溧阳抽水蓄能电站混凝土配合比优化.pdf

水 力 发 电 第 3 9卷第3期 2 0 1 3年3月 溧阳抽水蓄能电站混凝土配合 比优化 兰 肃 ，吴书艳 ( 1 中国水利 水 电建设 工程咨询 西北公 司 ，陕西西安 7 1 0 0 7 5 ； 2 江苏 国信溧 阳抽水蓄能发 电有 限公 司，江苏 溧 阳 2 1 3 3 3 4 ) 摘 要 ：溧 阳抽水 蓄能 电站初期混凝 土配合 比试验 表明，与同标准混凝土 比较 ，单位胶凝材料及用水量较 大，且抗 冻指标难 以满 足设计要求 ，分析其原 因为砂石 骨料 石粉含量 高所致 。通过 加强料源 开采 的管理 、改造砂石 加工 系统 等措 施 ，降低 了骨料 中小于 0 0 7 5 m m颗粒的含量 ，并提 出了混凝土优化配合 比，满足了用水量 和抗冻指标要求 ，降 低了胶凝材料用量 达到了经济 目标 。 关键词 ：人工砂 ；骨料 ；混凝土配合 比；石粉含量 ；溧 阳抽水蓄能电站 Optim i z ation of Co nc r e t e M i x Pro po r t i o n i n Li ya ng Pum pe d -s t o r ag e Powe r St atio n LAN S u ，W u S h uy a n ( 1 Hy d r o C h i n a En g i n e e r i n g Co n s u l t i n g Xi b e i C o ， L t d ， Xi a n 71 0 0 7 5 ， S h a a n x i ， C h i n a ； 2 J i a n g s u G u o x i n L i y a n g P u m p e d S t o r a g e P o w e r G e n e r a t i n g C o ， L t d ， L i y a n g 2 1 3 3 3 4 ， J i a n g s u ， C h i n a ) Abs t r a ct ：Th e e a r l y c o n cr e t e mi x pr o p o r t i o n t e s t e s f o r Li y a ng Pu mp e ds t o r a g e Po we r St a t i o n s h o w t h a t ，c o mpa rin g wi t h s t a n d a r d c on c r e t e ，t h e c e me nt a n d wa t e r ut i l i z a t i o n i n c on c r e t e i s l a r g e r a n d t h e f r o s t i n d e x e s a r e d i f f i c u l t t o me e t de s i g n r e qu i r e me nt s Th e s t ud y s ho ws t h a t h i g h e r p o wd e r c o n t e n t i n g r a v e l a g g r e g a t e i s t he c a us e By s t r e ng t he n i ng r a w ma t e r i a l mi n i ng ma n a g e me n t a nd t r a ns f o r mi ng a g g r e g a t e p r o c e s s i ng s y s t e m t o r e d uc e t h e c o n t e n t o f pa r t i c l e s wi t h a s i z e l e s s t ha n O07 5 mm i n a g g r e g a t e，a nd o pt i mi z i n g t he mi x pr o p o rti o n o f c o n c r e t e ，t h e wa t e r u t i l i z a t i o n a n d f r o s t r e s i s t a nc e o f c o nc r e t e me e t t he r e q u i r e me n t s o f d e s i g n ， a n d t h e c e me n t u t i l i z a t i o n i s r e d u c e d t o a c h i e v e e c o n o mi c t a e t Ke y W o r d s ： a r t i f i c i a l s a n d ； a g g r e g a t e ； c o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n ； p o wd e r c o n t e n t ； L i y a n g P u mp e d - s t o r a g e P o we r S t a t i o n 中图分类号 ： T V 4 3 1 ( 2 5 3 ) 文献标识码 ： A 文章编号： 0 5 5 9 - 9 3 4 2 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 8 8 0 4 1 初期混凝土配合比试验 1 1 主要 混凝 土配 合 比设计 要求 溧 阳抽 水 蓄 能 电站 丁 程 使用 的混 凝 土主 要 性 能 参 数 为 ：设 计 强 度 等 级 为 C 2 5、C2 0，设 计 抗 冻 等 级 FI O 0，设计 抗 渗等级 w8 。 在 工 程 可研 阶段设 计 利 用 本地 材 料 进行 了混 凝 土 配 合 比研 究 ， 提 出 了 参 考 混 凝 土 配 合 比 。 中 田 村 树 管 料 场 中 炭 质 灰 岩 和 结 晶 灰 岩 两 种 岩 石 加 工 的 人 T 砂 所 配 制 的 混 凝 土 单 位 用 水 量 和 单 位 胶 材 用 量 存 在 一 定 差 异 ，具 体 如 表 1所 示 。 1 _ 2 初 次混 凝土 配合 比试 验 本次 混凝 土 配 合 比试 验 所 使用 的水 泥 为安 徽 海 螺水 泥 厂生 产 的 P 0 4 2 5普通 硅 酸 盐水 泥 ，粉 煤灰 为 镇 江 华 源 公 司 供 应 的 一 级 粉 煤 灰 ，减 水 剂 采 用 浙 江 五 龙 的 Z W L A 型 高 效 减 水 剂 ， 引 气 剂 采 用 石 家 嘲W e t t e r P o w e r V o 1 3 9 N o 3 庄 中伟 建 材 有 限公 司生 产 的 DH一 9 A 引气 剂 ，所 用 的 混 凝 土 骨 料 为 中 田村 树 管 料 场 丌 采 的 炭 质 灰 岩 所 加工 的碎石 及 人 工砂 。经 检 验 ，原 材料 质 量 均符 合 相 关 规 范 要 求 。 依 据 DL T 5 3 3 0 - 2 0 0 5 水 工 混 凝 土 配 合 比 设 计 规 程 ，进 行 了 室 内混 凝 土 配 合 比设 计 试 验 ，最 终 确 定 的 混 凝 土 配 合 比成 果 见 表 2 、3。从 表 2可 以 看 出 ，初 次 试 验 确 定 的 配 合 比 与 设 计 提 供 的 参 考 配 合 比( 表 1中 L T X5配合 比)相 比 ，水胶 比基 本 一致 ， 但 其 单 位 用 水 量 高 达 2 0 2 k g ， 是 设 计 参 考 值 的 1 5 倍 ， 胶 凝 材 料( 水 泥 +粉 煤 灰 ) 的 用 量 也 提 高 了 5 0 。从 表 3可 以看 出 ，试 验 配 合 比混 凝 土 抗 压 强 收 稿 日期 ：2 0 1 3 - 叭 一 O 8 作者简介 ：兰肃 ( 1 9 7 6) ，男 ，湖北 宜昌人 ，工程师 ，从事 水 电工程试验检 测工作 身弓j 奄 身弓j 朋 二 R ， 守 ： 阴i P 口 出 J 邑 目E 吧 如 髓 上 巴口 D DI U I 编 号 辇 曩 水 胶 比 篆 强 篇 强 抗 渗 等 级 抗 冻 等 级 极 限 1拉0 -伸 值 轴 拉 强 度 M P a 静 萋 性 度 、抗 渗 等 级均 满 足 设计 要 求 ，但 混凝 土抗 冻 等 级 不 满 足 设 计 要 求 。 2 原因分析 对 混 凝 土 配 合 比试 验 所 反 映 的 混 凝 土 单 位 胶 凝 材 料 用 量 高 、抗 冻 性 能 不 佳 的 原 因 进 行 了 分 析 ， 基 本 排 除 了 水 泥 、粉 煤 灰 、外 加 剂 的 影 响 ，初 步 判 断 由砂 石 骨 料( 主 要 是 人 工 砂 ) 所 致 。 故 从 砂 石 骨 料 的 料 源 、 生 产 工 艺 、 成 品 骨 料 的 品 质 等 方 面 进 行 了 调 查 。 2 1 料场 特点 溧 阳抽 水 蓄 能 电 站工 程 料 场 位 于 电站 东 南 的平 桥 镇 中 田 村 ，有 用 料 岩 性 以 炭 质 灰 岩 和 结 晶 灰 岩 为 主 。 两 种 岩 石 物 理 特 性 见 表 4。 表 4 岩石物理力学性能 从 试 验 成 果 看 ，两 种 岩 石 平 均 饱 和 抗 压 强 度 均 达 到 4 0 MP a以 上 ，基 本 满 足 规 范 对 石 料 强 度 的 要 求 ，但 岩 石强度 不 高 。结 晶灰岩 的 软化 系数 均在 0 8 以 上 ，波 动 较 小 。 炭 质 灰 岩 的 软 化 系 数 波 动 较 大 说 明 料 场 的 结 晶 灰 岩 的 物 理 特 性 差 异 小 、品 质 稳 定 而 炭 质 灰 岩 的 物 理 特 性 差 异 较 大 。 从 料 场 已 揭 露 的 地 质 断 面 看 料 场 岩 石 裂 隙 发 育 并 夹 有 胶 泥 爆 破 后 胶 泥 与 岩 石 粘 连 在 一 起 难 以 分 离 ，对 砂 石 骨 料 开 采 强 度 和 生 产 质 量 影 响 较 大 。 2 2砂 石骨 料生 产 工艺 溧 阳 抽 水 蓄 能 电 站 砂 石 骨 料 加 工 系 统 采 用“ 干 法 ” 工 艺 生 产 ， 仅 在 成 品 大 石 、 中 石 、小 石 的 出 口 加 水 淋洗 降尘 ，所 产 生 的废 水 经 过 系统 内 的废水 处 理 系 统处 理 后 循 环 使用 ，实 现 废水“ 零 ”排 放 。 系 统 生 产 的成 品砂 由粗碎 、中碎 车 间 的破 碎 机产 生 的 砂 和 中 碎 车 间 的 锤 头 破 碎 机 、 细 碎 车 间 的 立 轴 破 产 生 的砂 三部 分 混 合 ，混 合 后 的砂经 过 选 粉 机剔 除部 分 石 粉 而 成 。 2 3砂 石骨料 的 品质 由 于 砂 石 加 工 系 统 主 要 采 用 立 轴 破 制 砂 及“ 干 法 ” 工 艺 生 产 ， 所 生 产 的 砂 基 本 属 于 粗 砂 范 畴 且 石粉 含量 较 大 。经检 测人 工砂 的主要参 数见 表 5 。 表 5砂石加工 系统改造前人工砂品质 D 51 4 4 2 0 01 水 工混 凝 土施 工 规 范 对 人 工 砂 石 粉 的 定 义 为 小 于 0 1 6 mm 颗 粒 ，并 对 其 含 量 进 行 了 限 定 ， 为 6 1 8 ，该 标 准 未 明 确 限 定 小 于 0 0 7 5 mm 颗 粒 的 含 量 。 而 GB T 1 4 6 8 4 2 0 1 1 建 设 用 砂 中对 人 工 砂 石 粉 的 定 义 为 小 于 0 0 7 5 mm 颗 粒 ，且 进 一 步 根 据 亚 甲蓝试 验( MB值 )判 断 究 竟 W a t e r P o w e r V o 1 3 9 N o 3圜 小 J 仅吧 2 U1 3年 3月 属 于石粉 还 是泥 ，对其 含量 进行 了限定 依 据 DL r I 1 5 1 5 1 2 0 0 l 水 工 混 凝 土 砂 石 骨 料 试 验规 程，小于 0 1 6 mm 颗粒 的检测 方 法是将 人 工 砂 样 品烘 干后 放 在 标 准筛 中筛 分 由于 砂 烘干 后 粗 颗 粒 上 黏 附 了 很 多 细 粉 无 法 分 离 ， 因 此 该 数 据 不 能 准 确 的 反 映 石 粉 的 实 际 含 量 。 而 小 于 0 0 7 5 mm 颗 粒 的 检 测 方 法 是 将 人 工 砂 样 品 烘 干 后 浸 水 淘 洗 ，将 浑 水 倒 入 0 0 7 5 mm筛 上 面 ，滤 去小 于 0 0 7 5 mm 的颗 粒 。 由 于 两 种 检 测 方 法 的 差 异 造 成 了 小 于 0 1 6 mm 颗 粒 的 含 量 比 小 于 0 0 7 5 mm 颗 粒 的 含 量 少 的 反 常 情 况 。但 小 于 0 0 7 5 mm 颗 粒 的平 均 含 量 已 超 出 GB T 1 4 6 8 4 - 2 0 1 1 建 设 用 砂 的 限 定 范 围 。 人 工 砂 中 小 于 0 0 7 5 mm 颗 粒 的 MB值 基 本 都 小 于 1 4， 属 于 石 粉 。 有 小 部 分 MB值 超 过 1 4属 于 碳 泥 ，染 手 且 有 粘 性 。MB值 过 大 主要 是 因为 料 场 岩 石 裂 隙 发 育 夹 层 较 多 ， 生 产 过 程 中 石 料 中 夹 泥 难 以 彻 底 剔 除 ，使 一 部 分 夹 泥 进 入 了 砂 石 加 丁 系 统 。 2 4对 比试 验 为 进 一 步 验 证 人 工 砂 对 混 凝 土 单 位 用 水 量 和 单 位 胶 凝 材 料 用 量 的 影 响 ， 制 定 了 以 下 试 验 方 案 ：先 以 砂 石 加 工 系 统 生 产 的 炭 质 灰 岩 及 结 晶 灰 岩 原 状 砂 拌 制 混 凝 土 ； 其 次 在 室 内模 拟 洗 砂 机 ，将 原 状 砂 中 石 粉 漂洗掉 一部 分( 漂洗 时用 0 0 7 5 mm筛 过滤 ，保 证 只 洗 掉 该 粒 径 的 颗 粒 ) ， 在 使 用 相 同 水 泥 、粉 煤 灰 、外 加剂 并 保 持水 胶 比 、粉煤 灰 掺 量 、外 加剂 掺 量 、坍 落 度 一 致 的 情 况 下 拌 制 混 凝 土 。 与 原 状 砂 拌 制 的 混 凝 土 进 行 综 合 对 比 。试 验 结 果 见 表 6、7。 表 6人工砂检验结果 通 过对 比试 验 可 以看 出 炭 质 灰 岩砂 配 制 的 混 凝 土 单 位用 水 量 较 结 晶灰 岩 砂 高 出 4 0 k g m 。炭 质 灰 岩 砂 中 0 0 7 5 mm 颗粒 含 量 由 1 3 4 降 低 到 5 2 时 ， 混 凝 土 单 位 用 水 量 由 2 0 0 k g m。降 低 到 1 5 0 k g m 。 结 晶 灰 岩 砂 中 0 0 7 5 mm 颗 粒 含 量 由 1 0 5 降 低 到 8 0 时 ，混 凝 土单 位用 水 量 由 1 6 0 k g m， 降 低 到 1 4 0 k g m 。此 时 两 种 砂 所 配 置 的 混 凝 土 单 位 用 水 量 基 本 接 近 ，且 与 表 1中 设 计 参 考 配 合 比 的 单 位 用 水 量 也 基 本 一 致 。 由 此 证 明 。 人 工 砂 中 的 0 0 7 5 mm 的 颗 粒 含 量 过 大 是 造 成 混 凝 土 单 位 用 水 量 、 单 位 胶 材 用 量 过 高 的 主 要 原 因 3 解决方案 3 1 加强 料源 开采 的管理 由 于 炭 质 灰 岩 岩 层 构 造 复 杂 ， 有 夹 层 和 风 化 ， 用 其 配 制 的 混 凝 土 单位 用 水 量 远 高 于 结 晶 灰 岩 砂 而 由 于 生 产 工 艺 的 局 限 不 能 剔 除 因 软 弱 风 化 岩 块 产 生 的 细粉 。为保 证 混凝 土 生 产供 应 ，在 砂 石加 1 二 系 统 改 造 完 成 前 暂 不 生 产 炭 质 灰 岩 骨 料 ， 仅 开 采 加 工 结 晶 灰 岩 骨 料 ，并 采 用 结 晶 灰 岩 骨 料 进 行 临 时 混 凝 土 配 合 比试 验 ， 临 时 配 合 比 见 表 8。 3 2砂石 加 工 系统 改造 试 验 证 明 降 低 人 工 砂 中 小 于 0 0 7 5 mm 的 颗 粒 含 量 ，可 以有 效 降低 混 凝 土单 位 用 水 量 和单 位 胶凝 材 料 用 量 ，改 善 混 凝 土 抗 冻 性 能 。 考 虑 到 溧 阳 抽 水 蓄 能 电站处 于 天 目湖 水 源保 护 地 ，砂 石加 工 系 统 的废 水 处 理压 力 较 大 ，不 适合 选 用 洗 砂 机 。经 研 究 比较 确 定 了在 砂 石加 工 系 统 中增 加 大 功 率风 力 选 粉机 的 改 造 方 案 。 改 造 目标 是 将 人 工 砂 中 0 0 7 5 mm 的 颗 粒 含 量 控 制 在 7 以 内 砂 石 加 丁 系 统 改 造 于 2 0 1 2 年 6月 开 始 ， 于 2 0 1 2年 8月 完 成 改 造 。 3 3 砂 石加 工 系统改 造后 的效 果 在 砂 石 加 工 系 统 改 造 完 成 后 对 经 过 选 粉 机 选 粉 的 人 工 砂 进 行 了检 测 ，检 测 结 果 表 明 ， 小 于 0 0 7 5 mm 颗粒 含 量 由平 均 1 3 2 下 降 至 平 均 6 7 ，达 到 了改 造 的 目的 ：但人 工 砂 的 细度 模 数 由改 造 前 的平 均 3 2上 升 至 平 均 3 4 。 4 混凝土配合比优化 在砂 石 加 工 系统 改造 结 束 后 ，对 混 凝 土 配 合 比 进 行 了 优 化 。 优 化 后 的 混 凝 土 配 合 比 强 度 、 抗 冻 、 表 7混 凝 土 试 验 成 果 翻Wa t e r P o w e r V o 1 3 9 N o 3 第3 9 卷第 3 期 兰 肃， 等： 溧阳抽水蓄能电站混凝土配合比优化 勇囊爱 注 ：高效减水剂 L 8 4 2掺量为 1 2 ，L 8 5 1 、L 8 5 3掺量为 0 8 ；引气剂掺量均为 0 8 万 ；结 晶灰岩人工砂细度模数 2 8 ， O 0 7 5 mm颗粒 含 量 1 5 0 表 9优化后的混凝土凝 土配合 比 注 ：结 晶灰 岩人工砂细度模数 3 3 ， O 0 7 5 mm颗粒含量 为 7 O 。 抗 渗 性 能 均 达 到 设 计 要 求 ，优 化 后 混 凝 土 配 合 比 见 表 9。 砂 石 加 工 系 统 改 造 之 后 ， 人 工 砂 的 细 度 模 数 平 均 值 有所 增 大 ， 因此 L 8 5 6 、L 8 5 7号 配 合 比 中部 分砂 采用 粉煤 灰替 代 ，粉煤 灰 超代 系数 为 1 3 。经 过 优 化 ，与 表 8相 比较 ，在 同条 件 下 混凝 土 用 水 量 下 降 约 1 7 k e m ，水 胶 比为 0 4 5时 胶凝 材 料 减少 约 3 8 k g m ，经济 效果 明显 。 5 结语 通 过 溧 阳抽 水 蓄 能 电 站 制 砂 工 艺 改 良 和 混 凝 土 配 合 比优化 实践 ，笔 者 总结 出 以下几 点体 会 ： ( 1 )人 工 砂 中小 于 0 0 7 5 mm 颗 粒 的 含 量 对 混 凝 土 的抗 冻 性 能及 单 位 用 水 量有 较 大 影 响 ，且 不 同特 性 原 岩 的人 工砂 即使 在石 粉( 0 0 7 5 mm 颗粒 )含 量 址 址 址 址 址 耻 址 址 址 址 址 L 址 址 上 r L ( 上 接 第 5 2页 )变 形 极 不 对 称 。 ( 2)顶 层 开 挖 过 程 中 ，钢 拱 架 承 受 的 支 护 作 用 不 容 忽 视 。 钢 拱 架 普 遍 承 受 较 大 的 压 应 力 ，应 力 值 超 出监 测 仪 器 量 程 范 围 的现 象 不 在 少 数 ， 由 于 施 工 进 程 不 甚 合 理 造 成 上 下 游 侧 围 岩 稳 定 性 不 ,-j - 称 ，在 钢 拱 架 应 力 监 测 成 果 中 也 同 时 出 现 非 常 明 显 的 反 应 。 ( 3) 主 厂 房 和 主 变 洞 第 二 层 开 挖 相 互 交 叉 重 叠 ，两 洞室 相 邻边 墙 均 有 较 大 变 形 ，洞 室 之 间 岩体 总变 形 量偏 大 ，若 假 定 岩 体 连 续 完整 则 拉 应 力 可能 超 出抗 拉强 度 极 限 。故 推 测 两 同室 之 间岩 体 完 整性 欠 佳 。 ( 4 ) 主厂 房 和 主 变洞 第 二 层 开 挖期 间相 邻 一 侧 岩 体 内 的锚 索 荷 载 增 大 现 象 很 普 遍 说 明 岩 体 有 松 动 趋 势 ，与 围 岩 变 形 监 测 成 果 能 够 很 好 地 相 互 印 证 相 同 时对混 凝 土性 能及 配合 比的影 响也存 在差 异 。 ( 2) 由于砂 石 加 工 系 统废 水 处 理 要 求越 来 越 严 格 ，近年来 水 电工 程 中大量 采用“ 干法 ”制 砂 工艺 。 采 用“ 干法 ” 制砂工 艺 生产 的人 工砂 的石 粉 含量 大 ， 应 采 取 有 效 措 施 剔 除 部 分 小 于 0 0 7 5 mm 颗 粒 ，将 其 含 量 控 制 在 合 理 的 范 嗣 之 内 。 ( 3)干法 制 砂 设 备选 型应 经 过试 验 比选 。保 证 人 工 砂 级 配 优 良 ( 4 )DI JF 5 1 4 4 2 0 0 1 水 工 混凝 土 施 工规 范 ) 中 对 人 工 砂 石 粉 的 定 义 为 小 于 0 1 6 mm 颗 粒 并 将 其 含 量 限定 为 6 一 1 8 ，但 没 有严 格 限制 小 于 0 0 7 5 mm 颗 粒 的 含 量 ， 实 际 工 程 中 应 参 照 GB T 1 4 6 8 4 - 2 0 1 1 建 设 用 砂 对 人 工 砂 中 的 小 于 0 0 7 5 mm 颗 粒 含 量 严 格 控 制 。 ( 责任 编辑焦 雪梅 ) 止 L ( 5) C Z 0 + 0 3 7断 面 附 近 主 厂 房 和 主 变 洞 之 间 的 岩 体 可 能 存 在 偏 向 一 侧 的 变 形 ，为 进 一 步 探 明 实 情 ， 可 考 虑 增 设 必 要 的 监 测 手 段 ，例 如 厂 房 与 主 变 洞 之 间 排水 廊道 设 置测斜 孑 L 进行 测斜 观测 。 对 于溧 阳抽 蓄这 样 地 质条 件 很 不 理想 的地 下 洞 室 工 程 。施 工 开 挖 期 间 需 加 强 关 注 洞 室 周 边 岩 体 完 整性 和稳 定 性 分 析 ，在 空 间 和 时 间上 合 理 有 序地 安 排 施 工 ，应 及 时 采 取 必 要 的 支 护 措 施 ， 加 强 原 型 监 测 和跟 踪 反 馈 ，方 能有 效 维 护 围岩 稳 定 保证 工 程 的 总体安 全 。 参考文献 ： 1 宗传 阳 溧 阳抽 水蓄能 电站地下 厂房 系统施 工规划 J 水力发 电，2 0 1 0 ，3 6 ( 7 ) ： 4 7 4 9 2 王勇 ，史 永方 浅议溧 阳抽 水蓄能 电站地下 厂房开挖 施工技 术 重点及对策 C 抽 水蓄能电站工程建设 文集 ，2 0 0 9 ( 责任编辑高瑜 ) W a t e r P o w e r V o 1 3 9 N o 3圜