 ， 从而提高混凝土抗裂性能。实施过程中 具体掺合料组合方案及相应机理见表 1 。 表 1 掺 合料组 合方式 粉 煤 灰 粉 黼硅 粉粉 鬈 利用粉煤灰 利用粉煤 形态效应、 火 灰形态效 山灰活性效 组 合 机 理譬 窒 优化混凝 激发剂提前 土 性能。 激发粉煤灰 活 性。 山灰活性效 山灰活性效 应， 以 膨 胀 剂 应， 以 硅 粉 微 2 髻 奏 鍪誊 奏 鍪 篱 詈 耋 鏖 妻 窑 茹 麓 至 混凝土性能。 混凝土性能。 2 原材料选择和配合 比 2 1 原 材 料 1 ) 水泥。采 用抚顺水泥有限责任公 司生产 的 浑河牌 P MH4 2 5级 中热硅 酸盐水泥 ，水泥各 项 指标满足 国标要求。 2) 粉煤 灰。采用丹东 华丹粉煤灰有 限公司生 产的粉煤灰 ，粉煤灰各项性能均满足 DL T 5 0 5 5 2 0 0 7 ( 水工混凝土掺用粉煤灰技术规范 要求。 3) 粉煤灰激发剂。 粉煤灰激发剂可 以加快粉煤 灰的水化速度，有效提高大掺量粉煤灰混凝土的 前期性能。且可起到控制高性能混凝土水化热温 升的作用。这次研究粉煤灰激发剂采用甘肃巨才 电力技术有限责任公司生产的 H F外加剂。 4) 膨胀 剂 。采用新中州 HE A一1 膨胀剂 ， 作为 4 3 水利科研 东北水利水电 2 0 1 0 年第 7 期 这次研 究用膨胀剂 。 5 ) 硅粉 。采用挪威埃肯集团材料公司生产的 硅粉。 6 ) 外加剂。 聚羧酸系高效减水剂， 采用陶正化 工( 上海 ) 有限公司生产的 S P , 3 超塑化剂： 萘系减 水剂，采用北京筑之坝混凝土材料有限公司生产 的Z B 一 4 高效引气减水剂。 7 ) 纤维。采用江苏丹阳合成纤维厂生产的丹 强 丝 。 8 ) 骨料。采用蒲石河抽水 蓄能 电站现场生产 各种 骨料 ，天然砂及 粗骨料 品质均符合 D L T 5 1 4 4 2 0 0 1 ( 水工混凝土施工规范 的规定。 2 2 配合比 大体积 防裂混凝土在满足设计要求的强度、 抗 冻 、 抗渗等级 的前提下 ， 必须尽可能 的降低水泥用 量及混凝土胶 骨比。综合考虑骨料级配 、 砂率 、 水 胶 比、 用水量 、 粉煤灰掺量 、 膨胀 剂掺量等对 混凝 土性能的影响 ， 该次研究二级配 、 三级配混凝土配 合比如表 2 、 表 3所 示。 3 试 验结果及 分析 该次研究 的各组配合 比抗冻抗渗 、抗 冻性 能 试验均满足工程设计 要求 ，这部分主要针对防裂 技术进行抗压强度、 极限拉伸、 混凝土干缩的试验 成果分析 。 3 1 抗压强度 在工程应用中 ，混凝土抗压 强度是评价 混凝 土性能的基础 ，同时也是评价混凝土性能的重要 参考因素。骨料级配、 水胶比、 外加剂品种、 掺合料 品种及 掺量等 因素均 能对混凝土抗压强度性 能产 生较大影响， 在这次试验研究中， 着重比较了不同 外加剂品种及不同掺合料组合条件下混凝土的抗 压强度性能变化。 经 比较得 出如下结论 ： 改 变掺合料组合 ， 混凝 土抗压 强度存在较 大差异 ，其 中粉煤灰+激发剂 、 粉煤灰+ 硅粉混凝土抗压强度相对较高， 较基准混 凝土及粉煤灰混凝土略有提高，其余胶材掺合料 组合混凝土 2 8 d抗压强度之间的差异并不明显。 当混凝土配合 比各相 关参数基本相 同时 ，外 加剂 为 S R 3的混凝土抗压强度， 略高于外加剂为 Z B 一 4的混凝土， 但是当在混凝土中掺入纤维后， 采用 4 4 表 2 二 级配混凝 土试验配 合比 单 方 外 加 剂 品 纤 维 粉煤 硅粉 膨 胀剂 电 掺 合 料组 合 水 灰 匕 用 水 量 种 及 掺 量 掺 量 灰 掺 量 掺 量 掺 量 ， k g ， ( ) ( ) ， ( ) ， ( ) “ 尢0 3 8 l 0 0 Z B 一 4 0 7 0 0 0 0 3 0 粉 煤 灰0 3 5 9 1 一 4 0 7 0 2 5 0 0 3 0 粉 嘶 舛銎 。 。 耪煤 灰 + 膨胀 j ij 0 3 5 9 2 Z B 一 4 0 7 0 25 0 6 3 0 粉 煤 灰 + 硅 粉 + 膨 胀 剂0 3 6 9 7 Z B 一 4 1 0 0 25 8 6 3 0 粉 煤 灰 9 2 2 5 0 o 3 0 粉 燥 灰 + 膨 胀 剂 5 9 2 2 5 0 6 3 0 粉黻 + 硅 粉 + 膨 胀剂o 3 6 9 7 2 5 8 6 3 0 Z B一 4外加剂的混凝土抗压强度 ，反 而高于采 用 S P , 3外加剂的混凝土。 3 2 混凝土极限拉伸 极 限拉伸值作为混凝 土抗裂性指标 ，在 其它 条件相同时， 混凝土的极限拉伸值越高， 其抗裂性 越好。在宏观层面上， 混凝土极限拉伸性能主要受 混凝土骨料性能、 水泥石性能及胶骨比的影响。 试 验结果见表 明， 当外加剂采用 S R 3时 ， 混凝 土的极 限拉伸值略优于采用 Z B 一 4的混凝土 ，但是其整 体差异并不大。纤维的掺入，对混凝土的 2 8 d极 ( 下转 第 5 9页 ) 2 0 1 0年第 7期 东北水利水电 工程建设与管理 上 ， 连 接墩是钢 筋混凝 土结构 ， 且座落 在 岩基 上 ， 垂 直位移极小 ： 防浪墙 1 4 1 T I 长 ， 右 端随坝体 沉 降 下移 ： 按照图 5中经验沉降过程线趋势判断 ， 该段 防浪墙下部与沥青混凝土心墙会发生脱离，呈三 角形 ， 左端脱离最大处约 9 6 m m( 1 5 2 7 1 4 3 1 = 9 6 nu n) o 同理 ， 因防浪 墙长 1 4 1 T I ， 高 3 7 m， 混凝 土路 面 以下 2 5 m、以上 1 2 m。右高左低的不均匀沉 降， 产生了图 2中 1 1立面 图表象。 工 ，此时的心 墙高程 2 0 0 0 0 m和 2 1 0 O 0 m 处 ， 已 经分 别沉 降约 7 0腓 n和 8 6 n u n， 此后这两个部位 的沉降分别约 1 2 n 1 n 1 和 1 6 r m ( 根据沉降经验过 程线 ) ， 而处于坝顶高程 2 2 1 m的沉降实测值分别 为 1 0 9 m m和 4 9 m m，均大于心墙高程 2 0 0 0 0 m 和 2 1 0 0 0 m处 的沉 降值 ，故不会产 生沥青混凝土 心墙 受拉断裂现象。 【 收稿 日 期】 2 0 1 0 - 0 3 一 O 1 2 ) 由于坝顶混凝土路面是 2 0 0 6年 6月 1 7日施 ( ( 上接第 4 4页) 限拉伸性能 影响不大。 3 3 混凝土干缩 解决混凝土干缩的主要路径为：掺入适量 膨胀剂， 补偿部分混凝土收缩： 优化混凝土胶材 组合 ， 提高水泥石 的内部密 实度 ； 选择适 当的外 加剂品种 。当掺合料组合为粉 煤灰+ 膨胀剂 时 ， 混 凝土干缩值 最小 ， 基准混凝 土干缩值最 大 ， 其余掺 合料组合 的混凝 土干缩值 介于二者之 间。与基准 混凝土相 比 ，粉煤灰 + 膨胀 剂混凝土 2 8 d干缩率 降低约 2 0 ， 6 0 d干缩率 降低约 2 3 。与粉煤灰混 凝土相比 ，粉煤灰 + 膨胀剂混凝 土 2 8 d干 缩率降 低约 1 2 ， 6 0 d干缩率降低约 2 0 。同时外加剂品 种对混凝土干缩性 能也 有较大影 响。采 用 S R3外 加剂配制的混凝土干缩性 能 ，优于采 用 Z B一 4配 制的混凝土， 其 2 8 d ， 6 0 d 干缩率比 Z B 一 4混凝土 降低约 2 0 。 4 混凝 土抗 裂技术 最佳 方 案选择 在混凝土抗压 强度、 抗渗 、 抗冻性能满足 工程 要求的前提下，大体积混凝土抗裂技术最佳方案 的选择主要是比较各方案通过混凝土干缩、极限 拉伸和水化热温升计算所得单位线性变化值 ， 选 择其最小值作为最优方 案。 通过计算 ，得 出不 同配合 比混凝土的 单位线 性变化值 ， 具体计算结果见 图 1 、 图 2 。 综合分析图 1 、 图 2 ， 采用聚羧酸系高效减水 剂采用陶正化工( 上海 ) 有限公司生产的S R3 超塑 化剂，萘系减水剂采用北京筑之坝混凝土材料有 限公 司生产 的 Z B一 4高效引气减水 剂 ，掺合料组 合为粉煤灰+ 膨胀 剂 ， 无需掺合纤维时单位线性变 ， 2 制 舛 T 2 螺 ： 叶 图 1 二级 配混凝 土 2 8 d单 位线性 变化值 分析 图 口 类 图 2 三级 配混凝 土 2 8 d单位 线性变 化值分析 图 化值最小 ， 推荐其为最优抗裂技术方案。 5 结语 结合工程 实际在其它各项性能满足设计要 求 的前提 下 ， 根 据试验研究 结果得 出， 粉煤灰 + 膨胀 剂的掺合料组合 混凝土抗裂性能 ，优于其它掺合 料组合的混凝土。在施工过程 中应注意原材料 的 称 量精度 ， 尤其应控 制水泥 、 粉煤灰 、 外加 剂的称 量精度 ， 避免 混凝 土质量 出现较大波 动 ， 同时 ， 应 采取适当措施降低混凝土拌合物浇筑温度和注意 闸墩混凝土施工后近期和长期养护，从而尽可能 降低混凝土内外温差 ， 以防止水分散失， 避免由于 温度和湿度梯度产生裂缝。 【 收稿 日期】 2 0 1 0 0 3 0 9 5 9