某高拱壩圍堰防滲墻混凝土配合比試驗研究

楊 田， 馬 騰

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610021)

某高拱壩圍堰防滲墻混凝土配合比試驗研究

楊 田， 馬 騰

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610021)

試驗結果證明書：在一定范圍內通過增加膨潤土參量、以石粉取代粉煤灰、適當降低混凝土容重等方式在一定程度上可以降低混凝土彈模，并保證其設計強度及抗滲要求。考慮到石粉降低彈模的效果明顯，后期將進一步開展石粉級配和細度波動、摻量等對塑性混凝土性能的影響試驗，論證其應用可行性，為最終確定混凝土配合比提供了試驗方向和總體思路，同時也對類似工程具有一定的參考作用。

土石圍堰；彈性模量；配合比；結果分析

1 工程概況

某水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內，最大壩高155 m，電站為一等工程，工程規模為大(1)型。工程樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物及引水發電系統等組成，擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩。工程采用全斷面圍堰截流，其上、下游圍堰均采用心墻土石圍堰結構形式。上游圍堰最大堰高47 m，下游圍堰最大堰高16 m，圍堰基礎采用塑性混凝土防滲墻防滲。由于樞紐工程工期較長，圍堰使用年限超過4年，因此圍堰工程的安全穩定性直接關系到整個樞紐工程的建設。防滲墻作為圍堰工程的核心組成部分，對其進行前期試驗研究以使其達到設計要求是十分必要的。

2 試驗方法

2.1 彈性模量試驗方法

按照DL/T 5303-2013，彈性模量測試中至少預壓3次，最大預壓應力約為試樣破壞強度的20%，且不超過0.5 MPa，直至相鄰兩次變形值相差不大于0.006 mm為止。應變的標距為整個試件的長度，即300 mm。通過作圖計算20%和40%極限破壞荷載之間的割線模量。該方法與長科院材料結構所在其進行三峽二期圍堰塑性混凝土試驗研究基礎上編制的《塑性混凝土性能檢測作業指導書》[3]很接近。錦屏水電工程在進行塑性混凝土彈性模量檢測時[4]，不進行預壓，應變的標距為整個試件的長度，加荷速率為1kN/s，記錄塑性混凝土的應力應變曲線，通過作圖計算初始切線模量E0。

本次配合比試驗中，在不同階段采用不同的彈性模量測試方法：

第一階段(后文配合比編號13-22)：采用圓柱體試件按照DL/T 5303-2013試驗，預壓2～3次到0.5 MPa。

第二階段(后文配合比編號24-29)：除了改為采用棱柱體試件并將預壓荷載降低到0.22 MPa之外，其他與第一階段相同。

第三階段(后文配合比編號30-45)：與第二階段的區別是不再預壓。

2.2 彈模試件蒸養快速養護試驗方法

為了及時獲得試驗結果，在本次配合比試驗中采用了蒸養快速養護彈模試件、并結合成熟度方法推算等效標養齡期的做法。具體過程如下：混凝土彈模試件成型后先在20±3 ℃下靜置48 h，脫模后，用塑料口袋裝好放置在托盤上。為防止試件在蒸養過程中失水，向塑料口袋里注入溫水淹沒至試件約1/5左右的高度，水溫控制在48 ℃。將塑料袋用寬膠帶封嚴，放入已經把溫度調至48 ℃并恒溫的烘箱里面，在此溫度下恒溫養護9 d。

根據《水工混凝土施工規范》(DL/T 5144-2015)中附錄B，用成熟度法換算標養下的等效齡期。根據表B.0.3中溫度T與等效系數αT關系表，養護溫度控制在48 ℃時，與標準養護(溫度20 ℃)的換算系數為2.97，據此可以計算出試件靜置2 d后再在48 ℃蒸養環境中養護9 d的等效齡期=9×2.97+2=29 d，基本相當于標準養護28 d的效果。

3 配合比試驗

3.1 第一階段試驗

試驗方案：一級配比，砂率68%，坍落度按210 mm±10 mm、含氣量按6%±1%控制，摻減水劑和引氣劑。通過調整粉煤灰、膨潤土摻量以及水膠比，組成6個試驗組合，分別進行混凝土拌和物及硬化混凝土性能檢測。為改善混凝土粉體級配，減少摻粉煤灰對混凝土后期彈模的影響，進一步降低混凝土彈性模量，利用現場資源，在原試驗方案的基礎上增加了3組石粉取代粉煤灰的試驗組合。第一階段配合比參數見表1，試驗結果見表2：

表1 第一階段配合比參數表

備注：F-粉煤灰、P-膨潤土、SP-石粉、W-水、C-水泥、S-砂、G-小石

表2 第一階段試驗結果表

3.2 第二階段試驗

第二階段試驗主要的技術手段是進一步提高砂率和膨潤土用量，適當控制粉煤灰摻量。

試驗方案：一級配比，砂率85%，粉煤灰摻15%，膨潤土摻30%，摻減水劑和引氣劑，擴散度按600 mm±50 mm、含氣量按6%±1%控制。考慮到石粉對降低彈模的貢獻，本次試驗還安排了一組摻石粉的系列組合，將砂率由第一階段試驗的68%提高到80%。第二階段配合比參數見表3，試驗結果見表4：

3.3 第三階段試驗

試驗方案：進一步增加膨潤土摻量，膨潤土用量在140 kg/m3至160 kg/m3；增加混凝土含氣量，使含氣量控制在10%至15%；使用天然河砂代替人工砂。第三階段配合比參數見表5、試驗結果見表6：

表3 第二階段試驗配合比參數表

備注：F-粉煤灰、P-膨潤土、SP-石粉、W-水、C-水泥、S-砂、G-小石

表4 第二階段試驗結果表

表5 第三階段試驗配合比參數表

備注：F-粉煤灰、P-膨潤土、SP-石粉、W-水、C-水泥、S-砂、G-小石

表6 第三階段試驗結果表

備注：1、WYH-41混凝土初凝24 h50 min，終凝42 h10 min；2、WYH-44-1、 WYH-44、WYH-45細骨料為天然河砂，試驗齡期約15 d。

4 試驗結果分析

4.1 第一階段實驗結果分析

(1)在既定配合比參數下，不同試驗組合的混凝土拌和物和易性良好，檢測坍落度(經時損失)、含氣量滿足設計要求；

(2)混凝土抗壓彈性模量較高，編號WYH-21(軸壓4.4 MPa)彈模值最低，實測2 200 MPa，大于設計值(1 750 MPa)，不滿足設計要求。

(3)固定水膠比(0.75)和摻合材總量，膨潤土由20%、25%增加到30%，抗壓強度隨之降低，相應彈模亦降低，彈強比分別下降5%、10%左右。這表明在該摻量范圍膨潤土增加對降低彈模有一定的作用。

(4)在配合比基本參數不變時，石粉取代粉煤灰，混凝土抗壓強度相應降低；在混凝土同強度條件下，摻石粉較摻粉煤灰混凝土水膠比小0.10左右，但前者抗壓彈模較低，平均降低彈模25%，降彈效果明顯。

4.2 第二階段實驗結果分析

(1)試驗編號WYH-24配合比參數與烏東德、錦屏一級水電站基本一致，實測抗壓強度(5.8 MPa)接近配制強度(5.3 MPa)，但彈模2 210 MPa大于設計值。

(2)在混凝土抗壓強度相同時，摻石粉混凝土在膨潤土和砂率分別減少5%的情況下，其抗壓彈模與不摻石粉的試驗組合基本相當。

(3)試驗編號為WYH-28的混凝土(軸壓4.2 MPa、滲透系數2.57×10-8)彈模實 測 值

1 760 MPa，接近設計彈模值。

4.3 第三階段實驗結果分析

(1)在既定配合比參數下，不同試驗組合的混凝土拌和物和易性良好，實測坍落度、含氣量、凝結時間、容重滿足設計要求。

(2)在配合比基本參數不變的條件下，混凝土容重由1 910 kg/m3，降至1 850 kg/m3、1 810 kg/m3，混凝土抗壓強度呈下降趨勢，分別下降19.1%和22.4%，彈模則相應分別下降了13.2%和37.2%，彈強比亦呈下降勢態。這表明提高混凝土含氣量，降低混凝土容重，對降低混凝土彈模是有效的。

(3)試驗編號WYH-42混凝土彈強比最小(391)，按該配合比方案配制混凝土，則計算抗壓彈模為1 654 MPa，滿足設計要求。

(4)摻天然砂系列因試驗齡期較短，混凝土強度較低，僅從彈強比試驗結果看，使用天然砂較人工砂還看不出優勢，試驗結果還需進一步論證。

5 結 語

本次試驗為階段性探索試驗，針對本工程圍堰防滲墻塑性混凝土低強低彈的特點，在保證混凝土強度及抗滲性能的基礎上，通過多種配合比試驗盡量降低混凝土抗壓彈性模量，保證塑性混凝土具有較好的適應土石圍堰變形的能力。從試驗結果可以看出：在一定范圍內通過增加膨潤土參量、以石粉取代粉煤灰、適當降低混凝土容重等方式在一定程度上可以降低混凝土彈模，并保證其設計強度及抗滲要求。考慮到石粉降低彈模的效果明顯，后期將進一步開展石粉級配和細度波動、摻量等對塑性混凝土性能的影響試驗，論證其應用可行性，為最終確定混凝土配合比提供了試驗方向和總體思路，同時也對類似工程具有一定的參考作用。

[1] 高鐘璞, 安致文, 王國民. 小浪底水利樞紐上游圍堰塑性混凝土防滲墻的施工[J]. 水力發電, 1994, (3):10-12。

[2] 陳武林. 塑性混凝土及其在三峽工程二期圍堰防滲墻的應用研究綜述[J]. 中國三峽建設, 1996, 3(7):20-21。

[3] 長江水利委員會長江科學院. 塑性混凝土性能檢測作業指導書[M], YRSRI-WP-04-14-1999, 1999, 6p。

[4] 錦屏水電工程試驗檢測中心. 錦屏水利水電樞紐工程圍堰防滲墻塑性混凝土配合比試驗研究報告(28d成果報告)(JP2006-11-02)[R]. 2006年11月17日。

(責任編輯：卓政昌)

2017-02-25

TV642.4；TU473.5；TV543+.82

B

1001-2184(2017)02-0136-04

楊 田(1988-)，男，四川達州人，四川大學水工結構碩士，工程師，主要從事水電工程項目管理工作；

馬 騰(1990-)，男，河南夏邑人，武漢大學水工結構碩士，工程師，主要從事水電工程項目管理工作.