大崗山水電站尾水隧洞頂拱混凝土配合比研究

侯 建 軍, 劉 莉 萍, 陸 威

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611730)

1 概 述

大崗山水電站位于四川省雅安市石棉縣挖角鄉(xiāng)境內(nèi)的大渡河中游上段，裝機(jī)容量為2 600 MW(4×650 MW)[1]。由中國(guó)水電七局承建該電站的引水發(fā)電系統(tǒng)。

2011年下半年，作為整個(gè)電站核心組成部分的2號(hào)尾水隧洞進(jìn)入混凝土全面襯砌階段。但在前幾倉澆筑后的混凝土表面不同程度地出現(xiàn)了水波紋現(xiàn)象，引起技術(shù)人員的重視。

大量工程經(jīng)驗(yàn)及資料表明：水波紋的形成主要是由混凝土的泌水引起。而造成混凝土泌水的原因多種多樣[2～4]。項(xiàng)目部所屬工地試驗(yàn)室對(duì)澆筑用混凝土進(jìn)行了取樣試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：取樣成型后約1 h左右混凝土試件表面開始泌水，且泌水量較大，混凝土存在滯后泌水現(xiàn)象。為解決這一問題，試驗(yàn)室技術(shù)人員對(duì)混凝土配合比及原材料方面進(jìn)行了分析。闡述了對(duì)大崗山水電站尾水隧洞頂拱混凝土配合比進(jìn)行研究的過程。

頂拱混凝土使用的原材料：

(1)水泥采用四川皓宇水泥有限公司生產(chǎn)的峨塔P·O42.5水泥。

(2)粉煤灰采用四川宜賓元亨集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的元亨Ⅱ級(jí)粉煤灰。

(3)骨料采用大崗山水電站廠房回采骨料，巖性為花崗巖。

(4)減水劑、引氣劑為山西凱迪建材有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。

(5)拌和用水為大崗山水廠生產(chǎn)的施工用水。

2 原因分析及解決方案的確定

2.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

澆筑用C20W6F50泵送(設(shè)計(jì)坍落度為16～18 cm)混凝土骨料經(jīng)監(jiān)理工程師批復(fù)采用大崗山水電站廠房回采料。尾水隧洞邊頂拱混凝土施工配合比見表1，每m3混凝土材料用量見表2。

表1 尾水隧洞邊頂拱混凝土施工配合比表

表2 每m3混凝土材料用量表 /kg·m-3

2.2 采用現(xiàn)場(chǎng)原材料對(duì)配合比進(jìn)行復(fù)核

經(jīng)核實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)用原材料與原報(bào)批配合比一致，試驗(yàn)室采用現(xiàn)場(chǎng)用各種原材料對(duì)2號(hào)尾水隧洞邊頂拱所報(bào)批的配合比進(jìn)行了復(fù)核。C20W6F50混凝土配合比復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 C20W6F50混凝土配合比復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果表

復(fù)核配合比所用的原材料均已經(jīng)過檢驗(yàn)，各種原材料檢測(cè)結(jié)果滿足相關(guān)技術(shù)要求。但從混凝土配合比復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果看：大約在混凝土靜置30 min后出現(xiàn)泌水且泌水率達(dá)到19.22%，混凝土表面出現(xiàn)水波紋現(xiàn)象，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

考慮到骨料級(jí)配和含石粉量的影響，在與其他參建單位進(jìn)行探討后，試驗(yàn)室決定采用更大石粉含量的骨料對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用配合比進(jìn)行復(fù)核試驗(yàn)。

2.3 采用棱子壩骨料替代廠房回采骨料進(jìn)行配合比復(fù)核試驗(yàn)

針對(duì)上述問題，經(jīng)試驗(yàn)室全體技術(shù)人員討論后決定：在保持其他原材料不變的情況下，采用棱子壩骨料替代廠房回采骨料進(jìn)行配合比復(fù)核試驗(yàn)，C20W6F50混凝土配合比復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 C20W6F50混凝土配合比復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果(棱子壩骨料)表

在保證混凝土含氣量變化不大、坍落度滿足要求的情況下，經(jīng)與大崗山水電站廠房回采骨料相比，采用棱子壩骨料的混凝土泌水率從19.22%降至3.88%且混凝土不發(fā)黏、砂率適中、和易性好，該配合比完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，同時(shí)混凝土表面水波紋現(xiàn)象消失。

2.4 滯后泌水原因分析

從兩次復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果看：滯后泌水的主要原因在于骨料不同。從兩種骨料的檢測(cè)結(jié)果看，最大的區(qū)別在于兩種細(xì)骨料的石粉含量指標(biāo)存在一定的差異。兩種細(xì)骨料檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況見表5。

表5 細(xì)骨料檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

從以上篩分結(jié)果的比對(duì)情況可以看出：棱子壩砂石粉含量較廠房回采砂石粉含量高3.7%。考慮到砂中的石粉含量對(duì)混凝土拌和物保水性的影響，初步確定：砂中的石粉含量偏低是引起混凝土滯后泌水的主要原因。

2.5 結(jié)論驗(yàn)證

針對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)室采取人工調(diào)整原骨料石粉含量的方式對(duì)廠房回采砂進(jìn)行了復(fù)配，復(fù)配后的廠房回采砂篩分結(jié)果見表6。廠房骨料中的石粉含量增加至13.6%，與棱子壩骨料中的石粉含量相當(dāng)，且骨料的細(xì)度模數(shù)和顆粒級(jí)配也與棱子壩骨料相當(dāng)。

表6 復(fù)配后的廠房回采砂篩分結(jié)果表

試驗(yàn)室對(duì)采用上述方式調(diào)整后的人工砂的混凝土配合比再次進(jìn)行了復(fù)核試驗(yàn)，C20W6F50混凝土配合比復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果(復(fù)配后廠房回采砂)見表7。試驗(yàn)結(jié)果表明：廠房人工砂的細(xì)度模數(shù)及石粉含量增加至13.6%，對(duì)混凝土滯后泌水現(xiàn)象具有較明顯的改觀，泌水率僅為4.25%，降低了78%，用此配合比澆筑的頂拱混凝土未出現(xiàn)水波紋現(xiàn)象，且施工和易性較好。

表7 C20W6F50混凝土配合比復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果(復(fù)配后廠房回采砂)表

2.6 解決方案的確定

鑒于大崗山水電站引水發(fā)電系統(tǒng)招標(biāo)文件中規(guī)定該標(biāo)所需的砂石骨料均由廠房人工骨料加工系統(tǒng)供應(yīng)，但砂中石粉含量的調(diào)整過程較為緩慢。為及時(shí)解決這一問題，確保工程質(zhì)量，結(jié)合其他工程經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)室提出了采用粉煤灰替代砂的技術(shù)方案，即在保持配合比其他參數(shù)不變的情況下，下調(diào)1%的砂率，采用粉煤灰替代砂分別為2%、3%、4%進(jìn)行室內(nèi)混凝土拌制試驗(yàn)。粉煤灰代砂方案試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 粉煤灰代砂方案試驗(yàn)結(jié)果表

由表8可以看出：隨著粉煤灰替代砂量的增加，混凝土泌水率降低，且混凝土和易性較好。尤其是當(dāng)其摻量大于4%時(shí)，泌水率僅為1.81%，與2%、3%粉煤灰替代砂相比，泌水率分別降低了38%、46%。其原因主要是由于在水泥水化過程中粉煤灰的一部分起到了石粉效果，另一部分則充當(dāng)了膠材，吸附了更多水分子，抑制了水上浮；此外，粉煤灰呈球狀、表面光滑[5]，與水泥和石粉相比，具有更好的流動(dòng)性，因此混凝土流動(dòng)狀態(tài)好。

考慮到混凝土的經(jīng)濟(jì)性，增加1%的粉煤灰每m3混凝土的成本增加1.6元；在將經(jīng)濟(jì)性與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果結(jié)合后，最終決定采用下調(diào)1%砂率、采用粉煤灰代砂2%及下調(diào)1%砂率、采用粉煤灰代砂3%兩個(gè)方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑。

3 最終確定的配合比

采用下調(diào)1%砂率、用粉煤灰代砂2%的配合比澆筑振搗后，減輕了倉號(hào)混凝土的滯后泌水現(xiàn)象，消除了倉號(hào)表面的灰黑色粉塵。澆筑完畢的混凝土外觀有了較大的改善。

采用下調(diào)1%砂率、用粉煤灰代砂3%的配合比澆筑振搗后，倉號(hào)混凝土無滯后泌水現(xiàn)象，澆筑完畢的混凝土表面光潔度較好、平整，無水波紋現(xiàn)象出現(xiàn)。

該倉號(hào)混凝土澆筑完畢，項(xiàng)目部最終決定2號(hào)尾水隧洞的混凝土澆筑均采用下調(diào)1%砂率、用粉煤灰代砂3%的方案。調(diào)整后的尾水隧洞邊頂拱混凝土施工配合比見表9。每m3混凝土材料用量情況見表10。

表9 調(diào)整后的尾水隧洞邊頂拱混凝土施工配合比表

表10 每m3混凝土材料用量表 /kg·m-3

4 結(jié) 語

該工程通過采用下調(diào)1%砂率、用粉煤灰代砂3%的配合比方案施工，使混凝土泌水率從19.22%降至3.94%，成功解決了頂拱混凝土出現(xiàn)的水波紋現(xiàn)象。實(shí)際工程案例說明：頂拱混凝土的澆筑一定要重視骨料中的石粉含量。在工程準(zhǔn)備期應(yīng)提前考慮原材料品質(zhì)是否會(huì)影響到混凝土的質(zhì)量。

該工程采用的粉煤灰代砂方案從經(jīng)濟(jì)成本的角度出發(fā)，無疑是提高了混凝土單價(jià)，但在無法改變?cè)牧犀F(xiàn)狀的情況下，其確實(shí)是一種改善混凝土澆筑質(zhì)量的有效途徑。