白鶴灘水電站大壩混凝土配合比粗骨料級配調(diào)整試驗研究與應(yīng)用

李全意 曹大瓊 金強 李梓濃 許潘艷

中國水利水電第四工程局有限公司 青海西寧 810007

1 工程概況

白鶴灘水電站是長江開發(fā)治理的控制性工程，工程以發(fā)電為主，兼顧防洪，并有攔沙、發(fā)展庫區(qū)航運和改善下游通航條件等綜合利用功能，是西電東送骨干電源點之一。

白鶴灘水電站大壩混凝土雙曲拱壩最大壩高289m，壩體混凝土方量約895.4m3，計及加工、運輸與堆存損耗后共需人工骨料約940.2 萬m3，其中粗骨料625.7 萬m3，細骨料314.5 萬m3。自大壩混凝土開澆以來，旱谷地砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)過逐步調(diào)試和試生產(chǎn)，成品骨料品質(zhì)逐漸趨于穩(wěn)定，旱谷地料場6 月至8 月各級配骨料生產(chǎn)比例為特大石：大石：中石：小石=32：27：23：18。

目前料場骨料比例基本接近特大石：大石：中石：小石為30:30:20:20 比例要求。但實際生產(chǎn)的特大石和大石出現(xiàn)的遜徑及從料場運往拌和系統(tǒng)過程中骨料跌落破碎，導(dǎo)致特大石遜徑量進一步增加，進而特大石的實際需求量進一步提高，表1 為旱谷地骨料生產(chǎn)及供應(yīng)情況。為了解決特大石不足及骨料生產(chǎn)不平衡導(dǎo)致棄料等問題，本次試驗通過開展不同骨料級配大壩混凝土性能的影響檢測，研究骨料級配對現(xiàn)有大壩混凝土出機狀態(tài)、使用性能、早期強度的影響程度，進而提出降低特大石和大石比例在技術(shù)上的可行性，為工程應(yīng)用提供科學(xué)的試驗支撐數(shù)據(jù)。

2 技術(shù)路線

選取大壩四級配混凝土配合比C18040F90300W9015，依據(jù)目前旱谷地骨料生產(chǎn)情況和運輸過程中骨料的跌損情況，選擇7 種骨料級配，對7 種級配骨料進行容重和孔隙率試驗，然后保證混凝土拌和物性能的前提下，微調(diào)混凝土配合比參數(shù)，砂率變動范圍不宜超過2%，單位用水量變動范圍不超過3kg/m3，輔助調(diào)整外加劑用量[1]。最后根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，選擇部分配合比進行拌和樓實際生產(chǎn)，確定最終配合比。骨料級配組合主要體現(xiàn)在特大石的比例從30%持續(xù)降低到20%，大石比例基本不變，中小石的比例從20%提升到26%左右。

表1 旱谷地料場骨料生產(chǎn)及供應(yīng)比例

3 原材料

采用本工程使用的嘉華錦屏P·LH42.5 水泥、卓圣及宣威眾合成Ⅰ級粉煤灰、JM-Ⅱ緩凝高效減水劑和GYQ-Ⅰ引氣劑、旱谷地料場生產(chǎn)的灰?guī)r粗細骨料。各類原材料的品質(zhì)均滿足規(guī)范要求。

4 配合比參數(shù)

4.1 混凝土施工配合比

目前澆筑大壩的配合比設(shè)計參數(shù)為C18040F90300W9015，混凝土坍落度控制在30mm-50mm，含氣量控制在4.5%-5.5%。

4.2 骨料級配緊密堆積密度及空隙率

圖1 骨料緊密堆積密度試驗過程圖

不同粒徑的粗骨料篩除超、遜徑后進行組合試驗，骨料級配容重及空隙率的選擇試驗結(jié)果見表3。降低特大石含量后，以緊密堆積密度考慮，級配為特大石：大石：中石：小石=25:30:22:23，空隙率比最優(yōu)級配大1.1%。

表2 混凝土配合比

表3 大壩工程混凝骨料級配容重及空隙率試驗結(jié)果

表4 變骨料級配混凝土拌和物性能

表5 變骨料級配混凝土抗壓強度試驗結(jié)果

4.3 混凝土配合比參數(shù)選擇及拌和物性能試驗

根據(jù)目前使用的施工配合比，在滿足拌和物性能指標及和易性要求前提下，合理改變混凝土砂率、單方用水量及外加劑摻量，砂率變動范圍不宜超過2%，單位用水量，變動范圍不超過3kg/m3。變骨料級配混凝土拌和物性能影響結(jié)果見表4。

圖2 混凝土拌和物性能檢測圖（砂率不變）

圖3 混凝土拌和物性能檢測圖（砂率增加）

由表可知，室內(nèi)試驗時，在不改變基準混凝土配合比參數(shù)下，各級骨料比例變量在10%以內(nèi)時，混凝土拌和物性能可以滿足設(shè)計要求；增加1%和1.5%砂率時，需增加0.2/萬引氣劑才能保證混凝土拌和物含氣量滿足設(shè)計要求。砂率增加混凝土出機口狀態(tài)略顯干澀，坍落度檢測過程也得到同樣結(jié)果。砂率進一步增加0.5%，混凝土拌和物性能與增加1%混凝土拌和物性能基本一致[2]。

5 混凝土抗壓強度

表7 混凝土檢測結(jié)果統(tǒng)計表

表8 混凝土強度檢測結(jié)果

變骨料級配混凝土抗壓強度試驗結(jié)果見表5，降低特大石含量，增加小石和中石含量后，濕篩為二級配的混凝土抗壓強度略低于基準混凝土，但所有骨料級配混凝土7d 抗壓強度均大于14.5MPa，28d 抗壓強度均大于29.9MPa，變骨料級配混凝土強度均介于或高于科研單位。

6 生產(chǎn)性試驗

6.1 生產(chǎn)性試驗配合比

根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果進行拌和樓試生產(chǎn)試驗。初步確定的四級配粗骨料調(diào)整后混凝土生產(chǎn)性試驗配合比見表6。引氣劑摻量可根據(jù)原材料品種的不同進行動態(tài)調(diào)整，保證出機混凝土的含氣量控制在4.5%-5.5%范圍。粗骨料級配比例為小石：中石：大石：特大石=23：22：30：25。2017 年10 月16 日，采用初步確定的混凝土配合比在墊座-18 倉進行生產(chǎn)性施工試驗。

6.2 生產(chǎn)性試驗混凝土拌和物性能

通過對拌和樓出機口的混凝土拌和物性能進行抽檢和調(diào)整，保證入倉的混凝土性能滿足設(shè)計要求。設(shè)計指標C18040F90300W9015四級配混凝土拌和物性能檢測結(jié)果統(tǒng)計見表7，出機混凝土的拌和物性能均滿足設(shè)計要求。

6.3 生產(chǎn)性試驗混凝土抗壓強度

墊座-18 倉混凝土生產(chǎn)過程中對設(shè)計指標為C18040F90300W9015 四級配混凝土的兩種微調(diào)配合比在拌和樓分別抽檢混凝土強度試件。混凝土抗壓強度檢測結(jié)果見表8，兩種微調(diào)配比的抗壓強度比較接近，略低于室內(nèi)變骨料級配混凝土抗壓強度。

6.4 倉面振搗及泛漿效果

圖4 變骨料級配混凝土現(xiàn)場平倉和振搗效果

當設(shè)計指標C18040F90300W9015 的四級混凝土在原砂率不變的情況下，只調(diào)整特大石、中石和小石比例，觀察現(xiàn)場混凝土振搗后的泛漿效果。從四級配混凝土整個施工過程來看，因特大石骨料比例相對減少，明顯降低混凝土在卸料、平倉時大骨料易分離和集中的現(xiàn)象[3]。有助于提高混凝土的均勻性。變骨料級配混凝土現(xiàn)場平倉和振搗效果見圖4。

7 小結(jié)

①骨料緊密堆積密度試驗表明，變骨料級配后，骨料緊密堆積密度小于最優(yōu)級配骨料堆積密度，級配為特大石：大石：中石：小石=25:30:22:23 的空隙率比最優(yōu)級配大1.1%。②在不改變混凝土配合比參數(shù)下，在骨料改變比例小于10%內(nèi)，變骨料級配混凝土拌和物性能可以滿足設(shè)計要求，但以拌和物性能和強度綜合分析，當特大石為20%時，用水量宜增加2kg/m3；而增加1%或1.5%砂率后，混凝土拌和物偏澀，引氣劑含量需提高0.2/萬。③濕篩為二級配的混凝土后，變骨料級配混凝土抗壓強度略低于基準混凝土，極差為2.6MPa；增加砂率（1%或1.5%）在一定程度上增加了7d 混凝土抗壓強度；在拌和物性能基本一致的情況下，室內(nèi)7d 和28d 變骨料級配混凝土抗壓強度介于或高于科研單位檢測值。④生產(chǎn)性試驗結(jié)果表明，原四級配混凝土的特大石比例進行減少調(diào)整，可顯著提高混凝土的在施工過程中的抗分離性和均勻性。

8 經(jīng)濟和社會效益

（1）改變混凝土骨料比例后，骨料的實際供應(yīng)比例基本上與生產(chǎn)比例相適應(yīng)，杜絕了骨料棄料，目前測算可減少棄料60 萬方，約90 萬噸，直接節(jié)省費用1800 萬元。

（2）減少了60 萬方棄料的堆存場地，節(jié)約土地資源。

（3）減少超過60 萬方的巖石的開采及產(chǎn)生的浮土、棄渣。并減少加工所產(chǎn)生的廢水、廢渣，減少了對環(huán)境的污染。