大壩面板采用流紋巖高吸水率骨料配合比的研究與應(yīng)用

田 聰

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，成都，611130)

1 工程概況

老撾南公1水電站以防洪、發(fā)電、灌溉、旅游為開發(fā)目標(biāo)，目的是促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，主壩校核洪水位高程為320.80m，相應(yīng)庫容6.51×108m3；正常蓄水位高程為320.00m，相應(yīng)庫容6.33×108m3；死水位高程為280.00m，相應(yīng)庫容0.97×108m3；調(diào)節(jié)庫容5.36×108m3，具有多年調(diào)節(jié)能力。工程為Ⅱ等大(2)型工程，電站裝機(jī)容量160MW，裝機(jī)2臺(tái)，單機(jī)容量80MW，主擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，布置于主河床，壩頂長409.946m，壩頂寬8.8m，壩頂高程為325m，最大壩高為90m。壩體上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.35?；炷撩姘屙敳亢穸?.3m，漸變至面板底部，底部厚度0.66m，面板垂直縫間距12m。

2 研究目的

老撾境內(nèi)常年氣溫較高，某混凝土面板堆石壩施工完后，檢查發(fā)現(xiàn)面板有多條溫度裂縫，裂縫缺陷的處理花費(fèi)了較長時(shí)間，同時(shí)還造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失。由于受疫情影響，老撾南公1水電站面板混凝土澆筑不得不在老撾最高溫時(shí)段(4月-7月，平均氣溫達(dá)38℃，最高氣溫達(dá)53℃左右)進(jìn)行。同時(shí)由于本工程混凝土用骨料為施工現(xiàn)場開采的流紋巖加工的砂石骨料，由于人工砂，中、小石骨料的表觀密度都偏小，而吸水率都很大。人工砂表觀密度為2400kg/m3，吸水率達(dá)到5.3%；小石、中石的表觀密度為2500kg/m3，吸水率為3.28%和3.09%。由于現(xiàn)場開采的流紋巖的吸水率較大，且料場巖石裂隙較多、產(chǎn)狀復(fù)雜，加大了作為混凝土骨料使用的質(zhì)量控制難度。

為了吸取同類型工程出現(xiàn)較多裂縫的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，將流紋巖高吸水率骨料配合比進(jìn)行分析、研究，通過優(yōu)化調(diào)整施工配合比，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采取相應(yīng)的降溫措施，降低高溫地區(qū)面板混凝土裂縫缺陷率，確保大壩面板混凝土施工質(zhì)量，有效提高混凝土面板的防滲作用，保證大壩安全運(yùn)行，同時(shí)為后期混凝土裂縫處理節(jié)約成本和工期，為實(shí)現(xiàn)下閘蓄水節(jié)點(diǎn)目標(biāo)創(chuàng)造有利條件。

3 主要原材料品質(zhì)試驗(yàn)檢測(cè)

3.1 水泥

水泥各項(xiàng)化學(xué)成分及物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表1-2。

表2 水泥物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

3.2 粉煤灰

粉煤灰物理品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 粉煤灰物理品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

3.3 砂石骨料

3.3.1砂石骨料常規(guī)檢測(cè)

砂石骨料的物理性能直接影響到混凝土的用水量、水泥用量及抗凍耐久性指標(biāo)，級(jí)配篩分結(jié)果見表4。

表4 砂的顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果

表4砂顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果表明，人工砂、河砂的顆粒級(jí)配以及細(xì)度模數(shù)都能滿足《水工混凝施工規(guī)范》(DL/T 5144-2015)的要求。

3.3.2 骨料的堿活性試驗(yàn)

骨料的堿活性試驗(yàn)按照《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5151-2014)中骨料堿活性試驗(yàn)(砂漿棒快速法)執(zhí)行，砂漿棒快速法的骨料堿活性試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 骨料堿活性砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果

砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂石骨料砂漿試件14d的膨脹率為0.042%，小于0.1%，骨料評(píng)定為非活性骨料；天然河砂砂漿試件14d的膨脹率為0.11%，大于0.1%，小于0.2%；28d試件的膨脹率為0.17%，小于規(guī)范要求的小于0.2%的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定為非堿活性骨料。

3.3.3 骨料級(jí)配容重

混凝土骨料最佳級(jí)配是根據(jù)骨料按不同比例搭配后檢測(cè)得的振實(shí)容重獲得，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 不同骨料級(jí)配組合與容重關(guān)系

3.4 混凝土外加劑

老撾南公1水電站所用減水劑、引氣劑、抗裂防水劑、聚丙烯纖維等外加劑經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范規(guī)定要求。

4 混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

4.1 大壩面板混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)要求

表7 面板混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

4.2 混凝土拌和試驗(yàn)

根據(jù)南公1水電站所處地理位置氣候、工程施工特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求，同時(shí)考慮砂石骨料品質(zhì)特點(diǎn)，采用飽和面干砂石骨料，配合比計(jì)算采用絕對(duì)體積法。天然河砂的粉煤灰摻量為20%、25%、30%，人工砂粉煤灰摻量為20%，試驗(yàn)過程中采用多種材料組合形式，室內(nèi)拌和出機(jī)坍落度控制在80mm～100mm、含氣量控制在3%～5%范圍，對(duì)新拌混凝土測(cè)試了出機(jī)、延時(shí)30min坍落度、含氣量以及混凝土工作性變化情況，同時(shí)成型了7d、28d抗壓強(qiáng)度試件，對(duì)混凝土拌和物工作性、力學(xué)性能、變形性能等指標(biāo)進(jìn)行分析對(duì)比，選取結(jié)果較優(yōu)者進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

4.3 施工混凝土配合比水膠比選擇

4.3.1 混凝土水膠比選擇

根據(jù)《南公1水電站混凝土原材料與溫控施工技術(shù)要求》、《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144-2015)中水膠比最大允許值規(guī)定，面板混凝土最大水膠比取值不大于0.45。

4.3.2 混凝土配制強(qiáng)度

根據(jù)面板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求，大壩面板混凝土配合比配制強(qiáng)度見表8。

表8 面板混凝土配制強(qiáng)度理論計(jì)算

5 大壩面板混凝土推薦施工配合比

5.1 面板混凝土推薦施工配合比

大壩面板混凝土推薦施工配合比是對(duì)通過前述相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)，按照工程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)以及《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144-2015)要求，對(duì)提出的混凝土施工配合比用人工砂石骨料和外購河砂進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)驗(yàn)證試驗(yàn)，根據(jù)各種材料組合的混凝土配合比對(duì)其用水量、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、軸向抗拉強(qiáng)度、極限拉伸、抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析比較后，選擇能夠滿足設(shè)計(jì)要求的最優(yōu)配合比見表9。

表9 南公1水電站大壩面板混凝土推薦施工配合比

5.2 混凝土配合比相關(guān)物理力學(xué)、性能驗(yàn)證試驗(yàn)

混凝土拌和物主要是看其和易性是否能滿足施工操作要求，擬推薦施工配合比混凝土力學(xué)、變形、耐久性能驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 混凝土力學(xué)、變形、耐久性能驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

6 對(duì)大壩面板混凝土推薦施工配合比的專題論證

2019年11月，業(yè)主邀請(qǐng)三峽集團(tuán)、中水電公司、中水八局、中水十二局、中電建建筑集團(tuán)、昆明設(shè)計(jì)院等單位的專家對(duì)面板推薦施工配合比進(jìn)行評(píng)審，經(jīng)評(píng)審后的面板施工配合比見表11。

表11 南公1水電站大壩面板混凝土施工配合比

7 現(xiàn)場采取的溫控措施

7．1 原材料溫控措施

(1)由于老撾地區(qū)旱季氣溫較高，最高可達(dá)50℃左右，要求對(duì)中石、小石骨料倉全部采用遮陽棚遮蓋，同時(shí)對(duì)料倉加裝噴霧設(shè)施，對(duì)骨料進(jìn)行不間斷的噴霧降溫；

(2)鑒于本工程骨料吸水率高，粗骨料進(jìn)入拌和料倉前，要求提前對(duì)骨料進(jìn)行灑水處理，降溫保濕；

(3)面板混凝土要求全部采用制冷水(溫度5℃～7℃)拌和，嚴(yán)格控制出機(jī)口混凝土溫度。

7．2 運(yùn)輸過程所采取的溫控措施

對(duì)混凝土運(yùn)輸罐車車體加裝保溫層，防止太陽直射，同時(shí)在拌和樓和現(xiàn)場卸料部位安裝噴霧設(shè)備對(duì)運(yùn)輸罐車進(jìn)行噴霧降溫。

7．3 混凝土澆筑過程所采取的溫控措施

(1)在溜槽上加裝遮陽棚，避免太陽直射；

(2)在滑模模體上加裝噴霧設(shè)施，降低局部環(huán)境溫度;

(3)在面板埋入溫度計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面板混凝土溫度情況。

7．4 混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量控制方面

要求承包人派專人對(duì)已澆筑混凝土及時(shí)活水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)方式采用塑料薄膜先進(jìn)行表層覆蓋，再使用無妨布進(jìn)行全斷面覆蓋，要求大壩面板混凝土全斷面、全天候流水養(yǎng)護(hù)至大壩蓄水。

8 采取相應(yīng)措施后取得的效果

8．1 大壩面板混凝土抽樣試驗(yàn)檢測(cè)成果

對(duì)大壩面板混凝土抗壓強(qiáng)度抽樣檢測(cè)32組，其各項(xiàng)指標(biāo)全部滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范規(guī)定要求，其中抗壓強(qiáng)度最大值35.2MPa，最小值26.7MPa，平均值30.8MPa，強(qiáng)度保證率100%。

8．2 大壩面板混凝土檢查存在的裂縫

通過對(duì)流紋巖高吸水率骨料配合比進(jìn)行研究優(yōu)化，同時(shí)通過現(xiàn)場采取相應(yīng)的降溫措施，大壩面板于2020年8月4日全部澆筑完成，2020年8月、9月各參建單位多次聯(lián)合對(duì)面板裂縫進(jìn)行了普查。同時(shí)業(yè)主委托清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院對(duì)面板混凝土缺陷(裂縫、脫空等)采用人工檢查+無人機(jī)(拍攝面板全景，進(jìn)行三維建模分析，并精確定位裂縫位置)+超聲波進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)存在的混凝土裂縫見表12。

表12 面板混凝土裂縫檢測(cè)成果(僅統(tǒng)計(jì)縫寬大于0.2mm以上)

通過上述檢測(cè)得知，本工程面板混凝土裂縫共30條，均為非貫穿性淺層裂縫，總長86.7m(其中縫寬大于0.2mm以上的裂縫僅3條，累計(jì)長5.9m)，裂縫數(shù)量總體偏少。

8．3 大壩滲流監(jiān)測(cè)成果

大壩于2020年9月10日下閘蓄水，截止2020年11月20日，大壩已蓄水至高程為306.80m，目前量水堰過流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保持在7.35L/s，基本保持穩(wěn)定，無異常現(xiàn)象。通過大壩滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得知，大壩滲流量較小，說明大壩面板及壩基防滲效果很好，大壩面板施工質(zhì)量優(yōu)良。

9 結(jié)語

老撾南公1水電站大壩面板混凝土施工通過采取對(duì)流紋巖高吸水率骨料配合比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)在施工過程中采取了制冷水拌和、對(duì)砂石骨料提前灑水保濕和噴霧降溫、對(duì)運(yùn)輸罐車加裝保濕層及對(duì)裝料和卸料過程進(jìn)行噴霧降溫、對(duì)混凝土溜槽搭設(shè)遮陽棚和對(duì)倉面噴霧保濕降溫及全覆蓋流水養(yǎng)護(hù)等嚴(yán)格有效的施工措施，使大壩面板混凝土在高溫(53℃左右)環(huán)境施工情況下，達(dá)到高指標(biāo)的質(zhì)量要求，大壩面板混凝土溫度裂縫缺陷率較小，滲流量較小(7.35L/s)，整個(gè)大壩面板防滲效果較好，這為高溫環(huán)境進(jìn)行大壩面板混凝土施工提供了工程實(shí)例，具有很好的借鑒作用。