白蓮河抽水蓄能電站大壩混凝土面板抗裂性能研究

馬 祥

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 羅田 438600）

0 引 言

湖北白蓮河抽水蓄能電站擋水建筑物由1座主壩、3座副壩組成，主壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程312.5 m，趾板底部高程250.00 m，最大壩高59.7 m，壩頂長300.18 m，寬6.0 m，壩體上、下游坡比均為1∶1.4。面板為0.4 m等厚，兩岸受拉區(qū)每塊面板寬8 m，共20塊，中間受壓區(qū)每塊寬16 m，共8塊，最大面板長度100.7 m。

1 混凝土面板抗裂性能試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)內(nèi)容及目的

試驗(yàn)采用強(qiáng)度等級為C30的混凝土。先進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)，確定基準(zhǔn)配合比；在選定的基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行摻加聚丙烯腈纖維、鋼纖維、減縮劑等抗裂材料的混凝土力學(xué)、變形、早期開裂、耐久性能等試驗(yàn)，比較各種材料改善面板混凝土性能效果，提出能有效防止面板裂縫的技術(shù)方案。

1.2 混凝土配合比試驗(yàn)

采用引氣劑、高效減水劑和粉煤灰 （粉煤灰摻量為20%）等外加劑，針對不同水膠比 （水膠比為0.37、0.40和0.43）進(jìn)行混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn)。在滿足混凝土和易性和含氣量條件下，求得混凝土用水量、膠凝材料用量、外加劑摻量、最佳砂率等基本參數(shù)，并進(jìn)行混凝土7、28、90 d齡期的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。通過試驗(yàn)最終選用的混凝土基準(zhǔn)配合比各項(xiàng)性能試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 混凝土基準(zhǔn)配合比及性能試驗(yàn)結(jié)果

表2 混凝土性能試驗(yàn)配合比

1.3 混凝土性能試驗(yàn)

1.3.1 試驗(yàn)方法及內(nèi)容

摻聚丙烯腈纖維、鋼纖維、減縮劑混凝土配合比見表2。試驗(yàn)內(nèi)容包括力學(xué)性能、變形性能、耐久性及熱學(xué)性能研究。

1.3.2 變形性能

（1）抗壓強(qiáng)度。抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表3。各混凝土28 d抗壓強(qiáng)度均在39.4～42.9 MPa范圍內(nèi)，滿足C30混凝土的配制強(qiáng)度要求。與基準(zhǔn)混凝土相比，摻入聚丙烯腈纖維、鋼纖維和減縮劑均對混凝土抗壓強(qiáng)度影響不大，其強(qiáng)度發(fā)展特性與基準(zhǔn)混凝土相類似。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

（2）抗拉強(qiáng)度。劈拉和軸拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4，與基準(zhǔn)混凝土相比，摻聚丙烯腈纖維和減縮劑對混凝土劈拉和軸拉強(qiáng)度影響均不大，摻鋼纖維使混凝土劈拉和軸拉強(qiáng)度有所增加，增加幅度分別為5%～9%和5%～11%。

（3）抗彎強(qiáng)度。混凝土抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表5。各種混凝土28 d抗彎強(qiáng)度為4.21～4.70MPa。摻聚丙烯腈纖維和減縮劑對混凝土抗彎強(qiáng)度影響不大，其強(qiáng)度發(fā)展特性與基準(zhǔn)混凝土類似；摻鋼纖維可使混凝土抗彎強(qiáng)度有所增加。

表5 混凝土抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

1.3.3 混凝土力學(xué)性能

（1）極限拉伸值?；炷翗O限拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表6。結(jié)果表明，各種混凝土的極限拉伸值均較高，與基準(zhǔn)混凝土相比，摻入聚丙烯腈纖維和減縮劑對混凝土的極限拉伸值影響不大；摻入鋼纖維可使混凝土極限拉伸值略有提高，提高幅度為3%～9%。以28 d極限拉伸值為基準(zhǔn)，混凝土7 d極限拉伸值增長率為88%～94%，90 d極限拉伸值增長率為103%～109%，極限拉伸值隨齡期增長幅度不大。

（2）彈性模量?；炷量箟簭椥阅Ａ吭囼?yàn)結(jié)果見表7。結(jié)果表明，各種混凝土28 d抗壓彈性模量為 3.69×104～3.86×104MPa， 差異不大； 28 d 軸拉彈性模量為 3.00×104～3.28×104MPa， 混凝土軸壓彈性模量高于軸拉彈性模量約14%。與基準(zhǔn)混凝土相比，摻入鋼纖維、聚丙烯腈纖維和減縮劑對混凝土的軸拉彈性模量無明顯影響。

表4 混凝土抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表6 混凝土極限拉伸試驗(yàn)結(jié)果

1.3.4 耐久性能

（1）抗?jié)B性?；A(chǔ)、摻聚丙烯腈纖維、摻鋼纖維、摻減縮劑混凝土在逐級加壓到最大水壓1.1 MPa并保持8 h后的平均滲水高度分別為2.5、2.6、2.0、4.0 cm，均較低，抗?jié)B等級均大于W10，均能充分保障面板混凝土的抗?jié)B能力。

（2）抗凍性。當(dāng)混凝土中含氣量控制在4.0%～6.0%時(shí)，300次凍融循環(huán)后，混凝土的相對動(dòng)彈性模量均在90.0%以上，混凝土抗凍等級均大于F300，各混凝土均具有良好的抗凍性能。混凝土中摻入纖維材料及減縮劑對混凝土的抗凍性無明顯影響。

1.3.5 熱學(xué)性能

（1）混凝土絕熱溫升?；炷恋慕^熱溫升測定在日本全自動(dòng)MIT-686-0型混凝土熱量測定儀上進(jìn)行，溫度跟蹤精度為±0.1℃，試件尺寸φ400 mm×400 mm。由于各配合比混凝土的膠凝材料用量及水泥用量相同，而纖維材料基本不會(huì)影響混凝土的絕熱溫升。因此，選擇基準(zhǔn)混凝土和摻減縮劑混凝土進(jìn)行了混凝土絕熱溫升試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，基準(zhǔn)混凝土最終絕熱溫升值與摻減縮劑混凝土擬合最終絕熱溫升值分別為45.0℃和44.4℃。摻減縮劑并不會(huì)影響混凝土中水泥的水化進(jìn)程。

（2）混凝土的早期抗裂性能。各配比混凝土的早期抗裂性試驗(yàn)結(jié)果見表8。從表8可以看出，摻聚丙烯腈纖維和減縮劑對混凝土的早期裂縫有良好的抑制效果，可顯著減少混凝土早期塑性收縮裂縫和早期干燥收縮裂縫的數(shù)量，限裂等級均為一級。摻鋼纖維對混凝土的早期裂縫也有較好的抑制效果，限裂等級為二級。

2 結(jié) 語

根據(jù)試驗(yàn)成果，確定后期電站大壩面板采用的混凝土優(yōu)化配合比見表9。電站2008年蓄水前對大壩面板混凝土裂縫進(jìn)行全面檢查處理，共計(jì)發(fā)現(xiàn)裂縫24處，均為寬度小于1 mm的三類裂縫，與國內(nèi)同類工程相比處于較好水平。目前電站大壩總滲水量最大值為1.56 L/s，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值5.9 L/s，面板混凝土最大壓應(yīng)變236.35 με，最大拉應(yīng)變173.24 με，均較小。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，該優(yōu)化配合比方案有效防止了大壩混凝土面板裂縫的產(chǎn)生，對改善面板的抗裂性效果明顯。

表7 混凝土抗壓彈性模量試驗(yàn)結(jié)果

表8 各配比混凝土早期抗裂性試驗(yàn)結(jié)果

表9 面板混凝土優(yōu)化配合比

［1］ GB/T 50080—2002 普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ GB 50119—2003 混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ YBT 151—1999 混凝土用鋼纖維［S］.

［4］ GBT 107—87 混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)［S］.