澤城西安水電站面板堆石壩混凝土配合比參數(shù)設(shè)計(jì)

(山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030000)

1 基本情況

澤城西安水電站工程位于晉中市左權(quán)縣境內(nèi)，樞紐位置距離左權(quán)縣城約35km，主要建筑物由混凝土面板堆石壩、泄洪洞、溢洪道等組成。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，工程區(qū)內(nèi)卵石混合土中含少量的中細(xì)砂層，含泥量較大，質(zhì)量差，不能滿足工程要求，而粗骨石料的儲(chǔ)備較為豐富，有老虎巖和小南山兩個(gè)礫料廠。

根據(jù)設(shè)計(jì)院提交的初步設(shè)計(jì)報(bào)告及施工圖紙，澤城西安水電站水庫(kù)面板混凝土技術(shù)要求為：C25混凝土，抗?jié)B等級(jí)W8，抗凍等級(jí)F200，骨料級(jí)配采用連續(xù)級(jí)配中的二級(jí)配。

2 試驗(yàn)方案的初選及確定

2.1 材料初選

根據(jù)工程材料的分布情況及市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，主要原材料初選結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 澤城西安水電站混凝土配合比用原材料及外加劑基本情況

為嚴(yán)格保障面板的抗裂性，在原外加劑基礎(chǔ)上增加聚丙烯纖維及防裂劑。

2.2 試驗(yàn)方案

澤城西安大壩面板混凝土配合比設(shè)計(jì)方案如下：確定水膠比與抗壓強(qiáng)度曲線、減水劑最佳摻量、引氣劑最佳摻量，滿足混凝土的各項(xiàng)力學(xué)性能和耐久性能(包含混凝土抗凍、抗?jié)B要求)。

配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)按兩個(gè)階段進(jìn)行規(guī)劃。第一階段內(nèi)容為配合比試配。包括原材料檢測(cè)、水泥比選試驗(yàn)、混凝土配合比試配拌和試驗(yàn)、混凝土前期力學(xué)試驗(yàn)、混凝土試件滿28天齡期之后進(jìn)行的混凝土耐久性試驗(yàn)、混凝土極限拉伸試驗(yàn)、摻用防裂劑配合比試驗(yàn)等項(xiàng)目，基本選定配合比參數(shù)。第二階段內(nèi)容為混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn)，主要項(xiàng)目為混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)、混凝土極限拉伸試驗(yàn)和混凝土耐久性試驗(yàn)。

全過(guò)程共選擇配合比系列47組，200次凍融試驗(yàn)32組。

3 面板混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)及優(yōu)化確定

a.第一階段根據(jù)擬定的試驗(yàn)方案，選擇混凝土配合比的基本參數(shù)，在混凝土拌和試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，采取調(diào)整和修正措施，確定混凝土配合比的各項(xiàng)基本參數(shù)。第一階段共進(jìn)行29組成型試配，分拌和性能、強(qiáng)度試驗(yàn)和耐久試驗(yàn)三方面進(jìn)行。成立質(zhì)量專(zhuān)家研判小組，根據(jù)第一階段混凝土配合比設(shè)計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步縮小選擇范圍，確定混凝土配合比的水膠比變化范圍為0.35～0.41，用水量變化范圍在132～139kg/m3之間，粉煤灰慘量在20%為宜。

b.第二階段分組進(jìn)行配合比試驗(yàn)。其中M1～M9階段側(cè)重于確定外加劑慘合量試配。M2-1～M8-1系列以抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)為主，M2-2～M8-2系列、M2-3～M8-3系列側(cè)重于極限拉伸試驗(yàn)和耐久性試驗(yàn)項(xiàng)目。面板配合比參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2，強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 第二階段試驗(yàn)的澤城面板配合比參數(shù)設(shè)計(jì)

續(xù)表

表3 第二階段試驗(yàn)的澤城面板配合比強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從表4看出，M8-3為摻防裂劑的混凝土配合比組，其28d的抗壓強(qiáng)度為37.2MPa，28d的軸向抗拉強(qiáng)度達(dá)到3.83MPa，28d極限拉伸值達(dá)到117×10-6，28d的抗拉彈性模量為4.41×104MPa，結(jié)果較好，優(yōu)于M2-3組和M8-3組。而M5-3采用的配合比參數(shù)為：水膠比0.38，砂率35%，減水劑摻量1.25%，混凝土引氣劑摻量為1.1kg/萬(wàn)。

c.結(jié)合混凝土配合比拌和物試驗(yàn)結(jié)果及強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，選定推薦的混凝土配合比基本參數(shù)。其中水膠比確定為0.38，砂率確定為35%，混凝土減水劑的摻量為1.25%，混凝土引氣劑摻量為1.05～1.15kg/萬(wàn)，粉煤灰摻量為15%～20%之間，聚丙烯纖維配比為1.2kg/m3，混凝土防裂劑配比為10%。當(dāng)混凝土坍落度初值在5～7cm之間時(shí)，計(jì)算的混凝土單方用水量為133～139kg/m3之間；當(dāng)混凝土坍落度初值在7～9cm之間時(shí)，計(jì)算的混凝土單方用水量為135～141kg/m3之間。

d.經(jīng)進(jìn)一步試驗(yàn)優(yōu)化及綜合研判，備選推薦混凝土配合比A和混凝土配合比B。其中方案A為滿足混凝土坍落度初值為7～9cm時(shí)所確定的參數(shù)值；方案B為滿足混凝土坍落度初值為5～7cm時(shí)推薦參數(shù)值。

表4 備選混凝土配合比方案A及B參數(shù)

4 實(shí)際施工效果

根據(jù)推薦的混凝土配合比，對(duì)工地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，主要問(wèn)題為混凝土拌和物含氣量不穩(wěn)定，通過(guò)生產(chǎn)廠家的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，基本解決了這一問(wèn)題。在其他參數(shù)方面，包括混凝土的坍落度、用水量、砂率等基本參數(shù)符合工地施工的要求，不做調(diào)整。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)比試，方案B更滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。同時(shí)，為保證混凝土各項(xiàng)性能的提高，在原試配用水量的基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)，允許時(shí)用量適當(dāng)下浮1～2kg/m3。為確保該方案成型，召集有關(guān)專(zhuān)家，召開(kāi)了“混凝土配合比專(zhuān)家論證會(huì)”及“試驗(yàn)結(jié)果研判會(huì)”，經(jīng)質(zhì)量專(zhuān)家研判小組打分確定方案B為最終的實(shí)施方案。

工程現(xiàn)已正式試蓄水試運(yùn)行，在面板混凝土自澆筑工程后及運(yùn)行過(guò)程中，共發(fā)現(xiàn)淺層裂縫8條，經(jīng)系統(tǒng)分析及專(zhuān)家研判系由施工過(guò)程的質(zhì)量控制不嚴(yán)而引起，基本達(dá)到了質(zhì)量控制的目標(biāo)。

5 面板混凝土施工注意事項(xiàng)

5.1 混凝土用砂石骨料

試驗(yàn)用砂、石均為飽和面干狀態(tài)。參與配置混凝土的砂石骨料，應(yīng)保證其品質(zhì)達(dá)到規(guī)范要求，特別是要控制細(xì)骨料中的含泥量指標(biāo)。在滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的前提下，砂的含泥量宜控制在1.0%以下，碎石的含泥量宜控制在0.5%以下。

5.2 混凝土用粉煤灰

混凝土配合比對(duì)粉煤灰的品質(zhì)好壞較為敏感，在混凝土配合比設(shè)計(jì)的試驗(yàn)過(guò)程中，使用I級(jí)粉煤灰的混凝土拌和物性能和后期混凝土力學(xué)及耐久性能也明顯高于使用Ⅱ級(jí)粉煤灰的性能。建議現(xiàn)場(chǎng)拌和配置的混凝土所用粉煤灰宜采用I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。如果粉煤灰品質(zhì)變動(dòng)，則需重新調(diào)整參數(shù)并試驗(yàn)確定。

5.3 外加劑

a. DH3G混凝土減水劑。DH3G混凝土減水劑為粉狀固體可以直接干摻使用，由于現(xiàn)場(chǎng)要求將DH3G減水劑配置成液體狀態(tài)使用，因此在使用之前，應(yīng)按要求將干粉狀的減水劑配置成一定濃度的液體，待減水劑充分溶解均勻后再加入到拌和用水中。

b. DH9混凝土引氣劑。該減水劑需稀釋成溶液后使用。配置溶液時(shí)，考慮引氣劑摻量占比很小，所以配置濃度應(yīng)嚴(yán)格控制并使之符合規(guī)范要求。

5.4 混凝土拌和時(shí)間

在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的混凝土拌和試驗(yàn)中，為充分發(fā)揮混凝土外加劑的效用，混凝土攪拌時(shí)間為200s。在現(xiàn)場(chǎng)拌和配置混凝土?xí)r可相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以保證混凝土的工作性能。

5.5 含氣量指標(biāo)檢測(cè)

為保證混凝土達(dá)到要求的抗凍性能指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)拌和配置的混凝土，應(yīng)控制其含氣量在4%～6%之間，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)超過(guò)此范圍時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整混凝土引氣劑的摻量，以滿足混凝土含氣量在4%～6%之間。

5.6 拆模及養(yǎng)護(hù)

應(yīng)將混凝土的拆模和養(yǎng)護(hù)作為一項(xiàng)重要工作予以要求。由于混凝土中摻有粉煤灰等摻合料，混凝土的早期強(qiáng)度較低，拆模時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)；混凝土的早期養(yǎng)護(hù)十分重要，否則更容易產(chǎn)生開(kāi)裂?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)在保證28d的基礎(chǔ)上，盡可能延長(zhǎng)至90d齡期的養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié) 論

該工程作為山西面板堆石壩的試驗(yàn)壩，在面板混凝土抗裂方面無(wú)任何經(jīng)驗(yàn)可以參考。通過(guò)分期分段試驗(yàn)、逐層篩選優(yōu)化、細(xì)部論證研究，確保了面板混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求，防裂設(shè)計(jì)得到了充分保障。在后期運(yùn)用中，面板裂縫處于正常統(tǒng)計(jì)水平，很好地匹配了試驗(yàn)結(jié)果。