旬阳水电站混凝土配合比及性能试验.pdf

2 0 1 0年 第 5 期 (总 第2 4 7 期 ) Nu mb e r 5 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No ． 2 4 7) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 R EADY M I XED CONCRETE d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 j ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 0 ． 0 5 ．0 2 9 旬阳水 电站混凝土配合 比及性能试验 高珍 ，曾力，吐尔洪 ( 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘要： 主要介绍了陕西汉江旬阳水电站的混凝土配合比 设计。 在对原材料进行检测与分析的基础上选择了合适的配合比参数。 结合旬 阳水 电站工程 实际， 根 据各部 位对混凝土性能 的不 同设计要求 ， 将 大坝划分为 4个 系列 ， 其 中第 1 系列为碾压混凝土 ， 其他系列均为常态 混凝土。通过试验测定各系列混凝土主要的物理、 力学及热学性能指标， 确定并推荐满足水电站设计要求的配合比。 关键词 ： 混凝士 ；配合 比；原材料 ；强度 中图分类号 ： T U5 2 8 ． 0 6 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 5 — 0 0 8 9 — 0 3 Des i gn o f mi x pr op or t ion and pr o per t y s t udy o f Xun ya ng hy dr opowe r s t a t i on GAO Zhe n， Z ENG Li ， TU E r - h o n g ( S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r E n g i n e e ri n gS c i e n c e ， W u h a nUn i v e r s i t y ， Wu h a n4 3 0 0 7 2 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： C o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n o f S h a a n x i H a n j i a n g X u n y a n g h y d r o p o we r s t a t i o n wa s ma i n l y i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ．Qu a l i t i e s o f t h e r a w m a t e r i a l s we r e i d e n t i fie d On t he b a s i s o ft h e r e s u l t s ， a p p r o p ria t e m i x p a r a m e t e r s a nd r e c o mme n d e d mi x we r e p r e s e n t e d ．Ac c o r di n g t o t h e v a r i o u s d e - s i g n s t a n d a r d s i nd i ffe r e n t p a rts of t h e c o n c r e t ed a m a n dt h ep r a c t i c a l r e q u i r e me n t so f Xu n y a n gh y d r o po we r s t a t i o n， i t wa sd i v i d e di n t of o u r s e r i e s ， i n — e l u d i n g t h e 1 s e rie s f o r r o l l e r c o mpa c t e d c o nc r e t e a n d o t h e r s e r i e s for n o r ma l c o n c r e t e ，Th e c o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n whi c h c o u l d me e t t h e d e s i gn r e — q u i r e me n t s o f t h e h y d r o p o we r s t a t i o n wa s i d e n t i fi e d a n d r e c o mme n d e d b y t e s t i n g t h e ma j o r p h y s i c a l ， me c h a n i c a l a n d t h e r ma l p e r f o rma n c e ． Ke y w o r ds ： c o nc r e t e ； mi x p r o p o r t i o n； r a w ma t e ria l s ； s tr e n g t h 0 引言 旬阳水电站工程位于陕西旬阳县城南约 2 ． 0 k m处， 为二等大 I I 型工程， 最大坝高 5 8 ．0 m， 坝顶长度 4 5 8 ．0 m， 总库容 3 ． 2 5亿 m ， 电站总装机容量 3 2 0 Mw。 该工程是以发电为主， 兼有通航等综 合利用的水利水电枢纽工程 。本工程混凝土总量约 1 0 1 ． 8 万 m ， 其 中碾压混凝 土约 1 9 _3万 m， ， 常态混凝 土约 8 1 ． 9万 m， ， 喷射 混凝土约 0 ． 6万 m 。按要求完成混凝土原材料品质检测， 根据 各系列碾压混凝土和常态混凝土的不同要求， 通过测定其主要 物理、 力学及热学性能指标及系列试验对比， 确定并推荐满足 陕西汉江旬阳水电站混凝土设计指标要求的混凝土配合比。 1 原材料 1 ． 1 水 泥 采用荆 门三峡牌 P MH 4 2 ． 5 级 中热硅酸盐水 泥， 其物理性 能、 化学成分等检测结果见表 1 、 2 。 表 1 4 2 ． 5级中热硅 酸盐水 泥物理性能 表 2 4 2 ． 5级中热硅酸盐水泥化学组成 ％ 兰 垒 ! ! ! ! ! 竺 ! ! 竺 2 0 ． 7 3 4 ． 5 5 6 0 ． 4 5 4 ． 4 0 4 ． 5 O 1 ． 6 8 0 ． 6 2 0 ． 0 9 0． 1 8 0 ． O 2 0 ． O 6 2 ． 7 2 表 1 、 2 表明， 三峡牌 P MH 4 2 ． 5 级中热硅酸盐水泥的各项 技术性质指标均符合现行国家标准要求。 其中Mg O含量较高， 达 到 4 ． 5 0 ％， Mg O含量在允许范围内适当偏高， 对补偿混凝土后期 收缩， 提高混凝土抗裂能力是有利的。综合考虑 ， 该水泥品质较 好 ， 适用于该工程 。 1 ． 2 粉 煤灰掺 合料 采用湖北襄樊电厂 I I 级粉煤灰作为混凝土掺合料， 其基本 物理性能、 化学成分等检测结果见表 3 、 4 。 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 1 ~) 2 表 3粉煤灰基本物理性能 ％ ! ! ! ! 塑 ! ! ! ! 5 8 ． 9 0 2 4． 8 6 1 ． 8 l 3．48 0-3 8 0- 3 0 1 ． 5 5 0 _ 3 4 O ．9 4 0 ． O 2 O． 1 9 6 ．9 2 表 3 、 4表明， 该粉煤灰的部分指标如细度 、 三氧化硫及含 水率达到 I 级灰标准 ， 需水量比、 烧失量、 2 8 d抗压强度比达到 I I 级灰标准， 可见襄樊电厂粉煤灰属 I I 级灰， 适用于混凝土掺 合料。 89 1 ． 3 骨料 骨料天然粗骨料 和河砂。细骨料和粗骨料的品质检测结果 见表 5 。 由表 5 可见， 细骨料的石粉含量偏小， 为 1 ． 9 ％， 但该天然砂 的颗粒级配好 ， 实际施工时适当提高石粉含量将有利于混凝土 和易性以及其他性能的改善。细度模数为 2 ．9 ， 符合要求。粗骨 料的压碎指标满足低于 1 6 ％的要求； 各级粗骨料的饱和面干表 观密度等指标满足标准要求。试验中还与碎石进行了比较 ， 综 合考虑， 该天然粗骨料和河砂满足设计要求。 1 ． 4 外加 剂 采用 J N ． D缓凝高效减水剂及 J N． F引气剂， 通过试验检测 其技术性能指标满足要求， 适用于该工程混凝土。 1 ． 5试验依 据 本试验的试验过程及指标均按照 S L 3 5 2 --2 0 0 6 { 水工混凝 土试验规程》 和 D L ／ T 5 3 3 0 - - 2 0 0 5 { 水工混凝土配合比设计规程》 等规范进行和鉴定。 表 5骨料的基本物理性质 2 混 凝 土 性 能 设 计 指 标 式 中 ． 混 凝 土 配 制 妻 ； 根据大坝各部位对混凝土性能的要求， 将混凝土划分为4个 一混凝土设计强度等级， MP a ； 分区， 划分方式及相应部位的性能指标见表 6 。 混凝土的施工配 ￡ ——与要求的强度保证率对应的概率度； 制强度按式( 1 ) 计算： 广混凝土强度标准偏差， MP a 。 表 6 混凝土主要指标 混凝土分区 混凝土类别 级配 设计等级 ／ M]P a 部位 VC值或坍落度 保证率 ／ ％ 标准偏差 ／ MP a 配制强度 ／ ~ v l P a 3 混凝土配合 比设计 在配合比设计的准备阶段， 除了需对原材料进行合理选择 和检测， 还需预先明确混凝土的各项技术要求， 如混凝土的强 度、 耐久性、 低热、 经济及拌合物流动性等要求。配合 比设计的 主要步骤一般为： ①估算初步配合比； ②试拌调整； ③混凝土主 要性能检测并确定满足要求的最佳配合比。 3 ． 1 确定配合比参数 ( 1 ) 水灰比 W／ C 。 根据混凝土强度及耐久性要求， 参照经验 式( 2 ) 初步确定 W／ C 。 ． ( W— B) ( 2) 式中： 一混凝土2 8 d 龄期抗压强度， MP a ； ， 一水泥 2 8 d 龄期抗压强度 ， MP a ； C ／ ——混凝土的灰水 比； A、 B ——经验系数。 ( 2 ) 单位用水量 W。根据拌合物坍落度要求估算单位用水量。 ( 3 ) 砂率S ／ ( G + S ) 。通常参照经验表格或经验公式进行估算， 在保证混凝土拌合物和易性的同时， 选择水泥用量最少的砂率 ( 4 ) 外加剂 。根据减水剂的减水效果 、 缓凝效果 以及引气剂 的引气效果等确定外加剂掺量。 ( 5 ) 掺合料。粉煤灰掺量的选择需要考虑混凝土的和易性、 水化热温升、 后期强度、 耐久性等。通常水工常态混凝土中粉煤 灰掺量不超过 3 0 ％， 碾压混凝土中不超过 6 5 ％， 而一般情况在 满足混凝土性能指标要求的前提下尽可能提高其掺量。 ( 6 ) 配合比参数。由系列试验结果绘制强度与 W／ C 关系曲线， 砂率与流动性关系曲线等， 综合这些关系曲线选定最佳配合比 参数， 采用假定“ 表观密度法” 计算单位混凝土各种材料用量 ， 最后得到的各配合比参数见表 7 。 表 7 配合比参数 3 ． 2混凝 土配合 比 经试拌调整和混凝土性能试验 ， 得 到满足大坝各部分具体 要求的配合比， 见表 8 。 4混凝土性能试验 ( 1 ) 为满足各系列对混凝土性能的要求， 在配合比设计中， 对其各项物理力学性能指标进行了试验， 结果见表 9 。 各系列混 9 0 凝土自生体积变形和干缩率分别见图 1 、 2 。 表 9 、 图 1 及图2表明， 各系列的强度等级、 抗渗等级等性 能指标均达到配制要求。第 1 、 Ⅱ系列的混凝土由于采用中热水 泥且水泥中Mg O含量较高， 自生体积变形表现为微膨胀， 有利 于混凝土的防裂； 各系列的早期干缩略显偏大， 可能由于粉煤 灰掺量较高和使用缓凝高效减水剂等原因， 则需加强早期养护。 ( 2 ) 对于有低热要求的第 1 、 I I 系列 ， 还进行了绝热温升试 表 8 各 系列混凝土配合 比 ! 、 褂 娉 龄期 ， d 图 1 第 1 、 l l 系列混凝土自生体积变形 龄期 ， d 图 2各系列混凝土千缩率 验， 试验结果见表 1 O及图 3 。绝热温升随时间变化过程曲线表 达式及最终绝热温升见表 1 1 。 表 1 0 I 、 l l 系列混凝土绝热温升 ℃ 龄 期 ／ d 图 3 J 、 l I 系列混凝土绝热温升 表 l 0 、 l 1 及图 3 表明， 该设计混凝土由于采用中热水泥， 胶 凝材料用量少等原因绝热温升较低，特别是对于第 1 系列的碾 压混凝土温控有利， 很好地满足了该工程的要求。 表 1 1 绝 热温升 随时间变化过程 曲线表达式 注 ： T r 为混凝土绝热温升 ， ℃； ￡ 为龄期 ， d 。 5结 论 ( 1 ) 经检测 ， 三峡牌 P MH 4 2 ． 5中热硅酸盐水泥 、 襄樊电厂 I I 级粉煤灰 、 天然粗骨料和河砂、 J N ． D缓凝高效减水剂及 J N． F 引气剂等原材料品质合格。 ( 2 ) 试验优选确定的配合比参数合理， 推荐配合比满足设计 强度 、 极限拉伸值、 抗渗 、 抗冻等指标要求， 设计中混凝土自生 体积变形表现为微膨胀， 绝热温升较低对该工程有利 ， 但早期 干缩偏大， 则需加强早期养护。 ( 3 ) 本研究提出的各系列混凝土推荐配合比符合设计要求， 适用于汉江旬阳水 电站工程 。 参考文献 ： 【 1 】 李亚杰， 方坤河． 建筑材料( 第五版) [ M 】 - ] E 京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 7． 【 2 】 S L 3 5 2 --2 0 0 6 ， 水工混凝土试验规程[ s 】 ． 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] D L r F 5 3 3 0 - -- 2 0 0 5 ， 水工混凝土配合比设计规程【 s ] ． 北京： 电力工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． f 4 ] 刘波， 张意波．居甫渡水电站碾压混凝土配合比设计f J ] ． 葛洲坝集团 科技 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 7 - 1 0 ． [ 5 ]曾力， 万坤河．过渡湾水电站混凝土配合比设计及性能试验【 J 1 _ 农田 水利与小水电， 1 9 9 5 ( 7 ) ： 3 5 — 4 0 ． [ 6 】方坤河 中国碾压混凝土坝的混凝土配合比研究册． 水力发电， 2 0 0 3 ， 2 9 ( 1 1 ) ： 5 1 — 5 3 ． [ 7 】C O L L E P A RD I M， C O L L E P A RD I S ， T R O L I R． C o n c r e t e m i x d e s i g n ． 混 凝土配合比设计[ M 】 ．刘数华， 李家正 ， 译． 北京 ： 中国建材工业出版 社 ， 2 0 0 9 ． 作者简介： 高珍( 1 9 8 6 一 ) ， 女， 硕士研究生， 研究方向为水工建筑材料。 单位地址： 湖北省武汉市武汉大学水利水电学院( 4 3 0 o 7 2 ) 联 系电话 ： 1 5 9 2 6 3 3 8 3 4 6 9l