糯扎渡水电站抗冲耐磨混凝土配合比设计研究.pdf

水利水电技术第4 5卷2 O 1 4年第3期 糯 扎渡水 电站抗 冲耐磨 混凝土 配合 比设计研究 许桥 ，周志元 ( 长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉4 3 0 0 1 0 ) 关键词 ：糯扎渡水电站 ；抗冲耐磨混凝土 ；配合 比 中图分 类号 ：T U 5 2 8 ( 2 7 4 ) 文献标识码 ：B 文章编 号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 3 0 0 4 糯扎渡水电站大坝为心墙堆石坝 ，坝高 2 6 1 5 m， 属 I等大( 1 ) 型工程 。工程 以发电为主，兼有防洪 、 灌溉、养殖和旅游等综合利用效益，水库具有多年 调节性能 。该水 库库容 为 2 3 7 0 3 X 1 0 m ，电站装 机容量 5 8 5 0 MW( 96 5 0 MW) 。糯 扎渡水 电站混 凝土总量为 4 0 0 X 1 0 m 。左 、右岸泄洪隧洞出 口无 压段底板及溢洪道泄槽等部位为抗冲磨混凝土。 1 抗冲耐磨混凝土配合比设计指标 抗 冲耐磨混凝土配合 比的优 良与否对工程 的质 量影响非常重要 ，配合 比必须满足设计指标和施工 要求 ，尽量减少水泥用量 ，降低工程成本和混凝 土 的发热量 ，通过掺人优质外加剂来配制优质 的混凝 土。抗冲磨混凝 土 C 。 5 5 W8 F 1 0 0抗 压强 度 9 0 d强 度为 5 5 MP a ，抗冻等 级不小 于 F 1 0 0 ，抗渗 等级不 小 于 W8 ，极拉 2 8 d不 小于 1 0 0 MP a 。9 0 d不小 于 1 1 0 MP a 。根据现 场施工 条件 ，混凝 土 的坍 落度要 求 为 1 4 01 6 0 m m。 糯扎渡左泄洪洞前期抗 冲磨混凝土 C 帅 5 5提 出了 温控要求 ，出机 口温度不大于 1 6 c c，浇筑温度不大 于 1 9，最 大温升不 大于 5 O c 【 = ，内外温差 不超 过 2 O c c。左泄洪洞 由于所施工部位 出现混凝土 内部温 升过高，为防止抗冲磨混凝土产生大量的裂缝 ，将出 机 口的温控要求 由原来 的不大于 l 6 c C 下调 为不大于 1 4 c 【 = 2 原材料试验情况 2 1 水泥 使用 水 泥 为 云南 普 洱 天 壁 P 1 4 2 5型 和 祥 云 3 o P MH 4 2 5型水泥 ，其检测成果如表 1所列。由表 1 可知 ，所检 测成 果满 足 规范 通 用 硅酸 水 泥( G B 1 7 5 _ _ 2 0 0 7 ) 要求 ，普洱天壁 P I 4 2 5型水泥 的 3 d强 度为 2 6 5 MP a ，2 8 d强度为 5 5 0 M P a ，水泥强度偏 高不利于抗 冲磨 的温控。祥云 P MH 4 2 5中热水硅酸 盐水泥 的 3 d平均强 度 为 2 3 0 MP a ，2 8 d强 度 为 5 1 2 MP a ，中热水泥富余强度高 、水化热低 、抗磨 、 抗冻 、抗蚀 、抗渗 、抗裂性能好 、干缩小等优点 ，适 合选用。 2 2粉煤灰 目前混凝 土掺 合 料 有 粉 煤 灰 、硅 粉 、凝 灰 岩 粉 、磷渣粉加 凝 灰 岩粉 等 ，粉 煤 灰 为最 常用 的 一 种 。粉煤灰是以燃煤发 电的火力发 电厂排 出的工 业 弃料 ，一般而言粉煤灰 的 C a O含量较低 ，其 自身所 能产生 的水化作用是微不 足道 的 ，但若受 到水 泥水 化生成 C a ( O H) ：的激 发 ，粉煤灰 会逐渐 发生水 化 作用和水泥一起成 为胶凝 材料 ，使混凝 土胶结并 产 生 力 学强 度 。 粉煤灰作为一种人 工火 山灰掺 和料掺 人混凝土 中，不仅可 以节约水泥 、改善新拌混凝 土的工作 性 能 、提高硬化混凝 土的后期强度及其抗化学侵蚀 能 力 、抑制 碱一骨料 反应等 ，可 以降低水泥水化 热温 升 、简化温控措施。抽检 6组云南宣威 I 级粉煤灰检 测结果如表 2所列，有效地降低混凝土的单位用水 量 ，采用粉煤灰替代部分水泥，可获得 良好 的技术经 济效益 ，使混凝土性能得到很大改善 ，提高 了混凝土 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 1 2 - 2 3 作者简介 ：许桥( 1 9 8 6 一)，男，湖北仙桃人 ，助理工程师。 Wa te r Re s o u r c e s a n d Hy d r o po w e r En g i n e e r i n g V o 1 4 5 No 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 水泥检测 结果 许桥， 等糯扎渡水电站抗 中 耐磨混凝土配合比设计研究 抗折强度 MP a 抗压强度 MP a 标准稠度 初凝时间 终凝时间 比表面积 项 目 安定性 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d C m ml n mi n m。 k g一 规范要求 3 5 6 5 l 7 O 4 2 5 。 4 5 3 9 0 3 0 0 合格 P I 4 2 5实测值 5 5 8 _ 3 2 6 5 5 5 ， O 2 6 2 l 3 8 1 7 2 3 5 8 合格 MH 4 2 5实测值 4 5 8 5 2 3 O 5 1 2 2 6 1 3 2 8 4 2 2 3 0 4 合格 的抗裂性和耐久性 。 表 2云南宣威 l级粉煤灰检测结 果 细度 项 目 需水量比 含水量 烧失量 S O 含量 ( 4 5 IJ , m筛) 规定值 1 2 9 5 1 5 3 最小值 0 6 9 1 O 0 1 1 1 0 04 最大值 7 7 9 5 0 2 2 8 9 0 3 1 平均值 4 1 9 3 O 1 1 9 8 O 1 5 2 3骨料 骨料是混凝土的主要组成材料。在混凝土中，骨 料所 占的体积越多 ，水泥的用量就越少 ，混凝土的经 济性就越好。骨料品质的好坏对混凝土的技术性能和 经济效益产生重要影 响。因此 ，在生产优质 混凝土 时 ，必须对骨料进行认真选择。骨料 的性能如颗粒级 配 、形状 、表面状态及最大粒径等对混凝土拌和物的 和易性影响较大。级配好的骨料空隙少 ，在相 同水泥 浆量 的条件下 ，流动性要好些 。 通过试验测定不同组合比骨料的容重 ，先选择级 配 比较密实的骨料通过混凝土的和易性试验 ，混凝土 的和易性好且容重较大的组合 比为最优级配组合 ( 见 表 3 ) 。使用 的细骨料为机制 中粗砂 ，粗 骨料 为人工 碎石 ，二级配 ，经试验选择 小石与 中石 比为 4 5： 5 5 为宜 。 表 3骨料 参数试验结果 堆积密度 表观密度 细度 石粉含 吸水率 品种规格 k g m一 g m一 模数 量 松散 紧密 干 饱和面干 机制 中粗砂 2 6 4 1 5 1 O 1 7 5 0 2 6 2 2 6 0 1 5 9 1 1 52 0mi ll 小石 _ 1 3 3 0 l 5 1 O 2 6 2 2 6 O _ O 4 1 3 5 0 1 5 3 0 2 6 2 2 6 1 O 3 2 o 4 0 1 1 I 1 中石 _ 2 4外 加剂 糯扎渡抗冲磨混凝土外加剂选用的是聚羧酸盐减 水剂 ( 江苏博特 J M P C A) ，掺量 为 1 2 ，减水率 为 2 1 3 ，初 凝 时 间为 2 0 2 mi n ，终 凝 时 间为 2 2 3 m i n ，3 d和 2 8 d抗压强度 比分别 为 1 6 9 和 1 4 9 ， 含气量为 1 8 ，泌水率为 8 4 2 。引气剂为江苏博 特 J M一 2 0 0 0 G型 ，掺量为 0 0 0 5 ，其他参数如表 4 所列 。 3 抗冲磨混凝土配合比设计 根据 水 工建 筑物抗 冲磨 防空蚀混 凝土技 术规 范 ( D L 5 2 0 7 -2 0 0 5 ) 规范要求，水胶比不宜大于 0 4 ，粉煤灰掺量不宜大于 2 5 ，抗冲磨混凝土的配 制强度应 由下式计算 o =f c +1 2 8 6 ( 1 ) 式中， 。 为混凝 土施工强度 ； 为混凝 土设计强 度 ； 为混凝强度标准差 。 混凝土标 准 差 由生 产 过程 中质 量管 理 水平 确 定 ，应根据施工单 位的历史统计资料计算得 出。如 无历史统计 资料时 ，对 C 3 5C 5 0抗 冲磨混 凝土标 准差可取 5 0 MP a ；对 C 5 5C 6 0抗 冲磨 混凝 土配 制强度取值应不低 于设计强度 的 1 1 5倍 ；对于 C 6 0 以上抗 冲磨混凝土配制强度取值 应不低 于设计强度 的 1 1 2倍。糯 扎渡水 电站左 右岸 泄洪洞 抗 冲磨强 度设 计为 C 。 。 5 5，根 据规 范要求 ，配制 强度取 值应 不低 于 设 计 强 度 的 1 1 5倍 ，配 制 强 度 不 应 小 于 6 3 5 MPa 。 用水量和砂率选择时，应分别选用不 同的用水量 和砂率进行试拌 ，通过混凝土的试拌来选择混凝土的 用水量和砂率。通过试拌用水量选用 1 3 8 k g m ，砂 率为 3 8 。 选择水胶 比时 ，拟定 0 3 2 、0 3 6 、0 4 0三种水 表 4 J M一 2 0 0 0引气剂检测成果 减水率 泌水率 含气量 凝结时间 m i n 抗压 强度 比 收缩率 名称 初凝 终凝 3 d 7 d 2 8 d J M 一2 0 0 0 6 8 2 5 5 2 6 O 3 5 9 8 9 2 8 8 _ 标准值 6 0 8 0 4 5 5 5 9 01 2 0 9 01 2 O t9 0 9 O 8 5 1 2 5 水利水电技术第4 5卷2 0 1 4年第 3期 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 许桥， 等糯扎渡水电站抗冲耐磨混凝土配合比设计研究 胶 比进行试拌，根据水胶 比与 9 0 d抗压强度的关系 ， 配制混凝土 C 。 5 5 W8 F 1 0 0的水胶 比为 0 3 7 ，粉煤灰 掺量为 1 5 ，砂率 为 3 8 ，减水剂为 J MP C A，减 水剂掺量为 1 2 ，引气剂掺量为 0 0 0 5 。每立方 米混凝土材料用量 为 ：水 1 3 8 k g m ，水泥 3 1 7 k g m ，粉煤灰 5 6 k g m ，减 水剂 4 4 7 6 k g m ，引气 剂 0 0 1 8 6 k g m ，砂 6 9 7 k g m ，小石 5 7 3 k g r n ， 中石 5 7 3 k g m ，坍落 度 1 41 6 c m，泵送 入 仓方 式 。 前期施工的左泄洪洞出口段 、无压段混凝土的内 部温升最高达到了6 5 2 5。 C，严重超出了设计时 5 O 的指标。所施工的左泄洪洞出口段 、无压段抗冲磨混 凝土出现了较多裂缝 ，主要位于分块 的中部 ，裂缝出 现的时间大多在混凝土浇筑后 5 7 d ，须进一步优化 抗冲磨混凝土配合比。 为进一步优化抗冲磨混凝土配合 比，粉煤灰掺量 由原来的 1 5 调整为 2 0 ，利用后期强度 9 0 d改为 1 8 0 d ，降低混凝土 的出机 口温度 ，由原来 的不大于 1 6下调为不 大于 l 4 ，水胶 比在规范范 围内 由 0 3 7上调为 0 3 8 。由于前期抗 冲磨混凝土拌和物泌 水量大 ，故通过试验将减水剂掺量 由原来 的 1 2 下 调为 0 8 。 4 抗冲磨混凝土拌和物性能对比 通过混凝土配合 比的优化调 整 ，坍落度 和含气 量检测成果 变化不 大 ，出机 口的最高温度 由 1 8 下降到了 1 5 5 ，最小 出机 口温 由原来 的 1 0下 降到了 9 ，平均 出机 口温 度 由原来 的 1 4 4下 降到 1 2 5 ，出机 口平均温度 降低 了 1 9 c c( 见表 5 ) 。出机 口温度的降低有利于抗 冲磨混凝土的温控 防裂控制。 表 5 混凝土拌和物检测结果 混凝土类型 检测项 目 检测组数 组 最小值 最大值 平均值 出机 口坍落度 m m 3 0 l 5 O 1 9 0 1 6 5 C 9 0 5 5 j B 机 口温度 3 2 1 0 O 1 8 O 1 4 4 含气量 l 8 3 1 4 2 3 6 出机口坍落度 rt l ln 8 5 1 3 O 1 7 5 1 5 7 C l 8 0 5 5 出机 口温度 Y ： 7 9 9 O 1 5 5 l 2 5 含气量 3 l 3 2 4 1 3 5 5 抗冲磨混凝土性能检测成果 5 1 抗 压强 度 由检测成果分析可知，C 9 o 5 5 W8 F 1 0 0混凝土 2 8 d 3 2 强度平均值为 5 4 3 M P a ，C 5 5 W8 F 1 0 0混凝土 2 8 d强 度平均值为 4 8 6 MP a ，调整配合 比后 2 8 d强度 的平 均值 由原来的 5 4 3 M P a 下降到 4 8 6 M P a ，降低了 5 7 MP a ；C 5 5 W8 F 1 0 0混凝土 1 8 0 d强度平均值为 6 5 4 M P a ，C 5 5 W8 F 1 0 0混凝土 1 8 0 d强度平均值 为 6 6 7 MP a ，调整 配合 比后 l 8 0 d强度 的平均值 由 原来的 6 5 4 MP a上升 到 6 6 7 MP a ，平 均值提高 了 1 3 MP a 。调整配 合 比后 ，前期 强 度有 所降 低 ，但 后期强度并未下降 ( 见表 6 ) 。 表 6 混凝土抗压 强度检测结果 检测组 龄期 最小值 最 大值 平均值 混凝土类型 数 组 d MP a M P a MP a 2 8 4 4 9 6 1 8 5 4 3 C 9 o 5 5 W SF l O 0 1 O 9 0 5 4 9 8 O 5 6 5 4 2 8 4 0 1 5 7 8 4 8 6 C1 8 0 5 5 W 8 F1 0 0 2 6 1 8 O 5 7 7 7 7 4 6 6 7 5 2 混凝土抗冲磨强度检测成果 表 7为 抗 冲磨 混凝 土 C 5 5 5 W8 F l O 0和 C 5 5 W8 F 1 0 0的检测 结果 。C 。 5 5 5 W8 F 1 0 0抗 冲磨 混 凝 土 2 8 d抗冲磨强 度 、磨损 率均 优 于优 化调 整后 的 C 5 5 W8 F 1 0 0抗 冲磨混凝土 ，但从 1 8 0 d检验结果 来看 C 5 5 W8 F 1 0 0混凝土抗 冲磨强度 、磨 损率均优 于 C 5 5 5 W8 F I O 0 。 表 7 混凝土抗冲磨检测结果 混凝土 检测组 检测项 目 龄期 最小值 最大值 平均值 类型 数 组 d MP a MP a MP a 抗冲磨强度 h 2 8 6 2 7 8 7 4 7 7 3 ( k gm一 )一 9 0 6 3 3 l 1 7 3 9 7 3 C 9 o 5 5 5 5 W 8 FI O 0 2 8 3 0 9 4 2 6 3 5 3 磨损率 9 0 2 31 4 2 8 2 8 9 抗 冲磨强度 h 2 8 5 0 7 8 3 3 6 9 2 ( k g i n ) 一 l 8 O 9 6 0 1 3 9 O 1 1 5 O C l 8 05 5 5 W8 FI O 0 2 8 3 5 1 5 8 0 4 4 7 磨损率 l 8 O 2 2 O 3 1 O 2 7 0 5 3 抗冲磨混凝土极拉检测成果 表 8为 抗 冲 磨 混 凝 土 C 。 5 5 W8 F 1 0 0和 c 5 5 W8 F 1 0 0极拉检测结果 。由检测成果分析可知 ，C 帅 5 5 W8 F 1 0 0抗冲磨混凝土极拉 2 8 d平均值为 1 0 8 7 M P a ， 9 0 d平均为 1 2 8 7 MP a 。配合 比经优化 后 c 5 5 W8 F 1 0 0抗冲磨混凝土极拉 2 8 d平均为 1 2 4 9 M P a ，1 8 0 d ( 下转 第 3 5页) 水利水电技术第4 5卷2 0 1 4年第 3期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 程旁站 ，现场交接班，杜绝违规操作。 3 4采取温控措施 。减小 内外温差 ( 1 ) 减小混凝土水化热。无压段抗 冲耐磨混凝 土 在进行混凝土配合 比设计时，在保证混凝土强度等 级 、抗冻性 、抗渗性等各项性能指标满足设计要求前 提下 ，优先选 用 中热水 泥进 行配合 比设计 ，并掺加 2 0 I 级粉煤灰 ，降低了水泥水化热。施工过程 中控 制底板混凝土坍落度 5 7 c m，采用 自卸车运输 ，布 料机或长臂 反铲入 仓；边墙混凝土坍落度不大于 1 2 c m，采用混凝土搅拌车运输 ，泵送人仓 ，以尽可 能 减小水泥用量。 ( 2 ) 降低混凝 土人 仓温 度 。采用 温控 混凝 土施 工 ，并尽量减低人仓 温度 。控制混凝 土出机 口混凝 土温度 不 大 于 1 6 ，混 凝 土 浇筑 温 度 不 大 于 1 9 。混凝土拌 和采取 骨料 预冷 ，加 冰拌 和的方 式 ， 并选用 出厂温度 不高 的水泥 ，以控 制 出机 口温 度。 混凝土运输 车辆运料前 先采用冷水湿润 降温 ，同时 在混凝土运输车罐体上包裹 2 c m厚隔热材料 ，自卸 车采取顶部和侧 面进行保 温 ，运输 混凝 土时合理调 配车辆 ，减少车辆装料 和等待卸料 时间 ，以减少混 凝土运输过程中的温度 回升 。混凝 土浇筑前 ，仓面 提前 2 4 h采用 1 0 的冷却水 冲洗 并保 持湿 润 ， 降低基础面温度 。 ( 3 ) 控制混凝 土 内部 温升 、减小 内外 温差 。混 凝土采取冷却通水 降低 内部温升 ，1 2 m厚混 凝土 布置单层冷却水管 ；1 5 1 1 1 、2 0 m厚混凝土布置双 层冷却水 管 。管径 3 2 m m、壁 厚 3 2 5 mm，间排 距 1 0 m。混凝 土下料时 即开始连续 通水冷却 ，水 流方 向应 2 4 h调换 一次 ，冷却 水进水 温度 1 01 3 ，动态控制 ，前 5 d通水 流量为 1 82 m h ，5 d后通水流量为 0 51 2 m h ，通水流量根据温度 检测情况进行调整 。混凝土冷却龄期 1 5 d内最大 降温速率不超 过 1 o C d ，5 d后最大 降温速率 不超 ( 上接第3 2页) 武俊峰， 等糯扎渡水电站右岸泄洪洞混凝土防裂技术研究 过 0 5 d，通水 达到 目标温度 2 8 即停止通水 ， 靠 自然散热至稳定温度 。混凝土 内部容许温度 高温 季节不大于 4 5 ，低温季节不大于 4 0。 根据季节情况对混凝土表面进行保温和保湿。混 凝土保温在低温季节进行 ，底板混凝土采用土工布保 水养护 ，边墙 喷洒养护剂养 护 ，并及时覆盖厚 3 c m 的保温被或保温板 ，保证混凝土表面昼夜温差不大于 3 q C。低温季节对两端洞 口进行封闭，制造昼夜温度 变幅不大的洞 内空间，避免冷热空气吹人洞内。高温 季节采用常流水保湿 ，对混凝土表面通 自来水养 护， 通水流量约 1 5 L rai n ，不保温 。 4 防裂效果 右岸泄洪洞抗 冲耐磨混凝 土浇筑完成后 ，经参 建 四方联合普查 ，未发现裂缝 ，并对混凝土施工过 程 中预设 的施工缝和结构缝进行 了化学灌浆和高分 子化学材料封闭处理 。2 0 1 2年 4月 ，糯扎渡水 电站 右岸导流洞开始泄洪 ，最大泄 流量 2 8 0 0 m s ，历 经连续 6个 月 通水 后 进洞 检查 ，洞 内混凝 土 无裂 缝 ，且施工过程中预设 的施工缝和结构缝 冲刷后无 明显 变 化 。 5结语 混凝土裂缝产生的原因很多，机理复杂 ，通过合 理分层分块 、预设施工缝 ，有效地减小基础约束 ，严 格控制混凝土施工质量 ，采取综合温控措施 、降低混 凝土内部温升，减小内外温差综合措施 ，有效避免 了 混凝土非预设裂缝。对于预设规则性缝采取化学灌浆 和高分子化学材料封闭处理 ，由于现有混凝土缝处理 技术能够达到设计 目的，这种高标号混凝土防裂问题 是可以解决 ，对于高流速 、大流量的水工隧洞意义十 分重大 。 ( 责任编辑欧阳越) 表 8 抗冲磨混凝土极拉检测结果 检测组 龄期 最小值 最大值 平均值 混凝土类型 数 组 d MP a MP a MP a 2 8 1 0 7 1 1 l O 3 1 O 8 7 C 9 o 5 5 W 8 F1 0 0 2 9 0 1 2 6 O 1 31 3 l 2 8 7 2 8 1 0 3 6 1 3 6 6 1 2 4 9 C 1 s o 5 5 W 8 Fl O 0 5 1 8 0 1 1 6 O 1 4 9 2 1 3 5 3 平均为 1 3 5 3 MP a ，经优化调整后 的抗 冲磨混凝土配 水利水电技术第 4 5卷2 0 1 4年第3期 合比的极限拉伸值有所提高，更有利于抗冲磨混凝土 的温控防裂。 5 4抗冲磨混凝土抗冻、抗渗检测成果 对左泄洪洞出口无压段前期施工的抗冲磨混凝土 C 帅 5 5 W8 F 1 0 0进行抗冻 、抗渗检验 ，各抽检 6组 ，其 检测 成 果 均 满 足 设 计 要 求 。抗 冲磨 配合 比 由 C 帅 5 5 W8 F l O 0调整 为 C 5 5 W8 F 1 0 0后 ，又对其 抽检抗 冻 、抗渗各 7组 ，其检测成果均满足设计要求。 ( 责任编辑郭利娜) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m