光照水电站大坝碾压砼施工配合比优化及应用在(陈祖荣)

光照水电站大坝碾压砼施工配合比优化及应用在(陈祖荣)

魏建忠（中国水利水电第十六工程局有限公司）光照水电站大坝碾压混凝土施工配合比优化及应用n1.工程概况光照水电站位于贵州省关岭县和晴隆县交界的北盘江中游，是北盘江干流的龙头梯级电站。工程以发电为主，其次航运，兼顾灌溉，供水及其它等任务。工程枢纽由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪表孔、放空底孔、右岸引水系统及在面厂房等组成。电站装机1040MW（4×260MW），水库正常蓄水位745m，死水位691m，总库容32.45亿m3，调节库容20.37亿m3，为不完全多年调节水库。工程等级为大（1）型工程，坝顶全长410m，最大坝高200.5m，坝顶宽12m，共分20个坝段，坝体混凝土量280万m3，其中碾压混凝土量约240万m3。n2.混凝土原材料2.1水泥本工程配合比试验时推荐使用的水泥为畅达42.5普通硅酸盐水泥，该水泥化学分析结果见表2.1.1，物理力学性能检测结果见表2.1.2。表2.1.1畅达P.O42.5水泥化学分析结果样品批号烧失量(%)SO3(%)CaO(%)Fe2O3(%)Al2O3(%)TiO2(%)SiO2(%)fCaO(%)MgO(%)碱含量(%)水化热(kJ/kg)3d7d28d畅达P.O42.51.752.2254.965.845.990.8923.261.132.600.84175275338n表2.1.2畅达P.O42.5水泥物理力学性能检测结果项目品种细度(%)标稠(%)安定性凝结时间抗折抗压初凝终凝3天28天3天28天畅P.O42.51.026.2合格5:026:184.78.723.151.7从以上检测结果可知,畅达P.O42..5水泥各项指标都能满足规范要求，其3天、7天水化热均低于中热硅酸盐水泥的标准，且初凝时间超过3h，利于碾压混凝土的浇筑，水泥脆性系数较低为5.9，水泥自身的抗裂性和抗磨性较好。n2.2粉煤灰采用安顺Ⅱ级灰和盘县准Ⅰ级灰进行配合比试验。两种灰的检测结果见表2.2.1和表2.2.2。表2.2.1粉煤灰物理力学性能检测结果项目品种细度(%)需水量比(%)含水率(%)烧失量(%)SO3(%)28d抗压强度比(%)密度（g/cm3）安顺Ⅱ级灰14.888.90.156.800.9067.22.43盘县准Ⅰ级灰7.796.30.55.85/72.02.37n表2.2.2粉煤灰化学分析结果从以上两种粉煤灰检测结果可知两种灰都能满足Ⅱ级灰指标，安顺灰需水量比较低，对减少混凝土用水量和胶凝材料用量有利。成份品种SO3(%)Fe2O3(%)TiO2(%)Al2O3(%)CaO(%)MgO(%)fCaO(%)SiO2(%)烧失量(%)碱含量(%)不溶物(%)安顺Ⅱ级灰0.8014.902.3324.082.861.420.0643.477.323.0980.34盘县准Ⅰ级灰0.428.442.2123.963.911.210.4454.864.511.1584.95n2.3粗骨料本工程使用的粗骨料为水电八九联营体生产的灰岩碎石三档料，检测结果见表2.3。表2.3粗骨料物理、力学性能检测结果项目粒径（mm）表观密度（kg/m3）堆集密度（kg/m3）紧密密度（kg/m3）饱和面干密度（g/cm3）饱和面干吸水率（%）裹粉量（%）泥块含量（%）针片状（%）压碎指标（%）5～202720152016702.710.450.5402.86.320～402730146016202.720.220.3302.140～802730144015802.720.180.2207.7DL/T5144-2001≥2550///≤2.5不允许≤15≤16n2.4人工砂人工砂采用半干法生产，人工砂物理性能检测结果见表2.4表2.4人工砂物理性能检测结果项目取样日期表观密度(kg/m3)饱和面干密度(g/cm3)饱和面吸水率(%)堆积密度(kg/m3)细度模数(%)石粉含量(%)设计院检测27102.671.5216002.7914.18（＜0.15mm）2006.02.1126902.651.5815702.9411.82006.04.1226902.651.5815702.8811.12006.03月//3.07（平均）9.1（平均）n2.5外加剂本工程碾压混凝土使用南京瑞迪高新技术公司生产的HLC-NAF缓凝高效减水剂、山西黄河新型化公有限公司的HJUNF-2C缓凝高效减水剂及HJAE-A引气剂。贵阳院前期试验时，减水剂进行了系统试验，使用的引气剂为上海麦斯特的AIR202。减水剂和引气剂物理力学性能检测结果见表2.5。n表2.5减水剂和引气剂性能检测结果注：HLC-NAF(1)、HJUNF-2C和AIR-202为设计院配合比设计时检测结果。试验项目HLC-NAF(1)HJUNF-2C(1)HLC-NAF(2)HJUNF-2C(2)AIR-202HJAE-A国家标准（GB8076-1997）一等品(缓凝高效减水剂)一等品(引气剂)减水率(%)18.318.020.021.27.28.1≥12≥6泌水率比(%)55.257.266.725.354.030.7≤100≤70含气量(%)2.31.94.53.24.56.0＜4.53.5~5.5凝结时间(min)初凝+387+392+566+966+88-4＞+90－90～＋120终凝+440+451+650+1043+62-37＞+90－90～＋120抗压强比(%)3d1351361301359590≥125≥957d1311391361459689≥125≥9528d1251401301409287≥120≥90收缩率比(%)28d120124≤135掺量0.6%0.6%0.5%0.6%0.01%0.005%n3．碾压混凝土配合比优化光照水电站大坝是一座高200.5m世界级碾压混凝土大坝，大坝的质量能否满足首先取决用于碾压混凝土的质量。在碾压混凝土性能满足各项指标条件下，尽可能降低混凝土单位体积用水量，减少水泥用量，降低混凝土绝热温升，提高混凝土防裂性能。根据试验结果，每立方混凝土减少10kg水泥用量，混凝土绝热温升可降低1.2℃左右。同时降低Vc值，采用合适的浆砂比，使混凝土有较好的可碾性及层间结合能力。n光照水电站设计院推荐及第二次工艺试验使用的碾压混凝土配合比见表3.1。3.1设计院推荐及第二次工艺试验使用的碾压混凝土配合比3n表3.1光照水电站设计和工艺试验采用的碾压混凝土配合比序号设计强度等级级配水胶比灰掺量(%)粉煤灰代砂(%)砂率(%)单位体积材料用量(kg/m3)外加剂Vc值(s)理论容重kg/m3备注水泥粉煤灰灰替砂砂5~20mm20~40mm40~80mm水减水剂(%)引气剂1C9025W12F150二0.4545安顺灰38105.18681760974486JG-30.7AIR20225/万3.92447设计推荐配合比2C9025W8F100三0.4550安顺灰3284.584.570345553053076JG-30.7AIR20220/万3.724633C9020W6F100二0.4855安顺灰3880.698.681961174686JG-30.7AIR20220/万4.224414C9020W10F100三0.4855安顺灰3271.287.170545653253276JG-30.7AIR20220/万3.824595C9015W6F50三0.5060安顺灰3360.891.273845352952976JG-30.7AIR20215/万3.924776C9025W12F150二0.4550盘县灰4%3410710632.477759472696HLC-NAF/HJUNF-2C0.8HJAE-A8/万3~52438第二次工艺试验配合比7C9025W8F100三0.4555盘县灰5%38901103770042957242990HLC-NAF/HJUNF-2C0.8HJAE-A8/万3~52457n3.2.1提出水泥熟料矿物成份及早期水化热指标众所周知，水泥中C3A在四种水泥主要矿物成份中水化速度最快，C3A含量高，不仅水泥早期水化热高，且水泥收缩大，脆性指数也较高；C3S含量高，水化热也较高；而C2S和C4AF水化速度较慢，水化热也较低。因此必须限制C3A和C3S的含量。对用于光照大坝的使用的畅达水泥，提出如下指标：水泥熟料中C3S＜60%，C3A＜6%，C4AF＞14%；水泥:3d水化热≤251kJ/kg，7d水化热≤293kJ/kg。3.2碾压混凝土配合比设计优化n3.2.2采用低需水量比的粉煤灰,降低胶凝材料用量前期混凝土试验主要采用安顺灰和盘县灰。安顺灰在安顺电厂使用风送系统后，粉煤灰需水量比降至约90%。相对于盘县灰，当安顺灰的掺量为50%、水胶比为0.45时，碾压混凝土用水量减少了13kg/m3，混凝土中水泥用量减少14.4kg/m3。根据有关资料表明，每减少10kg水泥用量，混凝土绝热温升降低约1.2℃，则减少14.4kg/m3水泥可降低绝热温升约1.73℃。n3.2.3使用缓凝高效减水剂和高性能引气剂a.采用缓凝高效减水剂能显著减少混凝土单位用水量，提高混凝土的可塑性，延长混凝土的凝结时间，推迟混凝土水泥水化热峰，满足高温季节混凝土施工的需要，加快施工进度；同时可提高混凝土容重、耐久性、抗裂性。nb.提高缓凝高效减水剂的质量，合理调整缓凝减水剂掺量在碾压混凝土性能满足要求的条件下，增加缓凝高效减水剂的掺量虽可降低碾压混凝土的胶凝材料用量，但减水率过高，混凝土胶凝材料用量较低，浆砂比较小，影响了混凝土可碾性。根据专家意见，对于C9025碾压混凝土，胶凝材料宜控制在180kg/m3左右。将减水剂掺量调整至0.5%，既可满足碾压混凝土凝结时间及VC值的要求，又能满足混凝土性能，同时又降低了成本。nC.使用高性能引气剂使用高性能引气剂，在相同混凝土含气量下，能有效降低引气剂的掺量。在使用山西黄河HJAE-A引气剂后，引气剂掺量降至胶凝材料用量的3/万。n3.2.4采用粉煤灰代替部分砂提高浆砂比光照电站人工砂石粉含量较低，石粉含量在10%～13%之间。根据专家意见，人工砂中石粉含量应达到16%～20%、砂中＜0.08mm细粉含量大于8%比较合适。为提高碾压混凝土浆砂体积比【浆砂体积比=（水泥+水+灰+＜0.08mm细粉+混凝土含气量）的体积∕（砂浆+混凝土含气量）的体积】，使混凝土碾压后泛浆充分，提高碾压混凝土层间结合及密实性，采用2%粉煤灰代替（后因人工砂石粉含量降低提高至3%）人工砂，提高人工砂中细颗粒含量。根据计算（见表3.2.4），掺入3%粉煤灰替代人工砂后，浆砂体积比提高了0.02。从现场碾压效果看，采用粉煤灰替砂后，混凝土泛浆充分、密实性好。n表3.2.4光照水电站碾压混凝土浆砂体积比混凝土设计等级级配浆砂比灰替石粉0%灰替砂2%灰替砂3%含气量按2%计算含气量按3%计算含气量按2%计算含气量按3%计算含气量按2%计算含气量按3%计算C9025W12F150二0.410.420.420.430.430.44C9025W8F100三0.410.420.420.430.420.44C9020W8F100二0.390.410.410.42C9020W6F100三0.390.400.410.42C9015W6F50三0.380.400.400.41n3.2.5提高水胶比，降低胶凝材料用量根据设计院试验研究成果、结合第一二次工艺试验结果、专家的咨询意见以及室内混凝土试验结果，C9020和C9015混凝土超强较多，在混凝土的性能满足设计要求下，适当提高水胶比，降低了胶凝材料用量。3.2.6优化后的碾压混凝土配合比优化后的碾压混凝土配合比见表3.2.6n表3.2.6光照水电站优化后的大坝碾压混凝土配合比序号设计强度等级级配水胶比灰掺量(%)粉煤灰代砂(%)砂率(%)单位体积材料用量(kg/m3)外加剂Vc值(s)理论容重kg/m3备注水泥粉煤灰灰替砂砂5~20mm20~40mm40~80mm水HLC-NAF/HJUNF-2C(%)HJAE-A1C9025W12F150二0.4550238929215799545818830.53/万3~524442006年4月12日之前使用2C9025W8F100三0.4550235838314732448599449750.53/万3~524833C9025W12F150二0.4550338929222791545818830.76/万3~524432006年4月13日后使用4C9025W8F100三0.4550335838321729448599449750.74/万3~524875C9020W6F100三0.5055335688221755447596445750.73/万3~524896C9020W10F100二0.5055339759123822546820830.73/万3~524607C9015W6F50三0.5560335558222768454606453750.73/万3~52515注：进入夏季后VC损失较快，为调整混凝土凝结时间，减水剂掺量增至0.7%；C9025W12F150、C9020W6F100配合比抗冻要求较高，引气剂掺量分别提高至0.06%和0.04%。n4.结束语光照水电站大坝碾压混凝土配合比通过采用了水化热较低的水泥、需水量比较低的优质粉煤灰、粉煤灰替代部份砂以及使用缓凝高效减水剂和优质引气剂、调整外加剂掺量等优化措施，降低了水泥和外加剂用量，既提高了混凝土部份性能，又获得了良好的经济效益。nn谢谢！nn欢迎大家观看！