山口電站大壩工程碾壓混凝土施工配合比優(yōu)化及應用

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簡介： 山口電站大壩工程碾壓混凝土施工配合比采用中熱水泥及高摻粉煤灰技術，夏季經(jīng)優(yōu)化配合比，降低混凝土的絕熱溫升，滿足了高溫季節(jié)不間斷施工的要求。另外，壩體從▽154.0m以上全斷面采用三級配碾壓混凝土，用三級配變態(tài)混凝土上游形成防滲體，達到了壩體防滲目的。
關鍵字：施工配合比 優(yōu)化 夏季施工

1．工程概況

山口梯級三級電站位于廣東省始興縣境內都安水下游，地處中亞熱帶，具有山區(qū)氣候特征，極端最高溫度38.4℃，極端最低溫度-5℃。電站以發(fā)電為主要目的，壩址位于馬市鎮(zhèn)山口村上游約1Km，距始興縣城約24Km。碾壓混凝土重力壩工程包括左右岸重力壩段和溢流壩段。壩頂長179.44m.，最大壩高57.4m，壩底最大壩寬50.0m，壩頂寬5.0m，正常蓄水位為▽180.0m。碾壓混凝土10.4萬m³，常態(tài)混凝土2.9萬m³ 。碾壓混凝土設計容重≥2350Kg/m³，

２．原材料

２．1．砂石料

砂石料為天然料，源自離壩址13 km的頓崗料場。砂細度模數(shù)為2.4~2.8之間，容重ρ_s=2.61t/m³，因毛料場為多年沖積層，毛料中級配極不穩(wěn)定，含泥量偏大且不穩(wěn)定，加工時比較難于洗干凈，含泥量在0.2%~5.8%之間，但是，若過于強調砂的含泥量，則會把砂中的細顆粒帶走，這對混凝土的和易性等質量有一定的影響。

粗骨料容重ρ_g=2.69 t/m³，三級配當比例為40：35：25時，緊密密度最大1853 kg/m³，當30：40：30時，緊密密度為1833 kg/m³，二級配當比例為60：40時，緊密密度最大1860 kg/m³。

２．2．膠凝材料

水泥：本工程采用韶關三江水泥生產(chǎn)的利達多牌42.5 Mpa水泥，容重為3.01t/m³，具有高鐵、低鋁、高硅、低脆性及低水化熱特點，其脆性系數(shù)為5.8～7，水化熱7d為239.2j/g，比中熱水泥低18%，同時在煤灰摻量為65%時僅為102 j/g，比中熱水泥降低65%，水泥的礦物成分見表—1，水泥水化熱試驗結果見表—2。

     表—1水泥檢測成果表

項目

細度(%)

抗折強度(Mpa)

抗壓強度(Mpa)

礦物成份（%）

Mgo含量(%)

脆性系數(shù)(△K)

3d

28d

3d

28d

C₃S

C₂S

C₃A

C₄AF

最大值

7.6

5.2

8.3

30.5

53.2

44.2

26.0

9.3

14.9

3.22

6.8

最小值

3.2

4.2

7.7

23.5

46.6

41.8

23.9

8.7

14.1

2.27

5.8

平均值

4.2

4.5

8.0

25.6

49.6

42.8

25.0

9.0

14.5

2.80

6.3

               表—2水泥水化熱試驗成果表

粉煤灰摻量(%)

0

55

60

65

65

外加劑摻量(%)

0

0.2

0.3

0

0.7

7天水化熱(j/g)

239.3

132.3

103.2

102

推算為45

摻合料：本工程摻合料采用韶關烏石電廠生產(chǎn)的Ⅲ級粉煤灰，容重為2.18t/m³。

２．3．外加劑

本工程先后采用了黃埔粵和廠的HPG-3和浙江龍游廠ZB-1RCC-15兩種高效減水緩凝外加劑，經(jīng)比較兩種外加劑減水效果都在20%左右，但進入高溫季節(jié)以后，凝結時間ZB-1RCC-15明顯優(yōu)于HPG-3，在氣溫40℃以下，摻加0.6%ZB-1RCC-15的砼初凝時間可達5h，其凝結時間隨摻量的增加而延長，能滿足壩體施工的需要。其摻量根據(jù)混凝土入倉溫度不同而適當調整：在溫度小于20℃時為0.5%，20℃~25℃為0.55%，26℃~30℃為0.6%，31℃~35℃為0.7%，若高于35℃摻量為0.75%~0.8%，保證現(xiàn)場混凝土的初凝時間大于10h。

3．混凝土的灰水比與強度關系

從圖—1及圖—2分析可知，R₉₀C₁₀三級配混凝土，粉煤灰摻量65%(圖—1)時，水膠比每增加0.1，其強度下降1.0Mpa；粉煤灰摻量50%(圖—2)時，水膠比每增加0.1，其強度下降2.0Mpa。根據(jù)室內試驗碾壓砼的用水量與VC值的關系為：三級配砼用水量每增加5kg/ m³其VC值約減少3.2s，二級配用水量每增加5kg/ m³其VC值約減少3.55s。

4．施工選用配合比

按絕對體積法計算配合比，含氣量取1.5%，在現(xiàn)場試驗調整后，為保證混凝土的90天的強度，盡可能地減少壩體內部溫度最高值的梯度，滿足不同氣溫下的施工需要，施工配合比按大氣溫度及混凝土入倉溫度不同按表-4選用。所有變態(tài)混凝土漿液水膠比為0.47，摻灰率為50%，注漿量為4%~6%。

表-4混凝土施工配合比

編號

設計

標號

水膠比

總膠材kg

摻灰率

%

需水量

kg

砂率

%

每立方砼骨料用量kg/m³

砂

0.5~2

2~4

4~8

H4

R₉₀C₂₀W₆

0.5

190

45

95

30

631

611

916

H5

R₉₀C₂₀W₆

0.5

190

50

95

30

635

615

917

H6

R₉₀C₁₀W₆

0.6

142.5

56

85.5

28

614

407

570

651

H7

R₉₀C₁₀W₄

0.6

142.5

56

85,5

28

608

483

645

483

H8

R₉₀C₁₀W₄

0.6

142.5

60

85.5

28

612

486

647

486

H9

R₉₀C₁₀W₄

0.5

142.5

65

71

27

600

502

669

502

H10

R₉₀C₁₅W₄

0.55

170

50

93.5

29

610

493

657

493

5．應用配合比混凝土性能

一般上混凝土在高摻粉煤灰（50~65%）的情況下，其絕熱溫升一般為12~18℃，而壩體的溫升只有10.8~15℃，表-5是本工程混凝土絕熱溫升表。因此，在夏季施工雖然混凝土的入倉溫度很高，但由于壩體內外溫度梯度小仍不會出現(xiàn)溫度應力裂縫。本工程碾壓混凝土的彈性模量：C₁₀摻灰60%時為0.77×10⁴Mpa，C₁₀摻灰65%時為0.675×10⁴Mpa，C₂₀摻灰50%時為1.419×10⁴Mpa。圖-3是C₁₀混凝土粉煤灰摻量不同與強度關系圖。從圖中可知，C₁₀混凝土粉煤灰摻量每增加5%，90天強度約降低2Mpa，同時7天強度發(fā)展關系（均與28天相比）約為0.45~0.55，60天強度發(fā)展關系約為1.4~1.55，90天強度發(fā)展關系約為1.60~1.75?；炷猎诜勖夯覔搅窟_50%以后，其1年強度增長率可達173%~264%。可見碾壓混凝土的抗裂性能比常態(tài)混凝土要成倍地提高。說明，利用高摻粉煤灰既可降低混凝土的絕熱溫升，又可提高混凝土的后期強度增長率，這對混凝土的抗裂是有利的。

表—5混凝土絕熱溫升室內試驗成果表

混凝土等級

總膠材kg/m³

ZB-1摻量%

7d

℃

10d

℃

14d

℃

21d

℃

28d

℃

C

F

C₁₀

50

92.5

0.7

9.3

10.8

11.8

13.5

15.7

C₂₀

90

90

0.7

15.9

18.3

20.15

22.1

24.6

山口電站大壩工程碾壓混凝土施工已于2001年1月2日完成。C₁₀砼共進行1813組的密實度測試，其平均干容重為2434Kg∕m³，密實度97%以上；混凝土機口取樣抗壓強度統(tǒng)計Rm=15.8Mpa，Cv=0.17，δ=2.70Mpa，P=98.6%。C₂₀混凝土共進行399組的密實度測試，其平均干容重為2430Kg∕m³，密實度98%以上；混凝土機口取樣抗壓強度統(tǒng)計Rm=22.3Mpa，Cv=0.09，δ=2.06Mpa，P=94%。C₁₅混凝土機口取樣抗壓強度統(tǒng)計Rm=18.4Mpa，Cv=0.115，δ=2.12Mpa，P=92%。

6．小結

(1)．山口電站大壩工程碾壓混凝土施工配合比采用低熱水泥、高摻粉煤灰技術及摻用高溫型外加劑，使混凝土在本質上得到改善，降低混凝土的絕熱溫升，夏季混凝土入倉溫度高達36℃時正常不間斷施工。

(2)．壩體從▽154.0m以上全斷面采用三級配C₁₅混凝土，變態(tài)混凝土從機口取樣抗?jié)B等級部達到要求。目前庫水位已蓄至▽180.0m，三級配變態(tài)混凝土已承受了26 m水頭的壓力，從外觀看，▽154.0m以上除了極個別部位因層間結合不良而出現(xiàn)少量滲水外，并未發(fā)現(xiàn)有混凝土本身的滲水，可見三級配碾壓混凝土達到了防滲目的。

(3)．因毛料場骨料級配極不平衡，常出現(xiàn)4~2cm無法滿足施工的現(xiàn)象，導致三級配骨料比例不能按理想的3：4：3的要求施工，再加上其它原因（如負壓溜槽真空度不夠，骨料形狀較差等）出現(xiàn)骨料分離嚴重，這混凝土的質量有一定的影響。

作者簡介：

溫祖國（1970年—）：水工工程師，從事水利工程施工11年。