大崗山水電站改性硅粉混凝土配合比設計研究與應用

2015-12-24 02:18:52李祚全

湖南水利水電 2015年5期

關鍵詞：混凝土

李祚全

（中國水利水電第八工程局有限公司長沙市 410004）

許航

（湖南省水利廳長沙市 410007）

1 工程概述

大崗山水電站水墊塘斷面采用復式梯形斷面，底部開挖寬度47.70，開挖基底高程926.00 m～925.00 m，底板頂高程930.00 m～928.96 m，底板厚4m，邊墻厚3.0 m，邊墻坡度為1∶0.5，在953.00 m 高程處設有5 m 寬的馬道，水墊塘頂高程為971.00 m，塘頂設有1 m 高的導浪墻。水墊塘在邊墻933.00 m 高程以下表面50 cm 范圍內，采用C50 改性硅粉混凝土，其余混凝土均采用C9030 混凝土襯砌。

2 混凝土設計技術指標

本次配合比設計試驗主要為大崗山水電站水墊塘表面部位改性硅粉混凝土，混凝土設計指標見表1。

表1 混凝土技術指標

3 原材料試驗

3.1 水泥

水泥選用峨勝中熱42.5、嘉華中熱42.5 兩種水泥。中熱硅酸鹽水泥物理力學性能均符合《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》GB 200-2003 標準及大崗山水電站技術要求。

3.2 粉煤灰

粉煤灰選用云南宣威廠家的Ⅰ級粉煤灰。其品質符合《水工混凝土摻用粉煤灰技術規程》DL/5055-2007 標準及大崗山技術指標，屬Ⅰ級粉煤灰。

3.3 骨料

（1）細骨料。細骨料為大崗山廠房人工砂，品質均滿足《水工混凝土施工規范》DL/T 5144-2001 的標準及大崗山技術要求。

（2）粗骨料。粗骨料為大崗山廠房人工骨料，品質均滿足《水工混凝土施工規范》DL/T 5144-2001的標準及大崗山技術要求。

3.4 外加劑

在混凝土中摻入適應性好的外加劑，可有效改善混凝土的性能，一般以摻量低、流動度大且流動度損失小的摻量為外加劑的最佳摻量。本次試驗主要采用JM-PCA（Ⅰ）聚羧酸高性能減水劑、山東銀凱NOF-AE 引氣劑。

3.5 硅粉

硅粉為成都東藍星科技發展有限公司生產的微硅粉，其品質均滿足GB/T 18736-2002 標準要求。

3.6 拌和用水

拌和用水為大崗山水廠生產的施工用水，完全滿足相關規范要求。

4 改性硅粉混凝土配合比試驗

4.1 試驗基本條件

（1）原材料為上述所選原材料；

（2）骨料均以飽和面干狀態為基準；

（3）硅粉混凝土濕篩含氣量控制在3%～5%，塌落度控制在（70～90）mm；

（4）配合比計算采用絕對體積法；

（5）混凝土試驗采用60 L 強制式混凝土攪拌機。

4.2 硅粉混凝土配合比參數的選擇

（1）骨料最佳級配選擇。不同比例的骨料級配與振實密度有直接關系，一般密度越大，空隙率越小，所需填充包裹的砂漿越少，所以常把緊密密度最大的骨料級配作為最優級配。骨料級配與緊密密度關系試驗結果見表2。試驗結果表明：二級配的最優石子比例為小石∶中石=40∶60；三級配的最優石子比例為小石∶中石∶大石=20∶30∶50。

表2 骨料級配與緊密密度關系試驗結果

（2）混凝土最佳砂率選擇試驗。最佳砂率選擇試驗采用固定水膠比和煤灰摻量，采用嘉華中熱42.5水泥、宣威Ⅰ級灰，摻1.2%的JM-PCA 減水劑，含氣按3%～5%控制；將坍落度控制在（70～90）mm，進行比較試驗。最佳砂率選擇試驗結果見表3。

通過對混凝土拌和物坍落度及和易性綜合評定：當水膠比為0.33 時，二級配最佳砂率為37%，三級配最佳砂率為29%。

（3）外加劑摻量選擇。在混凝土中使用硅粉，如不摻減水劑，想保持相同的動度，則必然要增加用水量，水灰比增加，摻硅粉混凝土的強度也上不去，這也是過去硅粉未在混凝土中推廣使用的原因之一。硅粉與減水劑聯合使用，特別是與高效減水劑聯合使用，摻用硅粉水灰比不變，用水量不增加，也能達到與未摻硅粉的混凝土具有相同的流動度，硅粉混凝土強度等性能得到大幅度提高。采用江蘇博特生產的高效減水劑JM-PCA，根據廠家推薦摻量，結合外加劑適應性試驗，選擇本工程硅粉混凝土JM-PCA 摻量為1.2%。引氣劑摻量按混凝土含氣量3%～5%確定。

（4）硅粉摻量的選擇。硅粉在混凝土中摻量太少，對混凝土性能改善不大，但是摻量太多，則混凝土太粘，且干縮變形大，抗凍性差，因此，摻硅粉時，應找出最優摻量才能獲得最佳結果。廠家推薦摻量為5%～10%，本次試驗在廠家推薦摻量范圍內，選擇幾個硅粉摻量，5%、7%、9%進行混凝土性能試驗。試驗成果見表4。

試驗結果表明：在水膠比、減水劑不變的情況下，混凝土強度隨硅粉摻量的增加而增加。確定硅粉的最佳摻量時，在滿足設計要求的前提下，考慮到施工易裂的因素，所以我們選硅粉摻量5%為施工推薦摻量。

4.3 硅粉混凝土配合比及性能試驗

改性硅粉混凝土的強度等級為C9050。考慮混凝土設計強度等級、耐久性要求，室內拌制混凝土時選擇0.36、0.33、0.30 三個水膠比，原材料采用兩種中熱42.5 的水泥，粉煤灰摻量為15%，減水劑摻量為1.2%，硅粉摻量為5%，混凝土坍落度按（70～90）mm 控制，含氣量按3%～5%控制。

（1）混凝土拌和物性能試驗。混凝土拌和物性能試驗見表5，試驗結果表明：混凝土拌和物的坍落度、含氣量均滿足設計要求和規范要求。

表3 混凝土最佳砂率選擇試驗結果

表4 硅粉摻量選擇試驗結果

表5 硅粉混凝土拌和物性能試驗結果

（2）混凝土力學性能試驗。硅粉混凝土力學性能試驗見表6，由試驗結果可以看出：二、三級配混凝土抗壓強度及劈拉強度相差不大。

表6 硅粉混凝土力學性能試驗結果

硅粉混凝土抗壓強度與膠水比的關系式見表7。

由混凝土抗壓強度與膠水比線性回歸方程計算水膠比，選定水墊塘C9050 混凝土90 d 水膠比：C9050 二、三級配均取值0.33。

（3）硅粉混凝土抗滲性能試驗。硅粉混凝土抗滲性能試驗結果見表8，由試驗結果表明：硅粉混凝土抗滲等級均滿足設計要求。

（4）硅粉混凝土抗凍性能試驗。硅粉混凝土抗凍性能試驗結果見表9、表10，由試驗結果表明：硅粉混凝土抗凍等級均滿足設計要求。

（5）硅粉混凝土抗沖磨性能試驗。

5 推薦硅粉混凝土配合比

5.1 混凝土配制強度

根據混凝土設計指標，混凝土強度保證率按照《水工混凝土施工規范》DL/T 5144-2001 規定，硅粉混凝土配制強度按以下公式計算：

式中 fcu,0——混凝土配制強度（MPa）；

fcu,k——混凝土設計強度等級（MPa）；

t——概率度系數，依據保證率P 選定；

σ——混凝土強度標準差（MPa）。

保證率和概率度系數見表12，混凝土強度標準差按表13 取值。經計算，混凝土配制強度見表14。

5.2 計算水膠比

根據混凝土試驗成果及回歸關系式，計算滿足設計強度等級要求的水膠比，結合設計要求中耐久性的指標要求，混凝土各強度等級計算水膠比見表15。

5.3 推薦混凝土配合比

根據試驗結果，大崗山水電站水墊塘推薦硅粉混凝土配合比見表16。

表7 硅粉混凝土抗壓強度與膠水比關系式

表8 混凝土抗滲性能試驗結果

表9 混凝土抗凍性能試驗結果

表10 混凝土抗凍性能試驗成果表

6 結語

此次進行大崗山水電站水墊塘混凝土配合比試驗所采用的水泥、粉煤灰、引氣劑等均能滿足相應規程規范的要求；品質檢驗合格。骨料各項指標均滿足《水工混凝土砂石骨料試驗規程》DL/T 5151-2001的標準。混凝土抗壓強度指標均滿足設計要求；混凝土抗凍、抗滲性能指標均能滿足設計要求。硅粉混凝土的攪拌時間應比普通混凝土的延長（0.5～1）min,以便使混凝土拌和得更均勻，防止硅粉在混凝土中成團。混凝土摻用硅粉后，必須加強早期養護，防止混凝土產生塑性收縮裂縫。