嚴寒地區面板混凝土配合比優化選取

中國水利水電第三工程局有限公司 陜西 西安 710024

0 前言

目前,國內大型水電工程大體積混凝土多采用中熱水泥,其主要優點有:水化熱低,放熱速度慢,有利于溫度控制,防止早期水化熱高使混凝土出現裂隙的優點。然而,在設計配合比時為了保證混凝土各項性能指標,通常會在初選配合比的基礎上再增加膠材的用量,防止在施工過程中出現低強或是耐久性不合格現象,這使得膠凝材料用量偏大,同時也增加了施工成本。本文就荒溝抽水蓄能電站面板混凝土配合比進行膠凝材料的微調整,并找出優化方案,以降低水化熱及施工成本。

1 工程概況

荒溝抽水蓄能電站位于黑龍江省牡丹江市海林市三道河子鎮,下水庫利用已建成的蓮花水電站水庫,上水庫為牡丹江支流三道河子右岸的山間洼地。站址距牡丹江市145km,距蓮花壩址43km。電站樞紐建筑物主要由主壩、副壩、輸水系統和地下廠房等組成。電站裝機容量1200MW,上水庫總庫容1193．7×104m3。

本工程為Ⅰ等工程,工程規模為大(1)型。主要建筑物中的主壩、副壩、輸水系統、地下廠房、主變洞、母線洞、出線洞、廠房交通洞、廠房通風洞、地面副廠房及地面開關站等均為1級建筑物;次要建筑物如生產生活區及一般擋墻等均為三級建筑物。上水庫主壩、副壩及進/出水口的校核洪水標準為1000年一遇,設計洪水標準為200年一遇。

三道河子流域夏季濕熱多雨,冬季漫長嚴寒。根據牡丹江市歷年氣象資料統計,多年平均氣溫3．2℃,最高氣溫37．5℃,最低氣溫－45．2℃,晝夜溫差大。多年平均風速2．6m/s,最大風速24m/s(相應風向為WNW)。

2 優化原因

該工程處于嚴寒地區,根據施工部位的設計要求,混凝土面板堆石壩混凝土面板強度等級設計采用C35F90400W10。其中:水泥采用撫順“渾河”牌P．MH42．5水泥,外加劑采用江蘇蘇博特PCA－I高性能減水劑和GYQ－III型引氣劑,粉煤灰采用F類I級灰,為補償混凝土的收縮添加了氧化鎂,采用天然砂及機制碎石,為改善界面過渡區的微結構同時減少泌水添加了硅粉,為了有效阻止早期混凝土面板裂縫的產生采用了聚丙烯纖維,為減少拌和樓稱量系統的誤差,將引氣劑進行了稀釋;以上原材料所檢測項目均滿足現行規范要求。

以此配合比澆筑面板混凝土試驗段,驗證此配合比。檢測結果為28天齡期抗壓強度48．9MPa,90天齡期凍融質量損失1．6%,相對動彈模72．8%,抗拉強度3．0MPa,抗滲≥W10,各項性能均滿足設計指標。檢測結果表明此配合比各材料用量仍有富余,有優化的空間。

3 優化方案

根據施工過程中混凝土的各項拌合物性能檢測指標和物理性能檢測指標,配合比優化分四個方案步驟進行,以編號PB－01為基準,每個方案調整的各種材料用量見下表。

優化方案一是編號PB－02中去除了硅粉,提高了用水量,同時提高粉煤灰的摻量至20%,砂率不變,膠材總量不變,外加劑及摻和料用量不變;

優化方案二是編號PB－03中降低水泥的用量,砂率保持不變,外加劑及摻和料的用量不變;

優化方案三是編號PB－04中降低了水泥用量,砂率調整為37%,調整引氣劑摻量至1．1%;

優化方案四是編號PB－05中調整引氣劑摻量至1．2%,調整水膠比至0．38,各類摻和料的摻量不變。

調整情況見下表1:

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調整后的配合比各材料用量如下表2:

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4 試驗結果

根據《水工混凝土配合比設計規程》DL/T 5330－2015有關規定,確定相應混凝土配合比的配制強度[1],按式fcu,0＝fcu,k＋1．645?σ確定配制強度為42．4MPa。經過試配,并標養至設計齡期后,進行抗壓、抗滲及凍融性能檢測,檢測結果分析如下:

(1)PB－02:在保持膠材總量不變的情況下,將硅粉用粉煤灰替代,含氣量2．2%,不符合規范要求,和易性差,有泌水;凍融結果僅達到F250,達不到設計要求。可見硅粉在此配合比影響較大,故不能取消硅粉進行優化。

(2)PB－03:水灰比由0．32調整為0．33,其它材料未調整,其拌和物和易性好,相比基準配合比,含氣量有所增加,這對凍融是有利的,檢測結果表明:此配比的抗壓、抗凍、抗滲均滿足設計要求。

(3)PB－04:水灰比由0．32調整為0．36,其它材料未調整。混凝土物理性能檢測結果表明:此配比的抗壓、抗凍、抗滲均滿足設計要求,但是由于PB－04中膠凝材料的大量減少,抗壓強度沒有富余度,坍落度超出設計指標要求。

(4)PB－05:調整了用水量及引氣劑的摻量,坍落度及含氣量均超過了設計要求,其抗壓強度達不到配制要求,故不再進行抗滲及凍融試驗。

5 結語

從四個優化方案的檢測結果整理分析得知,編號PB－03優化方案每方節約13kg膠材用量,既滿足設計各項指標要求,也滿足施工要求。試驗結果也表明施工中不能單純的為了經濟效益而對膠凝材料進行大幅度的調整,還要控制好原材料的質量、拌和樓稱量系統的精度要合格,畢竟工程質量是最重要的,確保施工質量是最終的要求。