水電站高性能混凝土配合比試驗研究

魏光輝

(1.新疆通力建設(shè)集團股份有限公司，新疆庫爾勒841000;2.新疆農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，新疆烏魯木齊830052)

高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性作為設(shè)計主要指標，針對不同用途要求，對耐久性、施工性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性有重點予以保證的混凝土[1]。大摻量粉煤灰技術(shù)正是基于高性能混凝土的環(huán)保化發(fā)展方向所提出。將粉煤灰應(yīng)用于混凝土中，可以大大減少水泥用量，改變混凝土微觀結(jié)構(gòu)，抑制骨料堿活性反應(yīng)，提高混凝土密實性，提高抗有害介質(zhì)侵蝕等耐久性能，因此在國外得到了廣泛的應(yīng)用，在我國這項技術(shù)有所應(yīng)用，但還有待進一步深入研究和推廣[2，3]。

1 工程概況

某水電站工程位于新疆英吉沙縣艾古司鄉(xiāng)境內(nèi)，距離英吉沙縣縣城29km，距離喀什市94km。該電站從康帕干渠引水經(jīng)3.107km引水渠到電站壓力前池，電站尾水投入康帕干渠上的第二級梯級電站引水閘前。電站布置形式為引水式水電站，電站主要由進水閘、引水渠、排沙漏斗、渠系建筑物、前池、壓力鋼管、發(fā)電廠房、升壓站和其他附屬建筑物組成，電站總裝機容量為2×1600kw，電站進水閘引水流量為10m3/s，在排沙漏斗后引水渠引水流量為9.2m3/s，電站年發(fā)電量為1418.08萬kw·h。工程靜態(tài)總投資為3494.68萬元。

2 高性能混凝土試驗方案

本工程采用高性能混凝土(混凝土設(shè)計標準為C20W6F150)，不僅滿足結(jié)構(gòu)各項指標要求，同時能夠大量節(jié)省成本。高性能混凝土是一種比普通混凝土組分還要多的不均勻多相體材料，因此，其配合比設(shè)計也主要靠經(jīng)驗和試驗。根據(jù)試驗研究相關(guān)要求，摻粉煤灰高性能混凝土配制，選用阿克蘇青松水泥廠P.O 32.5水泥，粗骨料最大粒徑為40mm(二級配)?；炷猎囼炑芯糠謨呻A段進行。第一階段，按正交設(shè)計安排混凝土試驗方案，考慮影響摻粉煤灰高性能混凝土技術(shù)性能的主要因素是水膠比和粉煤灰摻量，每個影響因素取3個水平，則對不同料場，不同級配混凝土配合比設(shè)計將以3 個水膠比(0.37、0.40、0.43)和3 個粉煤灰摻量(40%、45%、50%)作為因素水平，按正交試驗法進行第一階段試驗，并以混凝土拌合物和易性、含氣量、7d、28d抗壓強度等作為考核指標，選擇出滿足施工工作性和強度要求，并具有可靠的良好耐久性的混凝土配合比，爾后進行強度復(fù)演和抗?jié)B、抗凍檢驗。

3 原材料情況

3.1 水泥

根據(jù)本工程水泥用量，計劃采用阿克蘇青松水泥廠的P.O32.5普通硅酸鹽水泥。水泥的物理技術(shù)性質(zhì)測定結(jié)果見表1。

表1 水泥的物理技術(shù)性質(zhì)

3.2 摻合料選擇

常用的超細摻合料有:礦渣粉、粉煤灰、硅粉。超細摻合料品種選擇首先要遵守就近原則，當?shù)鼗蚓徒惺裁雌贩N的超細摻合料，就盡量優(yōu)先選擇使用這些材料，以利減少運輸費用，降低混凝土工程造價，同時要注意選擇供應(yīng)與來源有保障的超細摻合料品種，以免供應(yīng)無保障而影響工程建設(shè)的正常進行?？κ搽姀SⅡ級粉煤灰理化性能指標見表2。

表2 粉煤灰的物理技術(shù)性能

3.3 骨料

(1)細骨料 砂料的技術(shù)性質(zhì)的檢測結(jié)果見表3。由表3可知，料場篩分砂料的各項技術(shù)性質(zhì)均符合DL/T5144－2001《水工混凝土施工規(guī)范》的要求，砂的顆粒級配符合JGJ52－92《普通混凝土用砂質(zhì)量標準與檢驗方法》中規(guī)定的Ⅱ區(qū)范圍。

表3 砂的技術(shù)性質(zhì)

(2)粗骨料 粗骨料為卵石，即5mm～20mm的小石、20mm～40mm的中石，粗骨料的技術(shù)性質(zhì)的檢測結(jié)果見表4。

表4 混凝土骨料技術(shù)性質(zhì)

20 －40 2760 0.8 1680 1510 46 0.2 8 1.5 0.3

粗骨料的技術(shù)性質(zhì)均符合DL/T5144－2001《水工混凝土施工規(guī)范》的要求。

3.4 外加劑

混凝土中摻加外加劑是一項先進應(yīng)用技術(shù)，外加劑不僅方便混凝土施工，還可以有效地改善混凝土的性能，有的外加劑還能顯著減少水泥用量而降低混凝土成本。

(1)減水劑 根據(jù)GB50119－2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》附錄A“混凝土外加劑對水泥適應(yīng)性檢測方法”，對其上述4種高效減水劑采用不同水膠比和不同粉煤灰摻量分別進行與工程選用的水泥的適應(yīng)性試驗，以此找出各種高效減水劑對水泥的最佳摻量，最后結(jié)合價格進行比較選擇。通過對減水劑與水泥的適應(yīng)性試驗可知，奧鑫AXN－1高效減水劑對水泥的分散性最大，而且摻量最少，但價格較高;江西永騰高效減水劑對水泥的分散性稍差，但其價格較低。從經(jīng)濟角度考慮，初步選定江西永騰高效減水劑為本工程用外加劑。

(2)引氣劑 引氣劑是在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑，能有效地提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和抗侵蝕性，非常適用于該電站混凝土。

試驗用引氣劑確定采用山西凱迪建材有限公司生產(chǎn)的KDSF型引氣劑，其主要成分為松脂皂，外觀為棕褐色膠狀體，能在常溫水中溶化，適宜摻量占膠凝材料的0.05‰～0.15‰，最佳摻量須結(jié)合混凝土實際使用的各種原材料，經(jīng)試驗確定，以滿足混凝土拌合物達到適宜的含氣量為標準。由于引氣劑摻量很少，因此DL/T5144－2001《水工混凝土施工規(guī)范》和GB50119－2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中都明確規(guī)定，使用引氣劑時應(yīng)以溶液摻加。KDSF引氣劑應(yīng)用70～90℃的熱水溶解，通常配制成1%的水溶液，即水:AE－B引氣劑=99∶1(重量比)，標準的引氣劑溶液外觀為均勻乳液，無絮凝或沉淀現(xiàn)象。使用時加入到拌合水中，溶液中的水量應(yīng)從拌合用水量中扣除。

4 施工推薦配合比

由試驗結(jié)果推薦供工程施工用的混凝土配合比(見表5)。

表5 混凝土推薦配合比

混凝土抗凍融檢測結(jié)果見表6。

表6 混凝土抗凍性試驗結(jié)果 /%

抗?jié)B試驗采用逐級加壓法進行，經(jīng)0.6MPa壓力，配合比成型的6個試件均未出現(xiàn)滲水，說明混凝土抗?jié)B性能較好，可認為高性能混凝土抗?jié)B等級大于W6，符合設(shè)計要求。

5 注意事項

(1)施工中使用的原材料品質(zhì)應(yīng)不低于試驗所用的原材料品質(zhì)。水泥應(yīng)為新鮮產(chǎn)品，儲存期不宜超過1個月，強度應(yīng)達標。

(2)混凝土配合比中砂、石含水按飽和面干狀態(tài)控制。施工時，應(yīng)根據(jù)砂、石實際含水量進行配合比換算，以準確執(zhí)行實驗室配合比。

(3)混凝土試驗用砂、石骨料的超遜徑在試驗時均已剔除，為準確執(zhí)行實驗室配合比，施工時應(yīng)根據(jù)工地骨料的超遜徑含量情況，進行骨料用量的調(diào)整換算。

(4)對于混凝土外加劑，其摻量以膠凝材料總量的百分數(shù)計;KDSF引氣劑以膠凝材料總量的萬分數(shù)計。

(5)引氣劑KDSF應(yīng)提前1d，以(70～90)℃熱水(可飲用水)溶配成1%濃度的溶液(呈均勻的乳白色液體)，儲存在非鐵制的帶蓋容器中備用.溶液儲存期不得超過7d。KDSF水溶液中所含水量應(yīng)從混凝土用水量中扣除，確保混凝土的水膠比維持設(shè)計值不變。減水劑最好也配制成溶液摻加。推薦配合比中的水泥用量比不摻加引氣劑和減水劑的同強度的混凝土水泥用量要少，有利于降低混凝土單位成本，同時又提高了混凝土耐久性。

6 結(jié)語

(1)粉煤灰的摻入稀釋了水泥中鋁酸三鈣(C3A)的含量，其火山灰效應(yīng)消耗Ca(OH)2，生成更多的水化硅酸鈣改善混凝土孔結(jié)構(gòu)，從而提高了混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能。

(2)用粉煤灰配制的高性能混凝土，其抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕性效果顯著，且可有效阻止堿集料反應(yīng)的發(fā)生及有效降低混凝土內(nèi)部水化熱，改善混凝土的耐久性與體積穩(wěn)定性。

(3)在配制高性能混凝土時應(yīng)當注意高效減水劑與膠凝材料的適應(yīng)性，應(yīng)通過試驗選擇相對最佳的膠凝材料用量、引氣劑與高效減水劑摻量。

(4)粉煤灰是配制綠色高性能混凝土的理想材料之一，在混凝土中摻用粉煤灰，其社會效益和經(jīng)濟效益都是十分可觀的。

(5)高性能混凝土后期養(yǎng)護非常重要。施工單位應(yīng)當定人定時給混凝土表面灑水養(yǎng)護并覆蓋草簾，一般養(yǎng)護期為14～28d，要求在此期間高性能混凝土表面處于潤濕狀態(tài)。

[1]張明征.高性能混凝土的配制與應(yīng)用[M].北京:中國計劃出版社，2003.

[2]武永琦.粉煤灰高性能混凝土的工程應(yīng)用[J].粉煤灰綜合利用，2001(3):23－26.

[3]劉愛新.粉煤灰混凝土的性能及其應(yīng)用[J].混凝土，2001(12):18－21.