任喜平 張 樂(lè) 楊軍超
(陜西引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司,陜西 西安 710100)
變態(tài)混凝土配合比的設(shè)定和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在碾壓混凝土大壩建設(shè)中起著舉足輕重的作用。經(jīng)過(guò)多年的水利工程建設(shè),我國(guó)在變態(tài)混凝土配合比方面已積累了很多經(jīng)驗(yàn),但變態(tài)混凝土在特殊地區(qū)大壩建設(shè)中的施工經(jīng)驗(yàn)仍較少[1],在秦嶺腹地這種介于南方和北方之間的氣候區(qū)域,幾乎沒(méi)有成熟的變態(tài)混凝土配合比的試驗(yàn)成果可以作為參考依據(jù)。三河口大壩變態(tài)混凝土試驗(yàn)立足于實(shí)用、簡(jiǎn)便和理論聯(lián)系實(shí)際,在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行本地區(qū)變態(tài)混凝土配合比試驗(yàn)研究,并在三河口水利樞紐工程中成功運(yùn)用,為引漢濟(jì)渭黃金峽碾壓混凝土大壩建設(shè)提供了混凝土配比依據(jù),也為變態(tài)混凝土在秦嶺腹地這一特殊氣候區(qū)域的推廣應(yīng)用做好了鋪墊。
三河口水利樞紐大壩位于陜西省漢中市佛坪縣與寧陜縣交界處境內(nèi)的子午河上,該地區(qū)的平均溫度多年維持在12.3℃左右,高溫季節(jié)的最高溫度可達(dá)37.4℃左右,低溫季節(jié)最低溫度可達(dá)-16.4℃左右,當(dāng)?shù)貧鉁伢E降現(xiàn)象也比較明顯。三河口水利樞紐大壩為碾壓混凝土雙曲拱壩,河床段壩體的最高高度為141.5m,大壩壩體的上游防滲面、下游側(cè)表面及碾壓混凝土壩體自身與岸坡段巖體結(jié)合部位都采用變態(tài)混凝土,結(jié)合三河口水利樞紐大壩工程特殊情況,從變態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)入手,在大壩右岸壩肩布置獨(dú)立制漿系統(tǒng)、流量計(jì)量裝置。對(duì)壩體寬1m變態(tài)區(qū)的施工嚴(yán)格按照《大壩變態(tài)混凝土專項(xiàng)施工方案》通過(guò)人工方式在每層碾壓混凝土鋪設(shè)完成后開(kāi)挖兩道深和寬各15cm的溝槽,然后按照設(shè)計(jì)要求注入相應(yīng)的凈漿,采用功率比較大的機(jī)械振搗器對(duì)壩體碾壓混凝土和漿液混合的變態(tài)區(qū)進(jìn)行振搗,達(dá)到密實(shí)要求,變態(tài)區(qū)和碾壓混凝土施工區(qū)采取同步上升的施工方案。
根據(jù)大壩工程招標(biāo)投標(biāo)文件和設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)容,大壩變態(tài)混凝土主要設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。
表1 大壩變態(tài)混凝土主要設(shè)計(jì)指標(biāo)
根據(jù)三河口碾壓混凝土大壩設(shè)計(jì)文件中對(duì)變態(tài)混凝土配合比試驗(yàn)材料特性的要求,在施工現(xiàn)場(chǎng)的第三方實(shí)驗(yàn)室通過(guò)室內(nèi)試拌及試驗(yàn)研究,三河口水利樞紐壩體變態(tài)混凝土經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的配合比參數(shù)見(jiàn)表2。
表2 大壩變態(tài)混凝土配合比的試驗(yàn)參數(shù)
變態(tài)混凝土是由碾壓混凝土摻加水泥、粉煤灰、外加劑、水按一定比例組合而成的灰漿,形成具有坍落度的特殊混凝土。變態(tài)混凝土經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、澆筑工藝簡(jiǎn)便[2],在碾壓混凝土中普遍使用,具有常態(tài)混凝土的坍落度、流動(dòng)性,正常振搗即可泛漿,一般作為碾壓混凝土邊界、建筑物表面和防滲性混凝土,使壩體表面光潔、平整、美觀,具有較好的結(jié)合及抗?jié)B性能[3]。根據(jù)引漢濟(jì)渭三河口大壩設(shè)計(jì)的變態(tài)混凝土配合比試驗(yàn)的相應(yīng)參數(shù)值,對(duì)壩體上、下游變態(tài)混凝土的拌和材料變形、力學(xué)特性等物理性能進(jìn)行分析研究。
三河口大壩變態(tài)混凝土配合比試驗(yàn)按照相應(yīng)的變態(tài)混凝土試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行,壩體上、下游區(qū)變態(tài)混凝土各性能參數(shù)值見(jiàn)表3。
表3 壩體上、下游區(qū)變態(tài)混凝土各性能參數(shù)值
抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度是大壩變態(tài)混凝土的主要力學(xué)性能指標(biāo),變態(tài)混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程是將拌和物裝入標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)?zāi)P?分兩層),裝入后每層混凝土需要進(jìn)行25次插搗,按照相應(yīng)的試驗(yàn)操作規(guī)程在標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)至齡期后進(jìn)行相應(yīng)的加荷試驗(yàn)[4],大壩變態(tài)混凝土的力學(xué)及變形性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4和表5。
表4 壩體上、下游區(qū)變態(tài)混凝土力學(xué)性能參數(shù)
表5 壩體上、下游區(qū)變態(tài)混凝土變形參數(shù)
判斷壩體變態(tài)區(qū)混凝土耐久性的標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)在抗凍、抗?jié)B性方面[5],三河口大壩變態(tài)區(qū)混凝土抗凍等級(jí)為F200,抗?jié)B等級(jí)為W8,試驗(yàn)過(guò)程采用三河口大壩混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的混凝土凍融試驗(yàn)機(jī),對(duì)每組選取的6個(gè)試件分別進(jìn)行加壓,不斷地循序穩(wěn)定加壓達(dá)到設(shè)計(jì)水壓力抗?jié)B等級(jí)8h后,表面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象的數(shù)量小于3個(gè),說(shuō)明變態(tài)混凝土的抗凍、抗?jié)B等級(jí)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。壩體上、下游變態(tài)區(qū)混凝土耐久性數(shù)值見(jiàn)表6。
表6 壩體上、下變態(tài)區(qū)混凝土耐久性數(shù)值
從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出三河口壩體變態(tài)混凝土配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)科學(xué)合理,能夠滿足試驗(yàn)規(guī)程和設(shè)計(jì)的相關(guān)要求,試驗(yàn)結(jié)果表明:
二級(jí)配變態(tài)混凝土水膠比0.46,粉煤灰摻量50%、55%、60%的90天齡期抗壓強(qiáng)度均滿足配置強(qiáng)度要求;三級(jí)配變態(tài)混凝土水膠比0.46,粉煤灰摻量50%、55%、60%的90天齡期抗壓強(qiáng)度均滿足配置強(qiáng)度要求;三級(jí)配變態(tài)混凝土水膠比0.49,粉煤灰摻量50%、55%、60%的90天齡期抗壓強(qiáng)度均滿足配置強(qiáng)度要求;二、三級(jí)配變態(tài)混凝土90天齡期極限拉伸值均滿足設(shè)計(jì)要求。
變態(tài)混凝土隨著粉煤灰摻量的提高,混凝土抗凍性能逐漸降低,當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到55%時(shí),二、三級(jí)配碾壓混凝土抗凍性能已接近臨界值。當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到60%時(shí),摻兩種外加劑的二、三級(jí)配混凝土抗凍性能均小于F200,變態(tài)混凝土二、三級(jí)配抗?jié)B指標(biāo)均都大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
綜合以上的試驗(yàn)成果,變態(tài)混凝土的組成及配合比見(jiàn)表7。
表7 變態(tài)混凝土的配合比
5.1.1 凈漿的檢測(cè)結(jié)果
在三河口大壩2017年的施工過(guò)程中,通過(guò)科學(xué)地統(tǒng)計(jì)梳理變態(tài)混凝土的凈漿比重,得出比重的最大值和最小值分別為1.86和1.64,滿足設(shè)計(jì)要求。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí),凈漿強(qiáng)度的平均值為24.2MPa,全部達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
5.1.2 過(guò)渡區(qū)壓實(shí)情況的檢測(cè)結(jié)果
在三河口大壩施過(guò)程中,試驗(yàn)方嚴(yán)格按照《大壩過(guò)渡區(qū)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)要求》及時(shí)做好了過(guò)渡區(qū)的壓實(shí)度檢測(cè)工作,其壓實(shí)容重共檢測(cè)1123次,最大值為2583kg/m3,最小值為2411kg/m3,平均值為2467kg/m3,壓實(shí)度平均值為2467kg/m3,壓實(shí)度平均數(shù)值為103.4%。
5.1.3 力學(xué)檢測(cè)結(jié)果
在大壩變態(tài)區(qū)域共抽取6批混凝土進(jìn)行相關(guān)性能檢測(cè),結(jié)果見(jiàn)表8和表9。
表8 大壩變態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果
表9 三河口大壩變態(tài)混凝土性能檢測(cè)結(jié)果
引漢濟(jì)渭三河口大壩變態(tài)混凝土區(qū)是混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在現(xiàn)場(chǎng)施工中通過(guò)優(yōu)化施工工藝、做好養(yǎng)護(hù)和溫控等質(zhì)量控制措施,使得變態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)致密、表面光滑,變態(tài)區(qū)和碾壓區(qū)的膠結(jié)情況良好,其試驗(yàn)成果在工程建設(shè)中達(dá)到了預(yù)期效果,確保了工程實(shí)體各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。
三河口水利樞紐工程大壩地處秦嶺腹地特殊氣候地帶,對(duì)壩體變態(tài)混凝土的抗?jié)B、抗凍、極限拉伸值要求高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變態(tài)混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)論,并通過(guò)在施工過(guò)程不斷總結(jié)和分析,選擇最優(yōu)的水膠比、合理補(bǔ)充一定的高效減水劑和引氣劑、適當(dāng)增加粉煤灰添加量、采取恰當(dāng)?shù)拇胧┳龊米儜B(tài)混凝土含氣量的控制,可加強(qiáng)變態(tài)混凝土的抗裂和耐久性能。根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL 352—2006)、《水工混凝土施工規(guī)范》(SL 677—2014)、設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)技術(shù)要求,可以看出三河口碾壓混凝土大壩中變態(tài)混凝土配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)都能達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。變態(tài)混凝土施工過(guò)程中所采用的灰漿的水膠比要小于壩體碾壓混凝土灰漿的水膠比,實(shí)際使用中也不宜過(guò)于黏稠,為方便現(xiàn)場(chǎng)施工,所有碾壓混凝土中均摻入同一種灰漿。在碾壓混凝土中摻入占其體積4%~6%的灰漿,使碾壓混凝土變成具有2~4cm坍落度的變態(tài)混凝土,可使其具有良好的和易性。