严寒地区双曲拱坝混凝土配合比设计及试验研究.pdf
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1、第 4 3卷 第 7期 2 0 1 2 年 4 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 43 No 7 Apr , 201 2 文章编号 : 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 3 3 0 4 严寒地区双曲拱坝混凝土配合比设计及试验研究 李 新 , 朱 国 建 ( 新疆 额尔齐斯河流域开发工程建设管理局 , 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 0 0 ) 摘要 : 某大坝为混凝土双 曲拱坝 , 坝址处的严寒气候特点对 混凝土材料 的抗冻耐 久性等性 能指 标提 出了较 高 要 求。为达到混凝 土高性 能化 和较好抗 裂性的设计 目
2、标 , 进行 了混凝土三级 配、 四级 配和抗 冲磨 混凝土配合 比试验 , 最后确定 了大坝混凝土推荐 配合 比, 成型试件 的各项性 能指标均 满足设计要 求。试验 结果表 明, 含气 量是发挥混凝 土高性 能的关键 控制参数 , 含 气量在 4 5 5 5 时可满足 F 4 0 0以上抗冻要求 。 关键词 : 大 坝 混 凝 土 ;配合 比 ;粉 煤 灰 掺 量 ;含 气 量 ;严 寒 地 区 ;新 疆 中 图 法 分 类 号 :T V 4 3 1 文 献 标 志 码 :A 1 工程概况 新疆北部在建某 水库大坝 为常态混凝土 双曲拱 坝 , 最大坝高 9 4 m, 总库容 2 2 2亿
3、 m , 混凝土总方量 为 3 1 1 6万 m , 属 等大 ( 二 ) 型工程 。坝址 区多 年平 均气 温 5 , 极 端 最 高 气 温 3 9 4 C, 极 端 最 低 气 温 一 4 1 2 , 最大 积雪 深 4 6 c m, 最 大 冻 土 深 1 2 7 m, 属 大陆 性北 温及 寒 温 带气 候 。空气 干燥 , 日、 年 温差 大 。 寒潮频繁的气候特点对筑坝混凝土材料提出了很高要 求 , 因此提高大坝混凝土抗冻耐久性 、 高抗渗性和抗裂 性 是保 证工 程质 量 的关键 。本 文对 该坝 所用 常态 混凝 土 的配合 比进行 了试验 研 究 , 所 得 结 论 对 类
4、 似 严寒 地 区水 工建筑 物建 设具 有参 考意 义 。 2 设计指标 该 大坝 混凝 土材 料 分 区 如 图 l所 示 , 混 凝 土双 曲 拱 坝 每 隔 1 5 m设 置 一 条横 缝 , 共 分 为 2 1 个 坝 段 , 不设纵缝 , 通仓浇筑。坝体各部位混凝土设计指标见 表 1 。 3 试验研究方案 大坝混凝 土的主要 控制 指标 为 “ 强度 、 抗 渗 、 抗 冻 、 抗裂” , 此外 , 对抗 冲磨混凝土还提 出“ 抗 冲磨 、 抗 空蚀” 要求 。严寒地 区水工大体积混凝土要求水胶 比 、 、 6 0 0 搬 曩 L 图 1拱 坝 材 料 分 区 示 意 ( 尺 寸
5、: mm) 不宜 过大 , 掺 和材 和 胶材 的用 量 比例应 适 宜 。混 凝 土 耐久性与含气量、 强度等级有较好的相关性 , 特别是 目 前工程界提倡的混凝土高性能化 , 对抗冻 和含气量指 标提出了更严格的要求。混凝土抗裂性能要求尽量降 低水 泥用 量和用 水 量 , 适 当增 加 掺 和 材用 量 以减 少混 凝 土发 热量 和 收缩变 形 , 同时 , 还应保 证混 凝 土的极 限 拉伸变形能力。抗冲磨 、 抗空蚀性能方面 主要要求混 凝土强度高、 掺和材料用量 比例低以及具有 良好施工 工艺。因此 , 综合上述指标要求 , 确定该工程混凝土配 合 比设计试验的技术路线为: 同掺
6、减水剂和引气剂 , 高 掺粉煤灰。按低水胶 比、较低用水量 、 高含气 、 较低坍 收稿 日期 : 2 0 1 1 1 1 一 O 3 作者简介 : 李 新 , 男, 高级工程师 , 主要从事 水利 水电工程建设与管理方 面的研究 。E ma i l : l l x x一 6 3 5 1 6 3 e o m 3 4 人 民 长 江 2 0 1 2年 落度控制 , 以达到适宜强度 、 较好施工性 、 高性能化和 较好抗 裂 的 目的 。试 验方 案拟 定 的水 胶 比为 0 3 8 , 0 4 3和0 4 8 , 胶材 总量 中粉 煤灰 掺量 为 3 5 , 4 5 和 5 5 。交叉 关 系试
7、验 采用 三级 配混凝 土进行 不 同水胶 比、 不 同胶材组合的试验。再参照三级配试验结果选 定 四级 配 的水胶 比 、 掺和料 掺量 进行 试验 。 配合 比试 验 自 2 0 0 9年 7月 中旬 开始 进 行 。考 虑 到 9 0 d设计 龄期 、 抗 冻 F 3 0 0约需 时 5 0 d ( 若 F 4 0 0则 需 6 5 d ) , 为 了加 快 进 度 、 节约 时 间 , 首 先 开 展原 材 料 主要指标检测 , 特别是细度 、 级配 、 吸水性、 密度 、 空隙 等 , 在此 基础 上进行 了骨 料级 配 混 合 比例 选 择 试 验 和 用水量 、 砂率调试选择试验
8、。结合调试拌和情况, 8月 份 起开展 三 级配下 各水 胶 比 、 粉煤 灰掺量 的强 度 、 极 限 拉 伸 、 弹模 、 抗 冻 、 抗 渗 等关 系成 型试 验 。9月 起 根 据 早期强度和其他工程参数, 初选 了四级配配合 比参数 和三级配混凝土配合 比进行调试试验。 4 原材料 ( 1 )水泥 。按 就 近取 材 的 原则 , 试 验 用 的水 泥采 用 PI 4 2 5型硅 酸 盐 水泥 , 颗 粒 比表 面 积 平 均值 高 于 3 0 0 m k g 控制指标 , 碱含量接近控制值, 氧化镁含 量不高 , 物理力学和化学指标均满足 通 用硅酸盐水 泥 G B 1 7 5 2
9、 0 0 7中 P I 4 2 5水泥 技术要 求 。 ( 2 )粉煤灰。所用材料均为 I 级灰 , 为便于经济 有 效地 利用 粉煤灰 , 进 行 了粉煤 灰 掺 量 与水 泥 胶 砂 强 度 关 系试验 。试验 表 明 , 水 泥胶 砂 强 度 随 粉煤 灰 掺 量 增加而降低 , 水化热随粉煤灰掺量增加而降低。粉煤 灰掺量 3 0 左右 , 胶砂强度降低幅度不 大, 而水化热 降幅较大 , 这对保持混凝土强度 , 同时降低混凝 土发热 量有 利 。因此存 设计 龄期 2 8 d的混 凝 土配 合 比中 , 粉 煤灰掺量按 3 0 左右考虑, 设计龄期 9 0 d的混凝土配 合 比中, 粉
10、煤灰掺量控制在 4 0 5 0 之间。 ( 3 )砂 。天然细砂细度模数为 1 61 9 , 人工砂 的细度模数 多为 3 23 7, 按天然 砂 4 0 、 人工砂 6 0 比例配制的混合砂具有良好的细度和级配。 ( 4 )粗骨料 。该工程使用 的粗骨料 钙膜含量较 高 , 通过 工程 前期 的钙 膜 骨 料试 验 研 究 , 可 以发 现 , 骨 料 钙膜 含量 在 2 0 以内时 对混 凝 土性 能 无 明显 影 响 , 钙膜 含量在 3 0 以上 时对 混凝 土 性 能影 响 逐渐 增 大 。 试 验 骨料按 各级 配所 占 比例计 算 , 一 、 二 、 三 级 配各 种 组合比例的
11、钙膜含量均低于 2 0 , 四级配骨料在小石 : 中石 : 大石 : 特大 石 =2 0 : 2 0 : 3 0 : 3 0时 钙膜 骨 料 约 占 2 3 , 过筛后对混凝土性能试验结果影响不明显。 ( 5 )外加剂。采用本地生产的 N F一2型缓凝 高 效减 水剂 和 P M SN E A 3型 引 气 剂 , 各 项 指 标 均 满 足 G B 8 0 7 6 2 0 0 8 ( ( 混 凝 土外加 剂 中对该 类 产 品的要 求 。 减水 剂 掺 量 范 围 为 0 7 1 2 , 引 气 剂 掺 量 为 0 0 0 5 5 混凝土配合 比试验 5 1 三级配混凝土 比例参数交叉试 验
12、 混凝土比例参数交叉试验采用三级配进行试验 , 水 胶 比选择 0 3 8 , 0 4 3 , 0 4 8 , 粉 煤 灰 掺 量 选 择 3 5 , 4 5 , 5 5 。混凝土拌和物出机后约 3 0 mi n按坍 落度 3 0 6 0 m m、 含气量 4 5 5 5 控制 , 骨 料 比例 为 2 0: 3 0: 5 0。 试验原 材 料 为 : PI 4 2 5型硅 酸 盐 水 泥 , 52 0 m m小 碎 石 , 2 04 0 m m 混 合 石 , 4 08 0 m m 天 然 卵 石 , 4 0 天 然 砂 与 6 0 人 工 砂 的 混 合 砂 , 细 度 模 数 2 6 5
13、 , 外加 剂 为 N F一2型 缓 凝 高 效 减 水 剂 和 P MS N E A 3型引气剂 , 具体试验参数见表 2 。三级配混凝土 水 胶 比与抗压 强 度 关 系 见 图 2 , 三 级 配混 凝 土 粉 煤 灰 掺量与抗压强度关系见图 3 。 交叉试验表明, 凝结时间随粉煤灰掺量 、 出机坍落 度 和含 气量情 况 有一 定 变 化 , 但 均 大 于 1 4 h 。水 胶 比 为 0 3 8与 0 4 3时 , 混 凝土 2 8 d和 9 0 d抗压 强度 变化 不大 , 0 4 8水 胶 比的混 凝 土 2 8 d和 9 0 d抗 压 强度 下 降明显 。水 胶 比越小 ,
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