U型-H微膨脹混凝土在砌石拱壩封拱中的應(yīng)用

(福建省金禹建設(shè)工程有限公司，福建 寧德 352100)

U型-H微膨脹混凝土在砌石拱壩封拱中的應(yīng)用

肖麗娟

(福建省金禹建設(shè)工程有限公司，福建 寧德 352100)

水工大壩使用常規(guī)混凝土，由于溫度應(yīng)力等多種因素往往會引起收縮開裂，進(jìn)而發(fā)生滲漏，最終導(dǎo)致大壩使用功能降低并影響使用年限。一定比例的U型-H微膨脹劑加入常規(guī)混凝土中，水泥水化物鈣礬石等受到微膨脹性結(jié)晶水化物產(chǎn)生的壓應(yīng)力擠壓形成微膨脹混凝土，凝固時產(chǎn)生的微膨脹力使混凝土密實(shí)膨脹。本文介紹U型-H微膨脹混凝土在后壟水電站砌石拱壩封拱應(yīng)用中的有關(guān)技術(shù)問題及其效果。

U型-H微膨脹混凝土；砌石拱壩；封拱；應(yīng)用

1 問題的產(chǎn)生

砌石拱壩砌筑及正常運(yùn)行中壩體經(jīng)常會產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而壩體發(fā)生滲漏。為防止壩體砌筑時溫差過大而產(chǎn)生溫度應(yīng)力導(dǎo)致壩體產(chǎn)生裂縫，做到高溫季節(jié)壩體砌筑能照常施工，砌石拱壩在高溫季節(jié)通常在壩體設(shè)立寬縫進(jìn)行分縫砌筑。寬縫封拱回填如采用常規(guī)混凝土，由于回填混凝土與砌石壩體兩者收縮率相差較大，施工縫往往產(chǎn)生滲漏。U型-H微膨脹混凝土具有補(bǔ)償收縮的特性，有效解決了大壩砌體抗裂問題和壩體寬縫回填混凝土施工縫時產(chǎn)生的滲漏問題，取得了良好的抗裂防滲效果。同時，可以將寬縫回填混凝土施工時間提前到當(dāng)年的10月中下旬，使預(yù)留寬縫對壩體砌筑的影響降到最低。

2 工程概況

后壟水電站攔河壩位于福建省周寧縣禮門鄉(xiāng)后壟村上游2.4km處，距周寧縣城關(guān)約60km，壩址以上控制流域面積510km2,水庫正常蓄水位280.00m，總庫容2600萬m3，裝機(jī)容量4.8萬kW。大壩為砌石雙曲拱壩，壩高76.5m，壩底厚度18.5m，壩頂厚度4.5m，壩頂弧長234m，壩體砌筑總方量9.37萬m3。大壩于2005年6月開工，2008年6月全面竣工。

為實(shí)現(xiàn)“提前發(fā)電、早出效益”的總體目標(biāo)，大壩月平均砌筑強(qiáng)度要達(dá)到5000m3以上。為確保工期，在高溫季節(jié)主要采用了壩體分縫砌筑，在低溫季節(jié)采用了U型-H微膨脹混凝土回填寬縫封拱的新技術(shù)。2006年7～10月，在243.00～253.00m高程進(jìn)行一期分縫砌筑，壩體設(shè)寬度為1m的寬縫兩道，壩體砌筑方量17600m3，2006年10月25日～11月10日寬縫回填U型-H微膨脹混凝土500m3。2007年7～10月，對270.00～280.00m高程進(jìn)行二期分縫砌筑，在平行壩軸線方向設(shè)三道寬縫，壩體砌筑方量16900m3，2007年10月26日～11月10日寬縫回填U型-H微膨脹混凝土1100m3。兩期合計回填U型-H微膨脹混凝土1600m3，不僅確保了整體施工進(jìn)度計劃，還取得了良好的抗裂防滲效果。

3 大壩砌筑分縫

寬縫的設(shè)置位置主要考慮兩點(diǎn)：一是便于封拱時回填混凝土，二是壩面施工交通便利。為滿足壩體溫差變形收縮，一般情況下分縫壩段長度以不大于50m為宜，分縫寬度為1m。該工程一期分縫在243.00～253.00m高程，拱壩上游面弧長103m，整個壩面設(shè)置兩道寬縫，在拱冠位置左、右側(cè)20m處各設(shè)一道。二期拱壩上游面弧長171m，整個壩面設(shè)置三道寬縫，中間一道在拱冠處結(jié)合施工度汛預(yù)留泄洪缺口，底寬3.5m，兩側(cè)收坡1∶0.2(見圖1)，另兩道分別設(shè)置在距中間一道左右50m處。為了加強(qiáng)壩體與寬縫回填微膨脹混凝土的結(jié)合，在寬縫內(nèi)設(shè)置梯形鍵槽，一期寬縫設(shè)三道，二期寬縫設(shè)兩道(見圖2)。

圖1 拱壩二期分縫示意圖

圖2 拱壩寬縫鍵槽結(jié)構(gòu)示意圖

4 U型-H微膨脹混凝土施工

4.1 U型-H微膨脹混凝土配合比設(shè)計

采用U型-H微膨脹混凝土回填寬縫進(jìn)行封拱主要是利用U型-H微膨脹混凝土的微膨脹特性來補(bǔ)償回填混凝土及大壩砌體因化學(xué)減縮、干濕、溫度而引起的變形。因此，U型-H微膨脹混凝土配合比主要應(yīng)根據(jù)以下情況進(jìn)行設(shè)計：?選用的水泥品種；?骨料級配情況；?選用的外加劑品種； ?大壩寬縫設(shè)置情況；?壩體砌筑變形觀測情況；?施工期間環(huán)境溫度變化情況等。

U型-H微膨脹劑可加入五大水泥，為了確保摻入微膨脹劑后混凝土的質(zhì)量，以選用32.5R以上標(biāo)號礦渣水泥和普通硅酸鹽水泥為宜；如選用粉煤灰水泥和火山灰水泥要經(jīng)過試驗(yàn)確定。該工程水泥采用42.5R礦渣水泥，外加劑采用糖蜜減水劑，制成10%溶液摻入。采用機(jī)制人工砂，容重2.61～2.70t/m3，細(xì)度模數(shù)2.58～3.21。骨料采用機(jī)制碎石，干容重在2.55t/m3以上，質(zhì)地良好。采用的U型-H微膨脹劑初凝時間大于45min，終凝時間不超過10h，限制膨脹率:水中14d大于0.02%、空氣中28d不小于0.02%，自應(yīng)力值0.20～0.80MPa。

U型-H微膨脹混凝土配合比設(shè)計與普通混凝土一樣，只是應(yīng)特別注意：每m3U型-H微膨脹混凝土水泥用量不得少于300kg，U型-H微膨脹劑加入量(E)按水泥替換內(nèi)摻法計算，即E/(C+E)，其中，E為U型-H微膨脹劑加入量，C為水泥用量。該工程U型-H混凝土(C20)配合比確定為水∶水泥∶U型-H微膨脹劑∶外加劑∶人工砂∶小石∶中石=163∶320∶50∶0.33∶637∶617∶617(單位：kg)，水灰比0.44，砂率34%，坍落度控制在1～3cm。

4.2 U型-H微膨脹混凝土拌制、澆筑與養(yǎng)護(hù)

U型-H微膨脹混凝土攪拌時間，采用自落式攪拌機(jī)時要比普通混凝土延長1min以上，采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)要比普通混凝土延長0.5min以上。攪拌時間長短控制，應(yīng)以出料時混凝土狀態(tài)達(dá)到均勻一致為準(zhǔn)。澆筑前對接觸面混凝土鑿毛，鑿毛深度5～10mm，鑿毛痕的間距為30mm左右，鑿毛率達(dá)95%以上，用鋼絲刷清凈浮灰、砂漿、油漬等，并用高壓水槍沖洗至表面露出碎石。為使縫面處于濕潤飽和狀態(tài)，應(yīng)對縫面連續(xù)噴水濕潤24h以上?；靥頤型-H微膨脹混凝土前10～20min在縫面涂刷一層水灰比為0.30～0.40的純水泥漿，刷漿厚度0.50～1mm。寬縫混凝土分3次回填，每次澆筑層高控制在3～4m，鋪層厚度不大于30cm，澆筑層間隔時間控制在1.50h以內(nèi)，采用插入式振搗器振搗密實(shí)。兩次回填間隔時間7～10d，回填混凝土選擇夜間氣溫較低時施工。U型-H微膨脹混凝土由攪拌機(jī)口至倉面運(yùn)輸時間控制在0.50h以內(nèi)，入倉溫度控制在8～10℃。已澆筑完成的混凝土應(yīng)及時用濕草簾等加以覆蓋以避免遭受陽光直射，待混凝土終凝后充分澆水養(yǎng)護(hù)，在潮濕狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)14d以上，如用水泥養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)效果會更好。

4.3 施工縫的接縫灌漿

為確保寬縫處砌體面與U型-H微膨脹混凝土的膠結(jié)效果，達(dá)到大壩設(shè)計抗?jié)B要求，在寬縫兩側(cè)埋設(shè)由無砂混凝土制成的接觸灌漿盒，進(jìn)行循環(huán)接縫灌漿。灌漿盒距上游壩面2.5m，按層距每3m布設(shè)一組，孔徑4cm。接縫灌漿時間安排在壩體充分收縮的冬季，漿液水灰比按3∶1、2∶1、1∶1三個級別逐級加濃，灌漿壓力采用0.30MPa。

4.4 U型-H微膨脹混凝土施工注意事項(xiàng)

a.U型-H微膨脹混凝土骨料應(yīng)選擇新鮮巖石軋制的碎石，要求粒形好、新鮮、質(zhì)地堅(jiān)固、質(zhì)量穩(wěn)定，砂子要控制好級配、細(xì)度模數(shù)和含水率。為避免骨料對微膨脹混凝土干縮率和微膨脹率造成不良影響，嚴(yán)禁使用海砂和品質(zhì)不良骨料。

b.膨脹劑摻量的準(zhǔn)確性對微膨脹混凝土的膨脹率有直接影響，因此對水泥及U型-H微膨脹劑稱量必須力求準(zhǔn)確。水泥稱量誤差應(yīng)控制在1%以內(nèi)，U型-H微膨脹劑稱量誤差應(yīng)控制在0.5%以內(nèi)，以確保達(dá)到設(shè)計要求的微膨脹率。

c.U型-H微膨脹混凝土拌和后，應(yīng)及時入倉振搗均勻、密實(shí)。如果運(yùn)輸和停放時間太長，會引起混凝土脫水，加大坍落度損失，造成振搗不均勻、密實(shí)度差等施工缺陷。此時不得加水進(jìn)行二次和合，以免降低混凝土強(qiáng)度和微膨脹率。

5 結(jié) 語

砌石拱壩分縫砌筑采用U型-H微膨脹混凝土回填寬縫進(jìn)行封拱，對提高砌石壩整體抗裂、抗?jié)B性能均有較為明顯的效果。該工程竣工投入運(yùn)行多年，大壩未發(fā)現(xiàn)裂縫，寬縫處也無滲漏現(xiàn)象，表明砌石壩施工在夏季高溫季節(jié)采用分縫砌筑施工、冬季低溫季節(jié)采用U型-H微膨脹混凝土回填寬縫進(jìn)行封拱，對寬縫抗?jié)B、壩體抗裂具有明顯的效果，在砌石拱壩施工中值得推廣應(yīng)用。

[1] 馬浩，等.混凝土外加劑及其應(yīng)用[M].北京：中國建筑出版社，2005.

[2] GB 8076—1997 混凝土外加劑[S].

ApplicationofUType-HMicro-expansionConcreteinMasonryArchDamArchClosure

XIAO Li-juan

(FujianJinyuConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Ningde352100,China)

Shrinkage cracking can be caused on regular concrete which is used in hydraulic dam due to a variety of factors such as temperature stress, etc. thereby leading to leakage, and finally causing function reduction on dam and influencing on service life. A certain proportion of U type H micro-expander can be added into regular concrete. Cement hydrate-ettringite and similar materials are squeezed by compressive stress due to micro-expansion crystalline hydrates, thereby forming micro-expansion concrete. Micro-expansion force produced during solidification could make the concrete compacted and expanded. Related technical problems and effects of applying U type-H micro-expansion concrete in Houlong Hydropower Station masonry arch dam closure are introduced in the paper.

U type-H micro-expansion concrete; masonry arch dam; arch closure; application

TV641.3+1

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1673-8241(2014)08-0022-03