藏木水電站人工和天然骨料對(duì)大壩混凝土試驗(yàn)研究

鄧長(zhǎng)軍,楊忠義

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水電站人工和天然骨料對(duì)大壩混凝土試驗(yàn)研究

鄧長(zhǎng)軍,楊忠義

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

通過(guò)對(duì)不同骨料組合大壩混凝土試驗(yàn)研究結(jié)果表明，使用天然骨料可以減少混凝土單位用水量，降低混凝土導(dǎo)熱系數(shù)和絕熱溫升值，對(duì)溫控有利；但其強(qiáng)度性能、早期極限拉伸值、自生體積變形等稍低于人工骨料混凝土。

藏木水電站;組合骨料;性能;試驗(yàn);混凝土

0 前 言

在水工大體積混凝土中，骨料占混凝土的質(zhì)量約為75%～90%，骨料對(duì)混凝土性能及經(jīng)濟(jì)效益等都有較大影響，所以在水利水電工程中，使用合格且質(zhì)量?jī)?yōu)良的骨料顯得尤為重要。混凝土所使用的骨料應(yīng)根據(jù)優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、就地取材等原則來(lái)選擇。藏木水電站裝機(jī)容量510 MW，擋水建筑物壩高為116 m的混凝土重力壩，各種混凝土總共約338萬(wàn)m3，需要混凝土骨料約805萬(wàn)t。由于工程壩基開(kāi)挖量較大，棄料較多，為了充分利用開(kāi)挖料，節(jié)約資源，擬把開(kāi)挖出的花崗巖作為混凝土骨料，但其開(kāi)挖量偏少。而工程附近有天然砂礫石料，儲(chǔ)量豐富，開(kāi)采、加工成本相對(duì)較低，且在同一個(gè)地質(zhì)構(gòu)造帶上，巖性相

同。因此，為了節(jié)約資源，提高利用率，將花崗巖人工骨料和天然骨料組合進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究，為工程設(shè)計(jì)提供參考。其組合方案列于表1。

表1 大壩混凝土骨料組合方案

1 混凝土原材料

試驗(yàn)采用的峨勝P·MH42.5水泥、平?jīng)觫蚣?jí)粉煤灰檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)表2、3。

表2 水泥、粉煤灰化學(xué)成分

表3 水泥、粉煤灰物理力學(xué)性能

2 組合骨料對(duì)拌合物性能的影響

試驗(yàn)采用峨勝中熱水泥，摻30%Ⅱ級(jí)粉煤灰、緩凝高效減水劑和引氣劑?；炷撂涠瓤刂圃?～6 cm，含氣量控制在3%～5%，其試驗(yàn)結(jié)果列于表4。由表4可見(jiàn)，同水膠比和砂率條件下，人工骨料混凝土單位用水量比天然骨料混凝土高11 kg/m3，相應(yīng)膠材用量增加22～24 kg/m3；而組合骨料則介于二者之間。

表4 大壩混凝土拌和物性能

3 組合骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度性能的影響

硬化混凝土強(qiáng)度往往是評(píng)價(jià)混凝土質(zhì)量的重要依據(jù)，它與混凝土的耐久性、體積穩(wěn)定性等有密切的關(guān)系。一般來(lái)講，混凝土的強(qiáng)度主要包括抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度等，本次試驗(yàn)主要針對(duì)前三項(xiàng)進(jìn)行，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5和圖1、2可見(jiàn)，同水膠比條件下，人工骨料混凝土抗壓強(qiáng)度最高，天然骨料混凝土相對(duì)最低?；炷僚瓘?qiáng)度和軸拉強(qiáng)度亦是呈現(xiàn)上述規(guī)律。

表5 大壩混凝土強(qiáng)度性能

圖1 水膠比為0.45時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度 圖2 水膠比為0.45時(shí)混凝土軸拉強(qiáng)度

4 組合骨料對(duì)變形性能的影響

混凝土彈性模量主要與骨料性能和用量關(guān)系密切，一般來(lái)講，骨料本身彈模越大、骨料用量越多，混凝土彈性模量也就越大。由表6試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，同水膠比條件下，天然骨料混凝土彈性模量最高，人工骨料混凝土則最低。

極限拉伸是混凝土軸向受拉斷裂時(shí)在極限狀態(tài)下的應(yīng)變值。由于混凝土的抗拉強(qiáng)度略為抗壓強(qiáng)度的十二分之一，為了防止大壩混凝土產(chǎn)生裂紋，對(duì)混凝土極限拉伸值作出限定并以該值作為混凝土抗裂性指標(biāo)之一，也是溫控設(shè)計(jì)要求的基本參數(shù)。由表6試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，28d人工骨料混凝土極限拉伸值高于天然骨料混凝土，而90d則大致相當(dāng)。

表6 大壩混凝土變形性能

混凝土的干縮對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)性能影響較大，在一般使用條件下，由于混凝土干縮變形而引起的應(yīng)力足以使結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生變形以至裂縫，從而降低其強(qiáng)度和剛度，破壞混凝土微觀結(jié)構(gòu)，降低混凝土耐久性。通過(guò)對(duì)混凝土干縮變形觀測(cè)，可分析不同原材料對(duì)混凝土干縮的影響。由圖3可見(jiàn)，同條件下人工骨料混凝土干縮率高于天然骨料混凝土。

由圖4混凝土自生體積變形曲線可見(jiàn)，混凝土呈微膨脹狀態(tài)，且隨著試驗(yàn)齡期的增加，混凝土自生體積變形出現(xiàn)下降趨勢(shì)；且同條件下人工骨料混凝

土自生體積變形值高于天然骨料混凝土。

混凝土在持續(xù)荷載作用下，隨時(shí)間增長(zhǎng)的變形稱(chēng)為徐變。徐變變形包括基本徐變和干燥徐變，當(dāng)與周?chē)橘|(zhì)沒(méi)有濕度遷移時(shí)，混凝土徐變稱(chēng)為基本徐變，由于干燥而引起的徐變稱(chēng)為干燥徐變。此次試驗(yàn)測(cè)定的徐變?yōu)榛拘熳?。影響徐變的主要因素：水泥石和骨料的體積含量、骨料品種、水泥品種及水灰比、外加劑、溫度與濕度、加荷齡期、持荷時(shí)間及應(yīng)力強(qiáng)度比等。由表7可見(jiàn)，同條件下人工骨料混凝土徐變度稍高于天然骨料混凝土。

5 組合骨料對(duì)耐久性能的影響

混凝土的耐久性，是混凝土在實(shí)際使用條件下抵抗各種破壞因素作用下長(zhǎng)期保持強(qiáng)度性能和外觀完整性的能力。其主要包括抗凍融性能、抗?jié)B性能、抗碳化性能、抗環(huán)境水及氣候風(fēng)化等，在試驗(yàn)中選擇有針對(duì)性的對(duì)主要耐久性指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。由表8試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，同條件下不同骨料組合混凝土耐久性能大致相當(dāng)。

6 組合骨料對(duì)熱學(xué)性能的影響

混凝土熱學(xué)性能是大壩溫控設(shè)計(jì)的主要參數(shù)之一，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)(λ)反應(yīng)了混凝土的熱量擴(kuò)散能力。λ越大，熱量擴(kuò)散越快?；炷凉橇系牡V物成分對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)起作決定性的影響。由上表可以看出，人工骨料混凝土導(dǎo)熱系數(shù)略高于天然骨料混凝土?；炷恋膶?dǎo)溫系數(shù)α同導(dǎo)熱系數(shù)一樣，主要由骨料的礦物成分決定，主要用于溫度場(chǎng)的計(jì)算。由表9可以看出，人工骨料混凝土導(dǎo)溫系數(shù)與天然骨料混凝土基本相當(dāng)。

混凝土比熱c反應(yīng)了升、降溫過(guò)程中單位溫度、單位重量的混凝土吸收或釋放熱量的多少。混凝土用水量對(duì)比熱起決定性影響，而骨料對(duì)比熱影響較小。由表9試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，人工骨料和天然骨料混凝土比熱基本相當(dāng)。

圖3 水膠比為0.45時(shí)混凝土干縮曲線 圖4水膠比為0.45時(shí)混凝土自生體積變形

表7 大壩混凝土徐變?cè)囼?yàn)成果

表8 大壩混凝土耐久性能

表9 大壩混凝土熱學(xué)性能

混凝土的骨料品種對(duì)線膨脹系數(shù)起主要作用。在大壩溫控設(shè)計(jì)中，線膨脹系數(shù)對(duì)溫度應(yīng)力起決定性影響，是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。原則上應(yīng)盡量選用線膨脹系數(shù)低的骨料。由表9試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，人工骨料和天然骨料混凝土線膨脹系數(shù)基本相同。

混凝土絕熱溫升是大壩混凝土的一個(gè)主要控制對(duì)象。原則上應(yīng)盡量采取措施降低絕熱溫升。通過(guò)大量摻粉煤灰、設(shè)計(jì)齡期延后等方法，降低水泥用量，從而降低混凝土的絕熱溫升。混凝土絕熱溫升主要由水泥用量決定，與骨料品種關(guān)系不大。如果骨料物理力學(xué)性能較差，混凝土用水量增加，導(dǎo)致水泥用量增加，也會(huì)造成絕熱溫升提高。同條件下人工骨料混凝土絕熱溫升值高于天然骨料混凝土。

7 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)不同骨料組合大壩混凝土試驗(yàn)研究結(jié)果表明，使用天然骨料可以減少混凝土單位用水量，降低混凝土導(dǎo)熱系數(shù)和絕熱溫升值，對(duì)溫控有利；但其強(qiáng)度性能、早期極限拉伸值、自生體積變形等稍低于人工骨料混凝土。因此，對(duì)有溫控要求部位混凝土建議采用天然骨料；而結(jié)構(gòu)混凝土則可采用人工骨料。

2016-08-23

鄧長(zhǎng)軍(1977-)，男，四川廣安人，高級(jí)工程師，從事水工混凝土原材料及性能試驗(yàn)研究工作。

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