沙沱水电站大坝四级配碾压混凝土配合比优化

沙沱水电站大坝四级配碾压混凝土配合比优化

2013年第1期沙沱水电站大坝四级配碾压混凝土配合比优化魏建忠，吴水英，肖祖阔，颜瑜(中国水利水电第十六工程局有限公司，福建福州I350003)摘要：沙沱水电站挡水坝段采用四级配碾压混凝土，通过优化试验，四级配碾压混凝土水胶比从原推荐配合比的0．50提高至0．53，所用胶凝材料比原推荐配合比的减少10kg／m，碾压混凝土水化热温升进一步降低，温控措施简化，具有较大的技术经济效益。该文总结沙沱水电站四级配碾压混凝土配合比的优化成果，供参考。关键词：碾压混凝土；四级配；配合比；沙沱水电站中图分类号：TV43l文献标识码：B文章编号：1002—3011(2013)01—0017—05主体建筑物混凝土约295万m，其中碾压混凝土130万m。共分16个坝段，1、2、3、14、15、16沙沱水电站位于贵州省沿河县城上游约7km号挡水坝段坝体采用四级配碾压混凝土，设计强度处，距乌江口250．5km。拦河大坝为全断面碾压混等级为c。15，共计约15．7万m，最大填筑高度凝土重力坝，坝顶高程371．O0m，河床最低建基面86．0m。高程270．00mln，最大坝高101m，坝顶全长631．00m。四级配碾压混凝土设计技术要求如表1所示。表1大坝四级配碾压混凝土设计技术要求粉煤灰磷渣粉———————————堂垡塑——————一外加剂DH4AGAE编号掺量／％掺量／％水泥粉煤灰磷渣粉A-r_~52oIIlIl2o4o咖4o80mm80~120砌水／％／(1／万)注：设计强度等级c9。15W6F50，四级配，水胶比0．50，粉煤灰品种为鸭溪，磷渣粉品种为瓮福，砂率采用30％，Vc值采用3～5s，石子级配为20：30：30：20。按照设计技术文件要求，90天龄期混凝土强度前期试验推荐四级配碾压混凝土配合比如表2保证率为90％，混凝土配制强度取19．5MPa。大坝所示。在用的沙沱水电站大坝三级配碾压混凝土配碾压混凝土浇筑前，业主已委托国内某科研单位对合比如表3所示。碾压混凝土原材料及配合比进行了试验研究。沙沱从沙沱水电站前期试验推荐的四级配碾压混凝水电站试验中心在原试验研究基础上，根据工程实土配合比可知，其水胶比取0．50，掺灰量60％，胶际使用原材料等情况，进行了复核，并进一步进行凝材料用量为142kg／m和140kg／m(掺磷渣粉)。了优化。工程已实际使用的三级配碾压混凝土水胶比为2四级配碾压混凝土配合比优化可行性0．55，掺灰量60％，胶凝材料用量仅为137kg／m和142kg／m(掺磷渣粉)。四级配碾压混凝土胶凝收稿日期：2012—12—31用量比三级配还要高。一般而言，在混凝土性能要17n2013年第1期注：设计强度等级c9o15W6F50，三级配，水胶比0．55，粉煤灰品种为鸭溪，磷渣粉品种为瓮福，砂率采用30％，V值采用3—5S，石子级配为30：40：30。表4粗骨料物理力学性能求相同的情况下，四级配碾压混凝土胶凝材料用量15．9％，比表面积260m／kg，需水量比97％，烧应比三级配胶凝材料用量少，故推荐的四级配碾压失量0．33％，碱含量0．76％，SO含量O％，活性混凝土配合比可以进一步优化，以进一步降低混凝指数86％，质量系数1．35％。以上所检验项目均土水化温升。合格。3．3粗骨料3配合比复核试验及优化准备工作粗骨料为沙沱水电站砂石料场生产的灰岩碎石3．1水泥四档料，物理力学性能检测结果见表4，各档骨料水泥为国茂牌42．5普通硅酸盐水泥，检测结果不同比例密度试验结果见表5。如下：密度3．08g／cm，比表面积350m／kg，初凝表5各档骨料不同比例密度试验结果2h21min，终凝3h28min，抗压强度32．1MPa(3d)、44．8MPa(2Sd)，抗折强度6．1MPa(3d)、8．5MPa(28d)，水化热318kJ／kg(3d)、342kJ／kg(7d)。水泥所检测项目均合格。3．2掺合料掺合料采用遵义鸭溪电厂生产的Ⅱ级粉煤灰和贵州省瓮安县瓮福黄磷有限公司生产的磷渣粉。粉煤灰密度2．33g／cm3，细度11．2％，需水量比3．4人工砂97％，烧失量4．6％，SO含量0．70％，28d抗压强人工砂采用半干法生产，其物理力学性能检测度比78．5％。磷渣粉密度2．85g／cm。，细度结果见表6和表7。表6人工砂物理力学性能试验l8n2013年第1期表8减水剂和引气剂性能试验结果(6)满足碾压混凝土浆砂体积比要求(浆砂体积比=(水泥+水+灰+小于0．08mm石粉+混凝土含气量的体积)／(砂浆体积+混凝土含气量))。作为碾压混凝土配合比设计的一项重要指标，根据工程实践，浆砂体积比一般不宜小于0．42，以利于混凝土施工及提高密实性、层间结合及碾压混凝土可碾性。4．2优化后配合比成果分析4．2．1优化过程相关分析(1)水胶比和胶凝材料用量。经试验，四级配碾压混凝土配合比水胶比在0．55时就能满足各项性能指标要求，但胶凝材料用量为127kg／m，低于130kg／m，因此水胶比选择0．53，胶材用量1323．5外加剂kg／m。，略高于三级配碾压混凝土，以便符合《水工碾压混凝土施工规范》第6．0．5条款“永久建筑使用河北外加剂厂生产的DHAG缓凝高效减物碾压混凝土的胶凝材料用量不宜低于130kg／m。，水剂和山西桑穆斯化工有限公司生产的AE引气剂。二者物理力学性能检测结果见表8。当低于130kg／m时应专题论证。”的要求。(2)浆砂体积比。混凝土水胶比为0．53，用水4四级配碾压混凝土配合比优化量70kg／m，胶凝材料用量为132kg／m，优化后4．1优化主要目的的四级配碾压混凝土浆砂体积比为0．44，高于通常(1)配合比符合实际生产使用的原材料的要求的0．42，满足混凝土可碾性、层间结合及抗分要求。离能力。(2)在碾压混凝土性能满足设计技术及混凝土(3)缓凝高效减水剂掺量。合理的掺量是混凝拌和物满足施工要求条件下，提高水胶比，尽量减土质量和经济性保证，在试验的基础上选择了高效少胶凝材料用量，降低混凝土水化温升，充分发挥减水剂掺量为0．7％。高效减水剂掺量过高，混凝四级配碾压混凝土胶材用量少、水化温升低、骨料土用水量过低，将导致胶凝材料用量过低，满足不用量多、抗裂性能强的优势。了规范要求。高效减水剂掺量过低，混凝土胶凝材(3)选择需水量比小、细度低的优质掺合料，料用量过高，将造成混凝土更高的温升和过高的单提高混凝土质量，降低混凝土胶凝材料用量。价而不经济。(4)选择适当的骨料比例，提高碾压混凝土抗(4)粗骨料比例。根据试验，小石：中石：大石分离能力、可碾性及碾压密实性。：特大石为20：30：30：20时，四级配碾压混凝土抗分(5)选用缓凝高效减水剂和高性能引气剂。经离能力最好。试验证明，采用缓凝高效减水剂能显著减少单位用(5)砂率。通过试验，碾压混凝土砂率与V水量，降低水胶比，提高混凝土的可塑性，降低水值关系见表9。从表9可知，四级配碾压混凝土的泥早期水化热，延缓混凝土凝结时间，满足高温季V值最小时，其砂率为28％。为提高混凝土抗分节施工的要求，提高混凝土容重及混凝土耐久性、离能力，在该砂率的基础上，增加2％砂率，即四抗渗性、抗裂性，加快施工进度。级配碾压混凝土砂率采用30％。19n2013年第1期表9碾压混凝土砂率与VC值关系4．2．2优化后室内试验成果优化后四级配碾压混凝土配合比见表1O，室内试验的混凝土拌和物力学性能见表11，室内试验的变形及耐久性能见表l2，以上性能都符合设计技术注：粉煤灰掺量为60％，水胶比0．53，骨料比例小石：中石：大石：特大石为20：30：30：20。要求。表10大坝四级配碾压混凝土优化推荐施工配合比注：设计强度等级C9o15W6F50，四级配，水胶比0．53，粉煤灰品种为鸭溪，磷渣粉品种为瓮福，砂率采用30％，Vc值采用3～5s，石子级配为20：30：30：20。表11大坝四级配碾压混凝土力学性能室内试验成果注：试验试件为四级配碾压混凝土湿筛试件。设计强度等级c15W6F50，四级配，水胶比0．53，粉煤灰品种为鸭溪，磷渣粉品种为瓮福。表12大坝四级配碾压混凝土变形及耐久性能室内试验成果注：试验试件为四级配碾压混凝土湿筛试件。设计强度等级c9o15W6F50，四级配，水胶比0．53。表13大坝现场工艺试验的四级配碾压混凝土拌和物及力学性能试验成果注：全级配试验结果由长科院提供。4．2．3优化后现场工艺试验成果见表14。优化后现场工艺试验的碾压昆凝土拌和物及力工艺试验现场碾压混凝土原位抗剪和模拟现场学性能试验结果见表13，变形及耐久性能试验结果成型抗剪试验成果如下：20n2013年第1期(1)在工艺试验进行原位抗剪试验结果：层面验，四级配碾压混凝土的水胶比从原推荐配合比的2h不处理情况下，四级配碾压混凝土层面抗剪断0．50提高至0．53，所用胶凝材料比原推荐配合比的为f-=1．12—1．19，c1．12—1．18MPa。减少10kg／I1等，进一步降低碾压混凝土的胶凝材(2)室内全级配模拟现场成型抗剪试验结果：料用量、降低碾压混凝土的水化热温升，简化了温层面2h不处理情况下，四级配碾压混凝土层面抗控措施，具有较大的技术经济效益，为碾压混凝土剪断为f-=1．08～1．12，c=3．36～3．64MPa。四级配的推广应用提供一定的借鉴。作者简介：魏建忠(1974一)，男，福建建阳5优化结果比较及使用效果人，高级工程师，从事水利水电工程施工工作；吴优化后的四级配碾压混凝土，水胶比从原推荐水英(1975一)，女，福建建阳人，工程师，从事水配合比的0．50提高至0．53，采用的胶凝材料比优利水电工程施工工作；肖祖阔(1985一)，男，福建化前配合比的胶凝材料减少了10kg／m，接近规范尤溪人，助理工程师，从事水利水电工程施工工作；要求极限，混凝土绝热温升约降低1～1．5℃，比原颜瑜(1983一)，男，福建连江人，助理工程师，从工程使用同设计等级的三级配碾压混凝土胶凝材料事水利水电工程施工工作。减少了7～10kg／in，较优化前四级配碾压混凝土具有较大经济优势，胶凝材料用量的减少也简化了简讯大坝混凝土的温控措施，降低了大体积混凝土温升带来的大坝开裂等一系列问题。第一次全国水利普查顺利完成在沙沱水电站现场工艺试验中，虽然优化后混凝土胶凝材料用量减少了10kg／m，但优化前后，历时3年的第一次全国水利普查顺利完成，普碾压混凝土泛浆效果、抗分离能力、碾压密实性等查主要成果将在今年3月正式向社会公布。本次水并无太大区别。在挡水坝段的上坝施工中，优化后利普查摸清了水利家底，填补了重大国情国力信息的碾压混凝土不分离、可碾性好、碾压密实、泛浆空白，完善了国家基础水信息体系。充分、层问结合良好。2012年4月，在大坝四级配水利普查是一项重大的国情国力调查，是国家碾压混凝土区成功取出直径200ITlm、长l8．54in的资源环境调查的重要组成部分。本次普查对象是我四级配碾压混凝土芯样(见图1)。芯样表面光滑、国境内流域面积大于5O平方公里的江河和面积大于致密，骨料分布均匀、胶结优良，证明了四级配碾1平方公里的湖泊、所有的水利工程、水利机构以压混凝土配合比合理性与先进性。及重点经济社会用水户。本次普查方法科学、调查规范、数据翔实、质量可靠，取得了丰富而宝贵的成果。普查成果全面反映了我国基本国情水情，一是摸清了水利家底，获得了反映我国水资源及其开发、利用、治理、保护和管理等基础资料；二是填补了国情国力信息空白，获得了涉水资源环境信息，查清了大江大河、大中型水利工程、中小河流、小微型水利工程的基本情况；三是完善了国家基础水信息体系，获得了更为准确、细致、权威的基础数据；四是形成了一整套具有重要应用意义的信息体图1大坝四级配碾压混凝土芯样系。这些成果为准确判断水利发展现状、分析江河湖泊开发利用程度、评价水资源调控能力、研究供6结语用水变化规律提供了更为翔实深入的资料，为社会沙沱水电站在国内首次系统全面地开展四级配各界了解水利提供了丰富信息，为完善治水方略、碾压混凝土配合比、性能及施工工艺试验研究，大谋划水利改革发展提供了更为科学可靠的决策依据。体积浇筑于百米级以上大坝获得成功。通过优化试——摘自《中国水利网》21