低熱微膨脹混凝土在長(zhǎng)河壩水電站初期導(dǎo)流洞封堵中的應(yīng)用研究

陳世文，王福托

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

長(zhǎng)河壩水電站是以單一發(fā)電為主的大型水庫(kù)電站，無航運(yùn)、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求。工程為Ⅰ等大(1)型工程，擋水、泄洪、引水及發(fā)電等永久性主要建筑物級(jí)別為1級(jí)，永久性次要建筑物級(jí)別為3級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為3級(jí)。電站采用水庫(kù)大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)，總裝機(jī)容量2600MW，水庫(kù)正常蓄水位1690m，具有季調(diào)節(jié)能力。

初期導(dǎo)流洞位于大壩壩址右岸，初期導(dǎo)流洞為兩條，分別為1#及2#導(dǎo)流洞，導(dǎo)流洞為城門洞型斷面，斷面最大尺寸為16m×16.5m，封堵部位斷面尺寸12m×14.5m。1#導(dǎo)流洞長(zhǎng)1061.076m，縱坡坡度0.66%；2#導(dǎo)流洞長(zhǎng)1235.409m，縱坡坡度0.567%，進(jìn)口高程為1482m，出口高程1475m。根據(jù)《長(zhǎng)河壩導(dǎo)流洞下閘蓄水規(guī)劃設(shè)計(jì)專題報(bào)告》中推薦的方案，兩條導(dǎo)流洞封堵長(zhǎng)度均為70m，其中臨時(shí)堵頭20m，永久堵頭50m，1#導(dǎo)流洞堵頭位于帷幕灌漿軸線處，2#導(dǎo)流洞通過將帷幕軸線下移后布置在帷幕軸線下游。封堵堵頭布置詳見圖1、圖2。

圖1 封堵堵頭平面布置示意

圖2 封堵堵頭剖面布置

2 混凝土設(shè)計(jì)要求

由于工程施工工期及施工要求，導(dǎo)流洞封堵混凝土澆筑量大，考慮到混凝土澆筑的連續(xù)性、耐久性、穩(wěn)定性、水化熱低等特點(diǎn)，且混凝土堵頭施工的溫度控制要求較高，故采用低熱微膨脹混凝土，以減少裂縫、防止混凝土收縮、簡(jiǎn)化混凝土溫控施工措施，滿足封堵堵頭混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

3 原材料對(duì)混凝土性能影響

3.1 低熱水泥的性能指標(biāo)要求

原材料是施工質(zhì)量控制的源頭，而水泥在水利水電工程、道路建筑工程中是最重要的建筑材料，應(yīng)用十分廣泛。目前，水工混凝土中常用的水泥品種主要有：普通硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥等。根據(jù)工程施工要求，采用P·LH42.5低熱硅酸鹽水泥，通過配合比優(yōu)化，嚴(yán)格控制各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，有效降低了混凝土水化熱升溫并控制了混凝土質(zhì)量波動(dòng)，提高了混凝土低溫硬化性能。

3.2 外加劑及摻和料對(duì)混凝土性能影響

導(dǎo)流洞封堵采用泵送混凝土進(jìn)行澆筑，對(duì)控制混凝土入倉(cāng)溫度有較高要求。膨脹劑摻入混凝土中，通過產(chǎn)生一定的膨脹，補(bǔ)償商品混凝土的收縮，有利于提高商品混凝土的抗?jié)B防裂；膨脹劑使混凝土硬化過程中產(chǎn)生體積膨脹，補(bǔ)償混凝土收縮，改善混凝土變形能力，而溫濕度對(duì)膨脹劑的作用效率有重要影響。膨脹劑的早期膨脹效率提高，中后期膨脹效率則略有降低，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)膨脹劑細(xì)度、抗壓強(qiáng)度及限制膨脹率等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求。

減水劑為江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PCA(Ⅰ)聚羧酸高性能減水劑：摻量為0.7%～1.2%；引氣劑為江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的GYQ型，根據(jù)《混凝土外加劑》(GB 8076-2008)中相關(guān)規(guī)定，對(duì)減水率，泌水率比、含氣量等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，均滿足規(guī)范要求。摻外加劑的混凝土在多向約束條件下改善混凝土拌合物施工性能、起到增加混凝土后期強(qiáng)度和提高混凝土耐久性。

摻和料對(duì)膨脹劑混凝土的膨脹性能有一定的影響，摻和料作為混凝土膠凝材料的重要組成部分，摻加粉煤灰后可減少水泥用量，且粉煤灰水化放熱量很少，從而減少了水化放熱量，混凝土各項(xiàng)性能得到明顯改善，起到增加混凝土后期強(qiáng)度和提高混凝土抗腐蝕的作用，但粉煤灰的摻入將削弱膨脹劑的膨脹功能。

骨料在混凝土中起骨架支撐的同時(shí)還可作為膠凝材料的廉價(jià)填充材料。細(xì)骨料(簡(jiǎn)稱S)選擇磨子溝骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂，級(jí)配曲線優(yōu)良，質(zhì)地堅(jiān)硬，含泥量、堿含量、石粉含量等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求。粗骨料(簡(jiǎn)稱G)采用磨子溝骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)的人工碎石，小石(5mm～20mm)、中石(20mm～40mm)質(zhì)地堅(jiān)硬，級(jí)配良好、超遜徑(針片狀)含量、壓碎指標(biāo)及其余指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求。

4 混凝土配合比設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)工程施工設(shè)計(jì)，混凝土性能指標(biāo)采用C25W10F150強(qiáng)度等級(jí)。

4.2 保證率和標(biāo)準(zhǔn)差確定

混凝土的概率度系數(shù)與強(qiáng)度保證率P之間的關(guān)系、混凝土標(biāo)準(zhǔn)差σ參照表1和表2。

表1 概率度系數(shù)t與強(qiáng)度保證率P之間的關(guān)系

表2 混凝土標(biāo)準(zhǔn)差σ值

根據(jù)表1、表2中的取值，混凝土配制強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如下：

Fcu.0=fcu.k+tσ=25+1.645×4.0=31.58MPa

4.3 配合比試拌

試驗(yàn)依據(jù)為DL/T 5330-2005《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，為了確保混凝土的各種性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)施工配合比時(shí)，充分考慮到施工質(zhì)量的不均勻性，加強(qiáng)均勻性檢測(cè)，考察低熱微膨脹混凝土配合比單位用水量、最優(yōu)砂率、混凝土抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性及抗凍性與水膠比之間的關(guān)系，混凝土配合比所摻的PCA(Ⅰ)聚羧酸高性能減水劑摻量占總膠材用量的0.7%，GYQ引氣劑摻量占總膠材用量的1/萬，(KT型UEA)膨脹劑摻量占總膠材用量的4%，粉煤灰替代水泥用量為總膠材用量的20%。混凝土拌和物出機(jī)口坍落度按140mm～180mm控制。混凝土配合比試拌情況見表3。

表3 混凝土配合比各項(xiàng)參數(shù)(設(shè)計(jì)坍落度140mm～180mm)

4.4 混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

配制不同水灰比的混凝土，制作標(biāo)準(zhǔn)試件并標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，混凝土在養(yǎng)護(hù)期間提供足夠的水分，使其能充分發(fā)揮工作性能。測(cè)試混凝土試樣的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B等級(jí)以及抗凍性能，具體檢測(cè)結(jié)果表4。

表4 混凝土抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

4.5 混凝土抗壓強(qiáng)度與膠水比的關(guān)系

根據(jù)表4的試驗(yàn)結(jié)果分析，可以計(jì)算混凝土28d抗壓強(qiáng)度與膠水比之間的回歸關(guān)系及曲線，具體見圖3。

圖3 混凝土抗壓強(qiáng)度與膠水比回歸曲線

5 推薦混凝土配合比參數(shù)及復(fù)核

5.1 推薦混凝土配合比參數(shù)

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，并充分考慮到所用原材料質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制水平與室內(nèi)試驗(yàn)的差異，根據(jù)表3、表4的抗壓強(qiáng)度結(jié)果特提出混凝土配合比參數(shù)，具體見表5。

表5 推薦混凝土配合比參數(shù)

5.2 推薦混凝土配合比參數(shù)復(fù)核

根據(jù)混凝土回歸曲線與膠水比的關(guān)系確定的配合比參數(shù)對(duì)其進(jìn)行復(fù)核，28d抗壓強(qiáng)度結(jié)果見表6。

表6 推薦混凝土配合比參數(shù)28d強(qiáng)度復(fù)核結(jié)果

5.3 低熱微膨脹混凝土的應(yīng)用效果

通過配合比試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果復(fù)核可以驗(yàn)證低熱微膨脹混凝土的抗壓強(qiáng)度，抗?jié)B、抗凍性能指標(biāo)能充分展示低熱微膨脹混凝土在施工現(xiàn)場(chǎng)的優(yōu)越性，有效降低混凝土升溫，從而減少縱縫，有效抑制了混凝土表面溫度過高產(chǎn)生的裂縫，對(duì)大體積混凝土澆筑非常有利，實(shí)現(xiàn)了大體積混凝土持續(xù)性澆筑的操作性。

6 結(jié)論

(1)通過選擇原材料，充分利用微膨脹補(bǔ)償收縮的性能，有效降低水化熱混凝土的開裂性，澆筑后的混凝土與塊體之間緊密結(jié)合，加強(qiáng)了混凝土低溫硬化性能，提高了混凝土性能。

(2)適當(dāng)增加了混凝土澆筑厚度，加快了施工進(jìn)度，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提高了混凝土的抗裂性、抗?jié)B性和抗沖擊性能，同時(shí)也提高了工程的施工質(zhì)量，并節(jié)約了施工工期和管理費(fèi)用。

(3)注意事項(xiàng)：①微膨脹混凝土在進(jìn)行澆筑時(shí)需要進(jìn)行全面合理地振搗，增大混凝土密實(shí)性，防止出現(xiàn)蜂窩麻面等現(xiàn)象，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)方面的工作；②施工過程中不得隨意更改各種材料用量，加強(qiáng)每個(gè)施工環(huán)節(jié)管理，如有變化，需重新進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)。