新松水库大坝碾压混凝土配合比试验.pdf

第5期 2 0 1 1 年 5月 广 东水利水 电 GUANG DONG W AT E R RE S 0U RCE S AND HYDROP 0WER No 5 Ma v 20 11 新松水库大坝碾压混凝土配合比试验 杨海春 ， 陈秋声， 钟 少全 ( 广 东省水利水电第三工程局 ， 广东 东莞5 2 3 7 1 0 ) 摘要 ： 碾压混凝土配合比设计是碾压混凝土施工的一个重要环节及技术保 障， 在大坝碾压混凝土配合比设计过程 中， 通 过试验 选用适宜的水胶 比、 适 当提 高粉煤灰掺量 、 利用高频 高破设 备对 河床 砂进 行加 工 以提 高砂 的石 粉含量 、 联掺 缓凝 高 效减水剂和引气剂等措施确定混凝土配合比， 在便于施工的同时， 节省工程成本 ， 保证工程质量， 取得 良好的效果。 关键词 ： 碾压混凝土 ； 配合 比设计 中图分类号 ： T V 4 3 1 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 4 50 3 1工程概 况 新松水库为台山核电厂工程的配套工程 ， 主要任务 是为台山核 电厂 提供淡 水 ， 年 供淡水 量为 9 0 0万 m 。 工程位 于台山赤溪镇曹冲溪上 ， 紧靠南海海边 。工程 由 拦河坝 、 输水管线及进库道路组成。拦河坝为碾压混凝 土重力 坝， 坝顶长度为 3 4 9 m， 共分 9个坝段 ， 中间为溢 流坝段 ， 其两侧为左 、 右河床非溢流坝段 ， 长为 6 7 m。溢 流坝段长为 5 6 m， 坝顶高程为 5 1 0 m， 最大坝高为 5 2 m， 溢流坝 段 分 为 5孔 ， 每 孔 净 宽 为 1 0 m， 堰 顶 高 程 为 4 5 8 m， 堰面采用 WE S曲线 ， 堰顶不设 闸门， 自由溢流 ， 采用挑流消能。坝体上游为铅直坝坡 ， 下游坝坡为 1 ： 0 7 8 ， 坝顶宽度为 6 m。 2碾压混凝土设计指标 根据施 工阶段设 计文件 ( T SNS Z S ZG D T一 4 G B一 0 2 ) ， 本工程大坝混凝土有 R 1 0 0， W2 ( 三级配碾 压混凝土) ； R 9 0 1 0 0 ， W4 ( 三级配变态混凝土 ) ； R 2 5 0 ， W4 ( 二级配变态混凝土) ； R 8 1 5 0 ， W4 ( 三级 配常态混凝 土) ； R 9 o 2 0 0 ， W6 ( 二级配常态混凝土 ) ； R 2 8 2 0 0， W6 ( 二 级配常态混凝 土) ； R 3 0 0， W6( 二级配 常态 混凝土 ) ； R 1 0 0 ， W4 ( 三级 配常态 混凝 土 ) ； R 8 3 0 0 ( 二级配常态 混凝土) ； C 2 5 ( 预制廊道) 等共 1 0 种类混凝土配合比。 3 原材料 1 )水泥： 采用江门海螺水 泥有 限公 司生产 的海螺 牌 P 0 4 2 5水泥。 2 )粉煤灰 ： 采用珠海发电厂生产 的优质 I I 级粉煤 灰 。 收稿日期： 2 0 1 1 0 32 5 ； 修回日期： 2 0 1 1 0 41 9 作者简介： 杨海春， 男， 本科， 工程师， 从事施工技术及管理工作。 3 )骨料 ： 砂采用曹 冲河河砂经过 G S P破碎机处理 后 的砂 ， 曹冲河河砂 品质指标检测结果见表 1 ， 破 碎后 的砂品质指标检测结果见表 2 。由砂品质指标 和颗粒 级配试验结果表 明， 破碎后的砂符合规范要求 ， 砂子颗 粒级配处于 I I 区， 细度模数 F M = 2 6 3属于中砂。 表 1 G S P破碎机处理前砂 品质指标试验 结果 名称 g c m ( ) ， ， 模数 表 2 G S P破 碎机处理后砂品质指标试验结果 名称 g c m ( ) 模数 混凝土配合比试验用的碎石产地为库区石场 ， 石料 质地为花岗岩石 ， 按级配要求通过人工筛分后分为 ： 5 2 0 ra m、 2 0 4 0 mm。 4 0 8 0 m m 3级 。 4 )外加剂 ： 采用浙江龙游混凝 土外加剂有限责任 公司生产的五强牌 Z B一1 R C C 1 5超缓凝高效减水剂和 Z B一1 G引气剂 。 45 2 0 1 1年 5月 第 5期 杨海春 ， 等 ： 新松水库大坝碾压混凝土配合比试 验 N o 5 M a y 2 0 1 1 5 )水 ： 混凝土配合 比试验用水抽取曹冲河水沉 淀 后使用。 4碾压混凝土配合比设计 1 )碾压混凝土配合比参数选择试验 骨料级配 在进行碾压混凝土配合 比参数选择之前 ， 需确定粗 骨料的最大粒径、 各粒径级粗骨料所 占比例。对于本工 程碾压混凝土大坝的最大粒径为 8 0 ra m， 各粒径级粗骨料 所 占比例可根据骨料 的振实容重较大、 粗骨料分离较小 的原则通过试验确定。根据骨料级配试验结果 ， 从碾压 混凝土的抗分离性和均匀性考虑， 采用碾压混凝土级配 ： 二级配 ， 小石： 中石 = 4 0 ： 6 0 三级配 ， 小石： 中石： 大石 = 3 0 ： 4 0 ： 3 0 碾压混凝土最佳砂率选择 混凝土砂率是否合适直接影响混凝土单位用水量的 高低 ， 以及拌和物和易性和硬化后的混凝土的各项性能。 因此必须通过试验选择在设定条件下 ， 混凝土拌和物液 化泛浆好、 骨料挂浆充分、 单位用水量最小时的砂率。 最佳砂率选择试验采用固定水胶 比和粉煤灰掺量 ， 选择合适的单位用水量。由于砂 中石粉含量偏少 ， 为了 达到改善碾压混凝土工作性 、 可碾性和提高层问结合质 量的目的， 采用粉煤灰代砂方案， 三级配碾压混凝土按砂 质量的4 掺入粉煤灰， 通过砂率 的变化 ， 对碾压混凝土 拌合物和 值进行综合评定。试验结果表明， 当水胶 比 为0 6 5时， 碾压混凝土三级配最佳砂率为 3 2 ； 当水胶 比为 0 4 5时， 碾压混凝土二级配最佳砂率为 3 7 5 。 混合材料掺量 选用珠海发电厂 I I 级粉煤灰作为掺合料 ， 掺量根据 不同的设计指标采用不同的掺量。粉煤灰掺量见表 3 。 表 3粉煤 灰掺 量 碾压混凝土 值与单位用水量关系 碾压混凝土单位用水量与 值之 间存在关联关 系 ， 随着单位用水量的增加 ， 碾压混凝 土 值则减小 。 采用 固定 的水胶 比、 粉煤灰掺量和砂率 ， 通过调整单位 用水量， 测试 值的变化情况。试验结果表明： 当 4 6 值每增减 1 S ， 用水量相应减增约 1 7 k g m 。 碾压混凝土水胶 比与抗压强度关系 根据碾压混凝土主要设计指标选择合适 的水胶 比 和不同的粉煤灰掺量进行水胶 比与抗压强度关系试验 ， 为配合比设计提供依据。 碾压混凝土层间结合 的良好与否， 直接关系到大坝 的防渗性能和整体性能 ， 大量的碾 压混凝 土坝实践证 明， 碾压混凝土本体抗渗性能很高 ， 但层间结合面是导 致渗透的主要原因。碾压混凝土层 面结合强度主要取 决于 2个方面： 胶凝材料之间的胶结力和新浇混凝土骨 料嵌入前面浇筑层产生 的骨料 咬合力。试验结果表明， 对于不同水胶比和粉煤灰掺量的条件下 ， 碾压混凝土与 抗压强度有较好的相关性。 碾压混凝土外加剂掺量与用水量关系 碾压混凝土外加剂掺量与用水量关系采用 固定的水 胶 比、 砂率和粉煤灰掺量 ， 通过对外加剂掺量 的调整 ， 变 动碾压混凝土单位用水量和胶凝材用量 ， 保持水胶 比不 变， 使之达到相同或相近的 值( 5 2 s ) ， 分析外加剂掺 量变化时对单位用水量的关系影响。试验结果表明： 随 着外加剂掺量增加( 0 8 1 2 ) ， 碾压混凝土单位用 水量相应减少 ； 在气温 2 2 O C 2 8 O C之间， 外加剂掺量 为0 8 1 0 时， 混凝土凝结时间延长约为 2 h左右 ， 在外加剂掺量为 1 2 时 ， 混凝土凝结时间较长。 2 )碾压混凝土配合 比设计 碾压混凝土配制强度的确定 碾压混凝土配合 比设计应满足设计强度 和耐久性 要求 ， 并做到经济合理 。配制强度按 S L 3 5 22 0 0 6附录 A 2下列公式计算 ： = c +硒 ( 1 ) 碾压混凝土配合 比设计龄期选用 9 0 d ， 设计抗压强 度保证率为 8 0 ， t=0 8 4 2 。 当无近期 同品种混凝土抗 压强度统计资料时， 标准差 6 值可按 S L 3 5 22 0 0 6附录 A 2中取用 ， 碾压混凝土配制强度见表 4 。 表 4大坝碾压 混凝 土配制强度 计算每立方米碾压混凝土中各种材料用量 根据 水 工混凝 土试验 规程 S L 3 5 22 0 0 6附 录 A 3中下列公式计算 出混凝土胶凝材料用量 、 水泥用量 和掺合料用量 ： m 。+m p=m w ( c+P ) ( 2 ) 2 0 1 1年 5月第 5期 广东水利水电 N o 5 Ma y 2 0 1 1 m =( 1一P ) ( m。 +m ) ( 3 ) m p=P ( m +m p ) ( 4 ) 砂 、 石料用量 由已确定的用水量 、 水泥( 胶凝材料 ) 用量和砂率 ， 根据“ 绝对体积法 ”计算 ， 即 一 + + ( 5 ) m = ， S P ( 6 ) = ， ( 1一S ) P ( 7 ) 参考其它类似工程的大坝碾压混凝土配合 比设计和 本工程碾压混凝土设计指标 、 配制强度 以及原材料的特 性 ， 经计算分析 ， 碾压混凝土试验配合 比设计参数见表 5 。 表 5 碾压混凝土施工 配合比试 验参数 注 ： 为提高砂 的石粉含量 ， 另掺人砂质量 4 的粉煤 灰。 3 )碾压混凝土配合比试验 根据碾压混凝土试验配合 比设计参数 ， 进行碾压混 凝土拌和物性能、 力学性能 、 耐久性等试验 。 碾压混凝土拌和物性能试验 碾压混凝土配合 比试验按 照 水工混凝土试验规 程) S L 3 5 2 2 0 0 6中碾压混凝土规定进行。试验所用砂 砾石骨料均采用饱和 面干状态 ， 混凝土拌和采用 3 0 0 L 自落式搅拌机 ， 拌和前用少量 的同种混凝土将搅拌机润 湿挂浆 ， 以减小拌和差异 。采用的拌 和投料顺序为 ： 碎 石、 胶凝材料、 砂子， 干拌 1 5 s 后， 再把配制好的外加剂 溶液同水一起 加入到搅拌机搅拌 1 8 0 s ， 将搅拌好 的料 倒在钢板 上人工翻拌 3次 ， 然后 按照试验规程检测评 定。对碾压混凝土拌和物进行外观 、 骨 料包裹情况、 振 实后的密实等进行检测， 并测试 值、 含气量、 密度、 凝 结时间等拌和物性能。碾压混凝土的工作度即 V C值是 碾压混凝土拌和物性能极为重要的一项指标 ， 大量的施 土拌和物的粘聚性 、 骨料分离、 凝结时问、 液化泛浆和可 碾性 ， 加快了施工进度 ， 提高 了层 间结合、 抗渗性 能和整 体性能。考虑本工程的气候条件、 施工条件等因素， 为保 证碾压混凝土拌和物质量控制 ， 出机 口 值控制在 5 2 s 。碾压混凝土拌和物性能试验结果见表 6 。 硬化碾压混凝土性能试验 硬化碾压混凝土主要检测强度和耐久性 2项指标。 碾压混 凝土 强度试 验是将 拌 和物分 2层装 入边长 为 1 5 0 m m的标准立方体试模 中， 每层插捣 2 5次， 并在拌和 物表面压上 4 9 0 0 P a的配重块 ， 在振动台上振动 2 3倍 的 值 ， 以表面泛浆为准， 抹平表面， 4 8 h后拆模 ， 在标 养室养护至龄期进行加荷试验。碾压混凝土耐久性试验 成型方法与抗压强度原理相同。碾压混凝土抗压强度和 抗渗等级试验结果见表 7， 试验结果表明， 2组碾压混凝 土配合比 9 0 d抗压强度和抗渗等级均能满足设计指标 R 帅 1 0 0 ， W2的要求。考虑到混凝 土配合 比的经济性 ， 大 工实践证明 ， 采用小的 值 ， 能极大地改善 了碾压混凝 坝内部碾压混凝土配合 比选用编号 1中设计指标。 表 6 碾压混凝土拌和物性 能试 验结果 1 大坝 内部 R 1 0 0， W2 2 大坝 内部 R 9 0 1 0 0 ， w2 0 6 5 O 6 5 6 5 6 0 3 2 3 2 9 5 9 5 5 9 1 0 0 1 5 1 W 2 W 2 6 7 1 1 2 1 5 6 W 2 W 2 ( 下转第 5 5页) 4 7 2 0 1 1 年 5月第 5期 广东水利水 电 N o 5 Ma y 2 0 1 1 下几点【 ： 1 )拌制过程加强控制， 以满足 自密实混凝土高流 动 、 高稳定性的特点。 2 )垂直下落 时注意控 制下料高度 ， 不宜超过 3 5 m 。 3 )用泵输送时 ， 还应注意泵送工艺 ， 夏季长时间停 泵 ( 超过 3 0 mi n ) ， 外界气 温较 高 ， 混凝 土塌 落度损失较 大 ， 流动性降低 ， 宜将混凝土从输送管 中清除 ； 冬季施工 时停泵时间超过 4 5 6 0 mi n也宜对输送管 中的残留混 凝土进行清除， 对搅拌车内剩余混凝土进行检测处理。 4 )自密实混凝土胶凝材料用量大 ， 早期发生收缩 、 裂缝 的危险 I生 也较大 ， 因此要做好混凝土的前期养护工 作。 5 结语 金安桥水电站厂房工程 中使用 的 自密实混凝 土有 以下特点 ： 混凝土流动性大 、 粉煤灰掺量大 、 砂率较高 ， 采用缓凝高效减水剂 和引气剂双掺 ( 减水率 高) ， 粗 骨 料粒径较大 ( 最大粒径为 4 0 mm) ； 在施工生产中严格各 工序的管理 ， 即保证 自密实混凝土 的流动性 ， 又防止 泌 水和骨料离析现象发生。 自密实混凝土在我国起步较晚， 且每年的用量不到 混凝土 总量 的 1 ， 但其发展前景十分广 阔， 国外在 隧 道工程 、 水工大坝、 铁路设施 、 地下结构等领域都有非常 广泛的应用 ， 因此 ， 自密实混凝 土技术值得我们去进一 步探索和发展。 参考 文献 ： 1 祝叶， 陈竣 自密实混凝土的发展应用及展望 J 中华建 设科技 ， 2 0 0 9 ， ( 9 ) ： 2 22 4 2 赵筠自密实混凝土的研究和应用 J 混凝土， 2 0 0 3 ， ( 6 ) ： 9 1 7 3 牟丽娟 、 冯正义 自密实混凝土的研究及施工技术 J 商 品混凝土 ， 2 0 0 6， ( 1 ) ： 2 72 9 ( 本文责任编辑王瑞兰) ( 上接 第 4 7页) 5结语 新松水库大坝碾压混凝土配合比试验 ， 是严格依照 水工碾压混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 2 0 0 6 ) 等要求进 行的。试验人员克服时间紧、 任务重 、 材料 性能差异较 大等 困难 ， 科学 、 合理 、 严谨地 进行 了大量试验 ， 取得 了 一 系列真实可靠的试验数据。 碾压混凝土层间结合 的良好与否 ， 直接关系到大坝 的防渗性能和整体性能。由于本工程所用 的砂 中石粉 含量偏少， 碾压混凝土中的富浆体总量相应减少， 对施 工和层间结合有一定影响。为此 ， 在实际的碾压混凝 土 施工 中， 采用掺粉煤灰代替砂 的方案 ， 以调整补充碾压 混凝土中浆体较低 的现象。 参考文献 ： 1 S L 3 5 2 2 0 0 6水工碾压混凝土试验规程 s 北京： 中国水 利水 电出版社 2 D L T 5 1 1 2 2 0 0 9水工碾压混凝土施工规范 s 北京： 中 国电力 出版社 3 水利水电工程施工手册 M 北京： 中国电力出版社 ( 本 文责任编辑马克俊) 5 5