丁照祥

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局 烏魯木齊 830000)

1概述

1.1 工程概況

布爾津山口水電站庫(kù)容為2.22億m3，屬大(2)型Ⅱ等工程，為常態(tài)混凝土拱壩，最大壩高94m。壩址地區(qū)極端最高氣溫39.4℃，極端最低氣溫-41.2℃，年最大溫差80.6℃;多年平均降水量為153.4mm;多年平均蒸發(fā)量為1619.5mm;極端最大風(fēng)速32.1m/s;最大凍土深127cm。主要?dú)夂蛱卣?夏季炎熱，冬季嚴(yán)寒，高蒸發(fā)量，日溫差大，年溫差較懸殊，寒潮出現(xiàn)頻繁。

1.2 大壩混凝土需要解決的問題

在嚴(yán)寒、高蒸發(fā)、年溫差較大的環(huán)境惡劣地區(qū)建一座高拱壩，需要解決拱壩深孔泄洪口及溢流表孔混凝土的抗沖磨、耐久性和抗裂性等問題。通過試驗(yàn)研究，采取相應(yīng)措施，提高了抗沖磨混凝土的工作性能，提出了適宜的施工配合比，解決了抗沖磨混凝土施工及長(zhǎng)期安全運(yùn)行的問題。

1.3 混凝土研究思路及指標(biāo)

考慮當(dāng)?shù)氐淖匀粴夂驐l件，該拱壩泄洪、溢流面表層采用高性能混凝土，以提高混凝土抗沖磨能力、耐久性。配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)的技術(shù)路線為:摻粉煤灰、低水膠比、較低用水量、高含氣、較低坍落度控制，以滿足抗沖磨混凝土“強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍、抗裂、抗沖磨”要求，達(dá)到適宜強(qiáng)度、較好施工性、高性能化和較好的抗裂目的。

高性能混凝土主要設(shè)計(jì)指標(biāo):強(qiáng)度、抗凍、抗裂、抗?jié)B。混凝土級(jí)配為三級(jí)配，設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)C2840W6F300。

2 原材料

2.1 水泥

按就近取材的原則，試驗(yàn)采用P.Ⅰ42.5型硅酸鹽水泥，該批水泥物理力學(xué)和化學(xué)指標(biāo)均滿足《通用硅酸鹽水泥》GB 175—2007中P.Ⅰ42.5水泥技術(shù)要求。

2.2 粉煤灰

試驗(yàn)采用的粉煤灰，檢測(cè)結(jié)果滿足《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5055—2007)中Ⅰ級(jí)粉煤灰要求。

為便于經(jīng)濟(jì)有效地利用粉煤灰，進(jìn)行了粉煤灰摻量與水泥膠砂強(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)，粉煤灰摻量分別為0%、20%、30%、40%，其試驗(yàn)成果見表1，粉煤灰不同摻量的膠凝材料水化熱試驗(yàn)成果見表2。

表1 粉煤灰摻量與水泥膠砂強(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)成果

表2 粉煤灰不同摻量的膠凝材料水化熱試驗(yàn)成果

由強(qiáng)度變化關(guān)系可知，水泥膠砂強(qiáng)度隨粉煤灰摻量增加而降低。粉煤灰摻量30%以內(nèi)膠砂強(qiáng)度降低幅度不大。

水化熱隨粉煤灰摻量增加而降低;粉煤灰摻量20%～30%之間水化熱降幅較大，對(duì)降低混凝土發(fā)熱量有利。

綜合上述成果，設(shè)計(jì)齡期28天的混凝土配合比中粉煤灰摻量可按20%左右考慮。

2.3 砂石骨料

采用C1料場(chǎng)的砂石骨料，細(xì)骨按天然砂40%、人工砂60%的比例配制混合砂，細(xì)度模數(shù)滿足2.6±0.2的試驗(yàn)控制范圍，各關(guān)鍵粒徑累計(jì)篩余量均在中砂區(qū)域內(nèi);粗骨料小石、中石、大石的各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果符合《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144—2001)控制標(biāo)準(zhǔn)。

粗骨料級(jí)配組合比例選擇試驗(yàn):根據(jù)最大密度和最小空隙率優(yōu)選粗骨料的級(jí)配比例，對(duì)不同級(jí)配的粗骨料進(jìn)行組合試驗(yàn)，選擇了最大密度1970kg/m2和最小空隙率27.9%的骨料比例組合，三級(jí)配骨料比例為小石∶中石∶大石=20∶30∶50，各級(jí)配粗骨料的組合比例與振實(shí)密度試驗(yàn)成果見表3。

2.4 外加劑

試驗(yàn)采用 NF—2型緩凝高效減水劑和 PMS—NEA3型引氣劑。外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)與水泥的適應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果符合(GB 8076—2008)《混凝土外加劑》中對(duì)該類產(chǎn)品的要求。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

3.1 混凝土配制強(qiáng)度的確定

根據(jù)現(xiàn)行的《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144—2001)有關(guān)要求，抗沖磨混凝土配制強(qiáng)度及設(shè)計(jì)要求如下:

混凝土采用三級(jí)配，設(shè)計(jì)指標(biāo)C2840W6F300，強(qiáng)度保證率95%，概率度系數(shù)t為0.84，標(biāo)準(zhǔn)差σ為5.0，配制強(qiáng)度48.2(MPa)，極限抗壓40(MPa)，抗拉強(qiáng)度2.2(MPa)，抗壓彈膜30(GPa)，混凝土含氣量5%，密度不小于2400(kg/m3)，極限拉伸值大于0.85×10-4。

3.2 配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)原則

配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL 352—2006)中絕對(duì)體積法計(jì)算，配合比試驗(yàn)采用的主要參數(shù)見表4。

表4 混凝土配合比調(diào)試試驗(yàn)參數(shù)

根據(jù)抗沖磨混凝土耐久性要求和高性能化目標(biāo)，配合比試驗(yàn)嚴(yán)格控制混凝土拌和物的含氣量。按混凝土拌和物出機(jī)30min，含氣量測(cè)值在控制范圍內(nèi)，坍落度符合要求時(shí)成型各類試件。

3.3 抗沖磨混凝土配合比試驗(yàn)

抗沖磨混凝土在規(guī)范中未規(guī)定抗沖磨控制指標(biāo)，一般強(qiáng)度高的混凝土抗沖磨性能較好，抗沖磨混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)為28天齡期C40W6F300三級(jí)配混凝土，混凝土配合比調(diào)試試驗(yàn)參數(shù)見表5，試驗(yàn)成果見表6、表7、表8。

試驗(yàn)成果表明，粉煤灰摻量20%、水膠比0.28的抗沖磨混凝土配合比28天各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)施工要求。

表5 大壩抗沖磨混凝土配合比試驗(yàn)參數(shù)表

表6 大壩抗沖磨混凝土配合比拌和物性能與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)成果

表7 大壩抗沖磨混凝土配合比力學(xué)性能與變形性能、抗?jié)B性能試驗(yàn)成果

表8 大壩抗沖磨混凝土配合比抗凍試驗(yàn)成果

4 推薦配合比

根據(jù)試驗(yàn)成果分析得出布爾津山口電站大壩抗沖磨混凝土配合比，見表9。

表9 大壩抗沖磨混凝土推薦配合比表

5 試驗(yàn)成果評(píng)價(jià)

a.由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，粉煤灰摻量20%的配合比滿足要求，28天試驗(yàn)成果的抗壓強(qiáng)度52.2MPa大于配置強(qiáng)度 48.2MPa，抗拉強(qiáng)度 3.34MPa大于設(shè)計(jì)值2.2MPa，抗壓彈模30 GPa，混凝土含氣量4% ～6%，密度2425kg/m3，極限拉伸1.24×10-4大于設(shè)計(jì)值0.85×10-4，抗凍等級(jí)F400大于設(shè)計(jì)值F300，抗?jié)B達(dá)到W10大于設(shè)計(jì)值W6。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，該配合比能夠滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)合理，能夠用于大壩抗沖磨結(jié)構(gòu)部位的施工。

b.該配合比設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)整了抗沖磨混凝土的單一特性，在保證混凝土的抗沖磨性能時(shí)，還大幅提高了其工作性能，具有較好的抗凍、抗裂、抗?jié)B性，可有效地解決嚴(yán)寒酷熱條件下易凍脹破損的問題，延長(zhǎng)安全運(yùn)行的時(shí)間，降低維修費(fèi)用。

c.含氣量是混凝土高性能化的關(guān)鍵控制參數(shù)，試驗(yàn)成果也反應(yīng)了該問題，含氣量在4.5% ～5.5%時(shí)可滿足F300以上抗凍要求。含氣量在混凝土現(xiàn)場(chǎng)入倉(cāng)施工時(shí)(出機(jī)約30min后)按5% ～5.5%控制，引氣劑摻量根據(jù)含氣量測(cè)值進(jìn)行調(diào)整。?

覃柏鈞，鄧有富.構(gòu)皮灘水電站水墊塘邊墻抗沖磨混凝土施工工藝［J］.水利水電技術(shù)，2011(5).