新疆某水电站深孔泄洪洞高强混凝土配合比设计试验.pdf

2 0 1 5年第 3期 东北水利水电 水利科研 [ 文章编号】 1 O o 2 —0 6 2 4 ( 2 0 1 5 ) O 3 一o 0 5 5 一o 3 新疆某水电站深孔泄洪洞高强混凝土配合比设计试验 杜颖 ， ， 王骥玮 t ， 王德库 2 ， 黄如卉 z ( 1 ． 吉林省建筑材料工业设计研究院， 吉林 长春 1 3 0 0 6 2 ； 2 冲 水东北勘测设计研究有限责任公司 ， 吉林 长春 1 3 0 0 6 1 ) [ 摘 要] 文中结合新疆某水电站深孔泄洪洞混凝土配合比设计试验，对寒冷地 区水电站掺硅 粉混 凝土配合 比进 行设计试验 ， 提 出 了新疆 某水电站深孔 泄洪洞 高强混凝土 工程 施工配合 比 ， 解 决 了寒冷地 区水 电站深孔 泄洪洞 高强 混凝土的抗 冲耐磨及抗 冻耐久性 问题 。 [ 关键词】 深孔泄洪洞； 高强混凝土； 混凝土配合比； 抗冲耐磨 [ 中图分类号] T V4 1 【 文献标识码] A 新疆某水电站位于新疆维吾尔自治区尼勒克 县境 内， 是以发 电为主， 兼顾灌溉和防洪， 属大( I ) 型一等 工程 ， 电站装机容量 4 6 0 MW ， 水库总库容 2 5 _ 3亿 m3 ，枢纽建筑物 由混凝 土面板、砂砾堆石 坝、 深孔泄洪洞、 表孔泄洪洞、 发电引水建筑物、 发 电厂房等建筑物组成。其 中深孔泄洪洞洞 身为 圆 拱 直墙 断面 ， 洞 身水 平全长 8 0 0 ． 3 5 6 m， 混 凝土衬 砌厚度 为 0 ． 6 ～ 2 ． 0 m， 底板 面层( 厚 2 0 c m) 采用泵 送硅粉混凝土， 设计指标为 C 6 0 F 2 0 0 W8 。 针对这一 工程要求 ，进行深孔泄洪洞高强混凝土施工配合 比设计试验 ， 以期解决这一工程问题。 1 试 验用原 材料及 其检验 1 ． 1 水泥 水泥采 用新疆巩 留县阔尔吉南 岗水泥厂生产 的硅酸盐Ⅱ型 4 2 ． 5 等级水泥 ，其检验结果 ( 见表 1 ， 2 ) 满足国家标准要求。 1 ． 2 骨料 试验用砂、 石骨料均选用该工程砂、 石骨料加 工厂生产的 C 2料场天然砂、 砾石骨料 ， 表 3的物 性检验结果表明， 砂细度模数为 2 ． 7 ， 属中砂 ， 颗粒 级配曲线在 Ⅱ区内，表明颗粒级配良好，卵石中 1 6 ． 0 - 1 9 ． 0咖n的颗粒含量偏少，砂砾石其它物性 指标满足规范要求。 1 ． 3 硅粉 硅粉是一种活性非常高的火 山灰质混合材 表 1 水 泥化学成份 检验结 果 ％ 裘 2水泥物理力学性能检验结果 名称 安 艘 表 3 天然砂 石骨料 品质 检验结 料 ， 它的颗粒 非常细 ， 把它掺入 混凝土 可显著提高 混凝土的强度、 抗渗等性能， 用硅粉配制高强抗 中 耐磨混凝土在水工混凝土中已获得应用。此次试 验采用内掺 1 0 ％的遵义硅粉和新疆八钢硅粉进行 了对比试验。 1 ． 4 外加剂和水 根据 以往工程经验 ，结合该 工程 深孔泄洪洞 5 5 水利科研 东北水利水电 2 0 1 5年第 3期 混凝土的具体技术要求( C 6 0 F 2 0 0 W8 ) ， 通过外加 剂的优选试验选用5 种高效减水剂：山西凯迪外 加 剂 公 司 生 产 的 K _DNOF一 1高 效 减 水 剂 、 K D N OF 一 7 高强减水泵送剂和意大利马贝公司生 产的 S X1 4高效减水剂、 S R ．3 缓凝高效减水剂 ， 河 北石家庄外加剂公司生产的Z L G高强泵送剂； 两 种引气剂：山西凯迪外加剂公司生产的 K DS F引 气剂和河北石家庄外加剂公司生产的 D H 。 引气 剂。试验用水是施工现场饮 用水 。 2 混凝 土配合 比设计 2 ． 1 混凝土配合比设计原则 混凝土的配合比设计采用绝对体积法进行计 算 ， 根据以往的工程应用经验 ， 通过对混凝土施工 用水泥、 硅粉、 砂石骨料、 外加剂等原材料进行优 选 ， 在满足合 同文件规定 的强度等级 、 抗 渗、 抗冻 等级等耐久性 的前提下 ，优选 出满足施工和易性 要求的经济合理 的混凝土施工配合 比。 2 ．2 混凝土配合比参数选择 2 ． 2 ． 1 混 凝 土 配 制 强度 的确 定 依据 DL ／ T5 1 4 4 — 2 0 0 1 和 D L ／ T 5 1 5 0 — 2 0 0 1 进行混 凝土配合 比设计。根据 S L ／ T1 9 1 — 9 8 ( 水 工混凝土 结构设计规范> 及监理处下达的 中关于混凝土强度等级的规定 ， 混凝土强 度保证率为 9 5 ％， 其施 工配制强度为 ： 配 设十1． 6 4 5 式 中 厂 配 ——混凝 土配 制强度 ， MP a 设 ——混凝 土设计强度等级 ， MP a ； 混凝土强度标准差， M Pa o C 6 0 混凝土强度标准差为 6 ．0 ， 为缩短试验工 期，此次混凝土配合比设计试验的强度龄期选为 2 8 d ，并 由此计算出混凝土的配制强度 为 6 9 ． 9 ( 4 2 ． 5 硅酸盐水泥 ) 。 2 ． 2 ． 2 水灰比的选择 水灰比是混凝土最重要的技术参数，其值过 小就会增加混凝土的单方水泥用量和收缩量、 提 高混凝土的工程造价 ，过大则难以满足混凝土强 度及耐久性等的技术要求。根据以往工程施工经 验并结合该工程特点，此次水灰比的选定除考虑 5 6 混凝土的强度、 抗渗、 抗冻耐久性的等级外 ， 还要 考虑使用的水泥品种和标号、 砂石骨料的质量、 外 加剂的品种及掺量等影 响因素 。依据确定 的混凝 土配 制强度与灰水 比关 系公式进行设计水灰 比的 计算， 计算公式如下： ．厂 配 _ A 【 C ／ W— B) 式 中 配 ——混凝土计 划配制强度 ， MP a ——水 泥强度等级 ， MP a ； A， ——经验系数； ——灰 水比。 参考 S D 1 0 5 — 8 2 ， A， B 系数取值分别为 0 ． 4 4 4 ， 0 ．4 5 9 ，水灰比的计算结果 为 O ．2 4 ， 考虑到硅粉对混凝土有一定的增强作用， 试验的水灰比控制在 0 ．2 9 ～ 0 ．3 7范围内， 满足( 水 工混凝土施工规范>对混凝土最大水灰 比限值的 规定。 2 ． 2 ． 3 骨料级 配比例选择 骨料级配对混凝土 的和易性 、强度和耐 久性 等都有较大影响，合理的石子级配应是在相同体 积条件下混合料的比表面积小 ， 空隙率小、 水泥及 砂子用量少、 密实度大 、 强度高。根据 以往采 用不 同级配 比例 进行小石与 中石 的掺配试 验结 果 ， 利 用最大密度法测算出每个配合比的紧密堆积密 度 ，以紧密堆积密度最大的碎石组合作为碎石最 优 比例 ， 确定小石与中石掺配 比例 为 5 0 ： 5 0 。 2 ． 2 ． 4 砂 率的选择 砂率是砂 占砂石总体积 的百分率 ， 最佳砂率是 在满足和易性条件下，用水量最小时所对应的砂 率。在固定水灰 比的条件下选择 3 ~ 5个砂 率进行 混凝土试拌， 根据坍落度大小选出最佳砂率 ， 其它 水灰比的最佳砂率按照一般规律进行调整确定。 2 ． 2 ． 5 混凝土坍落度和最优用水量的选择 此次深孔泄 洪洞混凝土 采 用泵送 法施 工 ， 通 过试验及施工应用表明，天然砂石骨料的混凝土 入泵坍落度控制在 1 2 ～ 1 4 c m 范围内比较合理 ， 同 时考虑到施工运距过长 ，混凝土坍落度在运输途 中的损失及掺加硅粉的混凝土稠度大、 粘聚性好、 保水性好等特点，所以设计混凝土出机 口坍落度 应比入泵坍落度增加 2 ~ 3 c m。这样可使混凝土更 富于塑性和流动性 ， 石料与砂浆粘结牢固， 可泵性 好 ， 浇注的混凝土质量优 良。 混凝土的用水量是判断混凝土配合 比是 否先 2 0 1 5年第 3期 东北水利水 电 水利科研 进与经济的最基本的一项指标 ，降低混凝土用水 量对减少混凝土的收缩、提高混凝土的抗渗抗冻 耐久性 是十分 有利 的。由于混凝 土的单方 用水量 决定 了混凝土中孔隙的多少 ，而混凝土 中有害 的 毛细孔孔隙对混凝土的力学性能和耐久性的影响 至为重要 ，因此在保证混凝 土强度及耐久性 的前 提下， 应尽量降低混凝土的用水量。 2 ． 2 ． 6 引气剂掺 量的选择 寒冷及严寒地区有抗冻要求的混凝土应掺用 引气剂 ， 混凝土的含气量应控制在 4 ％一 6 ％。在深 孔泄洪洞高强混凝土 中掺用引气 剂 ，一方 面可 以 降低混凝土的水灰比， 提高混凝土的含气量， 改善 掺加硅粉混凝土的和 易性 ， 提高混凝土的耐久性。 同时深孔泄洪洞底板混凝土又要求具有高强高耐 磨性能， 掺 用引气剂后， 混凝土中气泡增加 ， 混凝 土含气量每增加 1 ％， 强度就降低 5 ％左右 ， 所 以掺 用引气剂会增 加配制高强高 耐磨混凝 土 的难度 ， 因而引气剂的掺量必须适 当。 3 试 验 结果及分 析 3 ． 1 抗压强度试验结果分析 由表 4可见 ，不 同外加剂对硅粉混凝土 的作 用是不 同的 ，用山西 凯迪外加 剂公 司生产 的 K DNOF 一 1高效减水剂和意大利 马贝公司生产 的 S R ．3缓 凝高 效 减水 剂配 制 的泵送 混 凝土 和 易性 好 ， 混凝土抗压强度可 以满足设计要求。 3 ． 2 混凝土的抗渗性 硅粉本身是一种很细的火 山灰质材料 ， 掺入混 凝土中不但 可以和混凝土 中的 C a( oH) 反应显著 增加混凝土的强度 ， 同时可 以填充混凝土 中的毛细 孔使混凝土更加密实提高混凝土抗渗性。 试验成型 的混凝土抗渗标号均达到了W8的技术要求。 3 ． 3 混凝土 的抗冻性 混凝土的抗冻性是以混凝土的抗冻等级来表 示的。抗 冻等级是 以 2 8 d龄期 的 1 0 c mX 1 0 c ruX 4 0 c m水饱和混凝土试件在 2 ~ 4 h为一个冻融循 环的快速冻融状态下所能承受的相对动弹性模数 降低不超过 4 0 ％、 重量降低不超过 5 ％的快速冻融 循环次数来确定的， 抗冻等级分为 F 2 5 ， F 5 0 ， F 1 0 0 ， F 2 0 0 ， F 3 0 0 ， F 4 0 0等各种等级。表 5的混凝 土抗冻 性试验结果表明，掺硅粉混凝土具有良好的抗冻 表 4 深孔泄洪洞 C 6 0混凝土配合比试验成果 性 ， 可 以达到 F 2 0 0的设计要求。 表 5 深 孔泄洪洞 C6 0混凝土配 合比抗冻 、 抗渗试 验成果 不同次数冻融循环动弹性模数／ 质量损失 编号 ／ ％ 抗渗等级 5 0 1 0 o 1 5 0 2 0 o K-4 9 9 7 ． 9 ／ 0． 1 9 2 ． 6 ／ 0 ． 2 1 91 ． 8 ／ 0 ． 2 9 8 9 ． 0 ／ 0 ． 4 3 > W 8 K-6 5 9 8 ． 3 ／ 0 ． 0 4 9 6 ． 8 ／ 0 ． 1 O 9 6 ． 1 ／ 0 ． 1 1 9 5 ． 5 ／ 0 ． 1 9 >W 8 4 推荐 的混凝 土配合 比 由于 山西凯迪外加剂公司生产 的 K DNOF 一 1 高效减水剂比意大利马贝公司生产的 S R ．3 缓凝高 效减水剂价格低廉，新疆八钢的硅粉比贵州遵义 的硅粉运距小 ， 在满足设计要 求的前提下 ， 选 用山 西 凯迪外加剂公司生产的 K DNOF 一1 高效减水 剂 和新疆八钢 的硅粉作 为混凝土施工 用材料 ，具体 推荐的混凝土施工配合比：含气量 4 ． 8 ‰坍落度 2 1 ． 0 c m， 水 1 5 0 k g ／ m3 ， 水泥 4 5 0 k g ／ m3 ， 硅粉 5 0 ． 0 k g ／ m3 ，砂 5 9 5 k g ／ ma ，小石 5 7 1 k g ／ m3 ，中石 5 7 1 k g ／ m o 通过采用满足国家标准要求的水泥、 砂、 石骨 料和外加剂，合理选择混凝土配合比参数及经济 技术指标 ，推荐的深孔泄洪洞高强泵送混凝土施 工配合比可泵性好， 可以满足设计使用要求。 【 收稿日期1 2 0 1 5 一 O 1 — 2 3 5 7