白蓮河抽水蓄能電站大壩混凝土面板抗裂性能研究

馬 祥

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 羅田 438600）

0 引 言

湖北白蓮河抽水蓄能電站擋水建筑物由1座主壩、3座副壩組成，主壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程312.5 m，趾板底部高程250.00 m，最大壩高59.7 m，壩頂長300.18 m，寬6.0 m，壩體上、下游坡比均為1∶1.4。面板為0.4 m等厚，兩岸受拉區每塊面板寬8 m，共20塊，中間受壓區每塊寬16 m，共8塊，最大面板長度100.7 m。

1 混凝土面板抗裂性能試驗

1.1 試驗內容及目的

試驗采用強度等級為C30的混凝土。先進行混凝土配合比試驗，確定基準配合比；在選定的基準配合比的基礎上，再進行摻加聚丙烯腈纖維、鋼纖維、減縮劑等抗裂材料的混凝土力學、變形、早期開裂、耐久性能等試驗，比較各種材料改善面板混凝土性能效果，提出能有效防止面板裂縫的技術方案。

1.2 混凝土配合比試驗

采用引氣劑、高效減水劑和粉煤灰 （粉煤灰摻量為20%）等外加劑，針對不同水膠比 （水膠比為0.37、0.40和0.43）進行混凝土配合比優化試驗。在滿足混凝土和易性和含氣量條件下，求得混凝土用水量、膠凝材料用量、外加劑摻量、最佳砂率等基本參數，并進行混凝土7、28、90 d齡期的抗壓強度試驗。通過試驗最終選用的混凝土基準配合比各項性能試驗結果見表1。

表1 混凝土基準配合比及性能試驗結果

表2 混凝土性能試驗配合比

1.3 混凝土性能試驗

1.3.1 試驗方法及內容

摻聚丙烯腈纖維、鋼纖維、減縮劑混凝土配合比見表2。試驗內容包括力學性能、變形性能、耐久性及熱學性能研究。

1.3.2 變形性能

（1）抗壓強度。抗壓強度試驗結果見表3。各混凝土28 d抗壓強度均在39.4～42.9 MPa范圍內，滿足C30混凝土的配制強度要求。與基準混凝土相比，摻入聚丙烯腈纖維、鋼纖維和減縮劑均對混凝土抗壓強度影響不大，其強度發展特性與基準混凝土相類似。

表3 混凝土抗壓強度試驗結果

（2）抗拉強度。劈拉和軸拉強度試驗結果見表4，與基準混凝土相比，摻聚丙烯腈纖維和減縮劑對混凝土劈拉和軸拉強度影響均不大，摻鋼纖維使混凝土劈拉和軸拉強度有所增加，增加幅度分別為5%～9%和5%～11%。

（3）抗彎強度。混凝土抗彎強度試驗結果見表5。各種混凝土28 d抗彎強度為4.21～4.70MPa。摻聚丙烯腈纖維和減縮劑對混凝土抗彎強度影響不大，其強度發展特性與基準混凝土類似；摻鋼纖維可使混凝土抗彎強度有所增加。

表5 混凝土抗彎強度試驗結果

1.3.3 混凝土力學性能

（1）極限拉伸值。混凝土極限拉伸試驗結果見表6。結果表明，各種混凝土的極限拉伸值均較高，與基準混凝土相比，摻入聚丙烯腈纖維和減縮劑對混凝土的極限拉伸值影響不大；摻入鋼纖維可使混凝土極限拉伸值略有提高，提高幅度為3%～9%。以28 d極限拉伸值為基準，混凝土7 d極限拉伸值增長率為88%～94%，90 d極限拉伸值增長率為103%～109%，極限拉伸值隨齡期增長幅度不大。

（2）彈性模量。混凝土抗壓彈性模量試驗結果見表7。結果表明，各種混凝土28 d抗壓彈性模量為 3.69×104～3.86×104MPa， 差異不大； 28 d 軸拉彈性模量為 3.00×104～3.28×104MPa， 混凝土軸壓彈性模量高于軸拉彈性模量約14%。與基準混凝土相比，摻入鋼纖維、聚丙烯腈纖維和減縮劑對混凝土的軸拉彈性模量無明顯影響。

表4 混凝土抗拉強度試驗結果

表6 混凝土極限拉伸試驗結果

1.3.4 耐久性能

（1）抗滲性。基礎、摻聚丙烯腈纖維、摻鋼纖維、摻減縮劑混凝土在逐級加壓到最大水壓1.1 MPa并保持8 h后的平均滲水高度分別為2.5、2.6、2.0、4.0 cm，均較低，抗滲等級均大于W10，均能充分保障面板混凝土的抗滲能力。

（2）抗凍性。當混凝土中含氣量控制在4.0%～6.0%時，300次凍融循環后，混凝土的相對動彈性模量均在90.0%以上，混凝土抗凍等級均大于F300，各混凝土均具有良好的抗凍性能。混凝土中摻入纖維材料及減縮劑對混凝土的抗凍性無明顯影響。

1.3.5 熱學性能

（1）混凝土絕熱溫升。混凝土的絕熱溫升測定在日本全自動MIT-686-0型混凝土熱量測定儀上進行，溫度跟蹤精度為±0.1℃，試件尺寸φ400 mm×400 mm。由于各配合比混凝土的膠凝材料用量及水泥用量相同，而纖維材料基本不會影響混凝土的絕熱溫升。因此，選擇基準混凝土和摻減縮劑混凝土進行了混凝土絕熱溫升試驗。試驗結果表明，基準混凝土最終絕熱溫升值與摻減縮劑混凝土擬合最終絕熱溫升值分別為45.0℃和44.4℃。摻減縮劑并不會影響混凝土中水泥的水化進程。

（2）混凝土的早期抗裂性能。各配比混凝土的早期抗裂性試驗結果見表8。從表8可以看出，摻聚丙烯腈纖維和減縮劑對混凝土的早期裂縫有良好的抑制效果，可顯著減少混凝土早期塑性收縮裂縫和早期干燥收縮裂縫的數量，限裂等級均為一級。摻鋼纖維對混凝土的早期裂縫也有較好的抑制效果，限裂等級為二級。

2 結 語

根據試驗成果，確定后期電站大壩面板采用的混凝土優化配合比見表9。電站2008年蓄水前對大壩面板混凝土裂縫進行全面檢查處理，共計發現裂縫24處，均為寬度小于1 mm的三類裂縫，與國內同類工程相比處于較好水平。目前電站大壩總滲水量最大值為1.56 L/s，遠小于設計值5.9 L/s，面板混凝土最大壓應變236.35 με，最大拉應變173.24 με，均較小。監測數據表明，該優化配合比方案有效防止了大壩混凝土面板裂縫的產生，對改善面板的抗裂性效果明顯。

表7 混凝土抗壓彈性模量試驗結果

表8 各配比混凝土早期抗裂性試驗結果

表9 面板混凝土優化配合比

［1］ GB/T 50080—2002 普通混凝土拌合物性能試驗方法標準［S］.

［2］ GB 50119—2003 混凝土外加劑應用技術規范［S］.

［3］ YBT 151—1999 混凝土用鋼纖維［S］.

［4］ GBT 107—87 混凝土強度檢驗評定標準［S］.