某高拱壩圍堰防滲墻混凝土配合比試驗(yàn)研究

楊 田， 馬 騰

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610021)

某高拱壩圍堰防滲墻混凝土配合比試驗(yàn)研究

楊 田， 馬 騰

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610021)

試驗(yàn)結(jié)果證明書：在一定范圍內(nèi)通過增加膨潤土參量、以石粉取代粉煤灰、適當(dāng)降低混凝土容重等方式在一定程度上可以降低混凝土彈模，并保證其設(shè)計(jì)強(qiáng)度及抗?jié)B要求?？紤]到石粉降低彈模的效果明顯，后期將進(jìn)一步開展石粉級配和細(xì)度波動、摻量等對塑性混凝土性能的影響試驗(yàn)，論證其應(yīng)用可行性，為最終確定混凝土配合比提供了試驗(yàn)方向和總體思路，同時也對類似工程具有一定的參考作用。

土石圍堰；彈性模量；配合比；結(jié)果分析

1 工程概況

某水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)，最大壩高155 m，電站為一等工程，工程規(guī)模為大(1)型。工程樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物及引水發(fā)電系統(tǒng)等組成，擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩。工程采用全斷面圍堰截流，其上、下游圍堰均采用心墻土石圍堰結(jié)構(gòu)形式。上游圍堰最大堰高47 m，下游圍堰最大堰高16 m，圍堰基礎(chǔ)采用塑性混凝土防滲墻防滲。由于樞紐工程工期較長，圍堰使用年限超過4年，因此圍堰工程的安全穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個樞紐工程的建設(shè)。防滲墻作為圍堰工程的核心組成部分，對其進(jìn)行前期試驗(yàn)研究以使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求是十分必要的。

2 試驗(yàn)方法

2.1 彈性模量試驗(yàn)方法

按照DL/T 5303-2013，彈性模量測試中至少預(yù)壓3次，最大預(yù)壓應(yīng)力約為試樣破壞強(qiáng)度的20%，且不超過0.5 MPa，直至相鄰兩次變形值相差不大于0.006 mm為止。應(yīng)變的標(biāo)距為整個試件的長度，即300 mm。通過作圖計(jì)算20%和40%極限破壞荷載之間的割線模量。該方法與長科院材料結(jié)構(gòu)所在其進(jìn)行三峽二期圍堰塑性混凝土試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上編制的《塑性混凝土性能檢測作業(yè)指導(dǎo)書》[3]很接近。錦屏水電工程在進(jìn)行塑性混凝土彈性模量檢測時[4]，不進(jìn)行預(yù)壓，應(yīng)變的標(biāo)距為整個試件的長度，加荷速率為1kN/s，記錄塑性混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線，通過作圖計(jì)算初始切線模量E0。

本次配合比試驗(yàn)中，在不同階段采用不同的彈性模量測試方法：

第一階段(后文配合比編號13-22)：采用圓柱體試件按照DL/T 5303-2013試驗(yàn)，預(yù)壓2～3次到0.5 MPa。

第二階段(后文配合比編號24-29)：除了改為采用棱柱體試件并將預(yù)壓荷載降低到0.22 MPa之外，其他與第一階段相同。

第三階段(后文配合比編號30-45)：與第二階段的區(qū)別是不再預(yù)壓。

2.2 彈模試件蒸養(yǎng)快速養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)方法

為了及時獲得試驗(yàn)結(jié)果，在本次配合比試驗(yàn)中采用了蒸養(yǎng)快速養(yǎng)護(hù)彈模試件、并結(jié)合成熟度方法推算等效標(biāo)養(yǎng)齡期的做法。具體過程如下：混凝土彈模試件成型后先在20±3 ℃下靜置48 h，脫模后，用塑料口袋裝好放置在托盤上。為防止試件在蒸養(yǎng)過程中失水，向塑料口袋里注入溫水淹沒至試件約1/5左右的高度，水溫控制在48 ℃。將塑料袋用寬膠帶封嚴(yán)，放入已經(jīng)把溫度調(diào)至48 ℃并恒溫的烘箱里面，在此溫度下恒溫養(yǎng)護(hù)9 d。

根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144-2015)中附錄B，用成熟度法換算標(biāo)養(yǎng)下的等效齡期。根據(jù)表B.0.3中溫度T與等效系數(shù)αT關(guān)系表，養(yǎng)護(hù)溫度控制在48 ℃時，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(溫度20 ℃)的換算系數(shù)為2.97，據(jù)此可以計(jì)算出試件靜置2 d后再在48 ℃蒸養(yǎng)環(huán)境中養(yǎng)護(hù)9 d的等效齡期=9×2.97+2=29 d，基本相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d的效果。

3 配合比試驗(yàn)

3.1 第一階段試驗(yàn)

試驗(yàn)方案：一級配比，砂率68%，坍落度按210 mm±10 mm、含氣量按6%±1%控制，摻減水劑和引氣劑。通過調(diào)整粉煤灰、膨潤土摻量以及水膠比，組成6個試驗(yàn)組合，分別進(jìn)行混凝土拌和物及硬化混凝土性能檢測。為改善混凝土粉體級配，減少摻粉煤灰對混凝土后期彈模的影響，進(jìn)一步降低混凝土彈性模量，利用現(xiàn)場資源，在原試驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上增加了3組石粉取代粉煤灰的試驗(yàn)組合。第一階段配合比參數(shù)見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2：

表1 第一階段配合比參數(shù)表

備注：F-粉煤灰、P-膨潤土、SP-石粉、W-水、C-水泥、S-砂、G-小石

表2 第一階段試驗(yàn)結(jié)果表

3.2 第二階段試驗(yàn)

第二階段試驗(yàn)主要的技術(shù)手段是進(jìn)一步提高砂率和膨潤土用量，適當(dāng)控制粉煤灰摻量。

試驗(yàn)方案：一級配比，砂率85%，粉煤灰摻15%，膨潤土摻30%，摻減水劑和引氣劑，擴(kuò)散度按600 mm±50 mm、含氣量按6%±1%控制?？紤]到石粉對降低彈模的貢獻(xiàn)，本次試驗(yàn)還安排了一組摻石粉的系列組合，將砂率由第一階段試驗(yàn)的68%提高到80%。第二階段配合比參數(shù)見表3，試驗(yàn)結(jié)果見表4：

3.3 第三階段試驗(yàn)

試驗(yàn)方案：進(jìn)一步增加膨潤土摻量，膨潤土用量在140 kg/m3至160 kg/m3；增加混凝土含氣量，使含氣量控制在10%至15%；使用天然河砂代替人工砂。第三階段配合比參數(shù)見表5、試驗(yàn)結(jié)果見表6：

表3 第二階段試驗(yàn)配合比參數(shù)表

備注：F-粉煤灰、P-膨潤土、SP-石粉、W-水、C-水泥、S-砂、G-小石

表4 第二階段試驗(yàn)結(jié)果表

表5 第三階段試驗(yàn)配合比參數(shù)表

備注：F-粉煤灰、P-膨潤土、SP-石粉、W-水、C-水泥、S-砂、G-小石

表6 第三階段試驗(yàn)結(jié)果表

備注：1、WYH-41混凝土初凝24 h50 min，終凝42 h10 min；2、WYH-44-1、 WYH-44、WYH-45細(xì)骨料為天然河砂，試驗(yàn)齡期約15 d。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 第一階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(1)在既定配合比參數(shù)下，不同試驗(yàn)組合的混凝土拌和物和易性良好，檢測坍落度(經(jīng)時損失)、含氣量滿足設(shè)計(jì)要求；

(2)混凝土抗壓彈性模量較高，編號WYH-21(軸壓4.4 MPa)彈模值最低，實(shí)測2 200 MPa，大于設(shè)計(jì)值(1 750 MPa)，不滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)固定水膠比(0.75)和摻合材總量，膨潤土由20%、25%增加到30%，抗壓強(qiáng)度隨之降低，相應(yīng)彈模亦降低，彈強(qiáng)比分別下降5%、10%左右。這表明在該摻量范圍膨潤土增加對降低彈模有一定的作用。

(4)在配合比基本參數(shù)不變時，石粉取代粉煤灰，混凝土抗壓強(qiáng)度相應(yīng)降低；在混凝土同強(qiáng)度條件下，摻石粉較摻粉煤灰混凝土水膠比小0.10左右，但前者抗壓彈模較低，平均降低彈模25%，降彈效果明顯。

4.2 第二階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(1)試驗(yàn)編號WYH-24配合比參數(shù)與烏東德、錦屏一級水電站基本一致，實(shí)測抗壓強(qiáng)度(5.8 MPa)接近配制強(qiáng)度(5.3 MPa)，但彈模2 210 MPa大于設(shè)計(jì)值。

(2)在混凝土抗壓強(qiáng)度相同時，摻石粉混凝土在膨潤土和砂率分別減少5%的情況下，其抗壓彈模與不摻石粉的試驗(yàn)組合基本相當(dāng)。

(3)試驗(yàn)編號為WYH-28的混凝土(軸壓4.2 MPa、滲透系數(shù)2.57×10-8)彈模實(shí) 測 值

1 760 MPa，接近設(shè)計(jì)彈模值。

4.3 第三階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(1)在既定配合比參數(shù)下，不同試驗(yàn)組合的混凝土拌和物和易性良好，實(shí)測坍落度、含氣量、凝結(jié)時間、容重滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)在配合比基本參數(shù)不變的條件下，混凝土容重由1 910 kg/m3，降至1 850 kg/m3、1 810 kg/m3，混凝土抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢，分別下降19.1%和22.4%，彈模則相應(yīng)分別下降了13.2%和37.2%，彈強(qiáng)比亦呈下降勢態(tài)。這表明提高混凝土含氣量，降低混凝土容重，對降低混凝土彈模是有效的。

(3)試驗(yàn)編號WYH-42混凝土彈強(qiáng)比最小(391)，按該配合比方案配制混凝土，則計(jì)算抗壓彈模為1 654 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)摻天然砂系列因試驗(yàn)齡期較短，混凝土強(qiáng)度較低，僅從彈強(qiáng)比試驗(yàn)結(jié)果看，使用天然砂較人工砂還看不出優(yōu)勢，試驗(yàn)結(jié)果還需進(jìn)一步論證。

5 結(jié) 語

本次試驗(yàn)為階段性探索試驗(yàn)，針對本工程圍堰防滲墻塑性混凝土低強(qiáng)低彈的特點(diǎn)，在保證混凝土強(qiáng)度及抗?jié)B性能的基礎(chǔ)上，通過多種配合比試驗(yàn)盡量降低混凝土抗壓彈性模量，保證塑性混凝土具有較好的適應(yīng)土石圍堰變形的能力。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：在一定范圍內(nèi)通過增加膨潤土參量、以石粉取代粉煤灰、適當(dāng)降低混凝土容重等方式在一定程度上可以降低混凝土彈模，并保證其設(shè)計(jì)強(qiáng)度及抗?jié)B要求?？紤]到石粉降低彈模的效果明顯，后期將進(jìn)一步開展石粉級配和細(xì)度波動、摻量等對塑性混凝土性能的影響試驗(yàn)，論證其應(yīng)用可行性，為最終確定混凝土配合比提供了試驗(yàn)方向和總體思路，同時也對類似工程具有一定的參考作用。

[1] 高鐘璞, 安致文, 王國民. 小浪底水利樞紐上游圍堰塑性混凝土防滲墻的施工[J]. 水力發(fā)電, 1994, (3):10-12。

[2] 陳武林. 塑性混凝土及其在三峽工程二期圍堰防滲墻的應(yīng)用研究綜述[J]. 中國三峽建設(shè), 1996, 3(7):20-21。

[3] 長江水利委員會長江科學(xué)院. 塑性混凝土性能檢測作業(yè)指導(dǎo)書[M], YRSRI-WP-04-14-1999, 1999, 6p。

[4] 錦屏水電工程試驗(yàn)檢測中心. 錦屏水利水電樞紐工程圍堰防滲墻塑性混凝土配合比試驗(yàn)研究報告(28d成果報告)(JP2006-11-02)[R]. 2006年11月17日。

(責(zé)任編輯：卓政昌)

2017-02-25

TV642.4；TU473.5；TV543+.82

B

1001-2184(2017)02-0136-04

楊 田(1988-)，男，四川達(dá)州人，四川大學(xué)水工結(jié)構(gòu)碩士，工程師，主要從事水電工程項(xiàng)目管理工作；

馬 騰(1990-)，男，河南夏邑人，武漢大學(xué)水工結(jié)構(gòu)碩士，工程師，主要從事水電工程項(xiàng)目管理工作.