周寧抽水蓄能電站碾壓混凝土最佳石粉的確定

陳平華

(中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350003)

1 工程概況及試驗背景

周寧抽水蓄能電站地址為福建寧德周寧縣七步鎮內，電站裝機容量1 200 MW(4×300 MW)，樞紐工程的組成部分包括上水庫、輸水系統、地下廠房系統、地面開關站、下水庫等。本標段的主要工程項目有下水庫大壩、下水庫水墊塘、下水庫庫岸防護、左岸上壩隧洞、左岸繞壩隧洞、下庫右岸上壩公路、下庫導流隧洞、預埋件工程、安全監測土建工程、環境保護以及水土保持工程等。

壩頂布置：左岸1#～4#為擋水壩段，壩頂寬度9.0 m。5#、7#壩段為泄洪底孔壩段，壩頂寬度29 m，上游懸出壩面4 m，下游懸出壩面5 m。6#壩段為溢流表孔壩段，壩頂寬度34.5 m(閘墩前沿懸出壩面4.5 m)，中墩、邊墩均厚3 m，布置表孔平板檢修門和工作弧門，由一臺門機控制檢修門，門機跨度7.4 m，上游軌道位于壩軸線上游0.8 m。溢流壩頂布置9.0 m寬壩頂交通橋，通過交通橋與左、右岸擋水壩段壩頂貫通。8#擋水壩段考慮儲門槽，壩頂寬度13.5 m，懸出上游壩面4.5 m。右岸9#～11#壩段為擋水壩段，壩頂寬度9.0 m。壩頂交通：由左岸上壩隧洞接左岸繞壩隧洞，可供進出。

上游防滲型式：采用二級配碾壓混凝土，上游二級配RCC強度等級為R90C25W8F100，高程260.00 m以下防滲層厚度為4.5 m，高程260.00 m以上為3.0 m，上游面1.0 m為變態混凝土C9025W8F100。

下水庫大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程306.0 m，最低建基面高程198.0 m，最大壩高108.0 m。混凝土工程量一共65.73萬m3左右，其中碾壓混凝土39.55萬m3左右，其他混凝土26.18萬m3左右。工程自2017年2月底開始至2022年12月31日結束，工程合同總工期71個月，其中施工工期為57個月。

《水工碾壓混凝土施工規范》(DL/T 5112—2009)第5.5款骨料中規定：砂料應質地堅硬，級配良好。人工砂的細度模數以2.2～2.9比較適合。人工砂的石粉(d≤0.16 mm顆粒)含量最好為12%～22%，其中d≤0.08 mm的微粒含量應超過5%。《周寧抽水蓄能電站碾壓混凝土重力壩施工技術要求》規定：細骨料的細度模數應控制在2.4～2.8，石粉含量16%～18%。設計要求石粉含量范圍較窄，實際砂石骨料生產很難滿足要求。結合類似工程施工經驗，同類混凝土大壩工程石粉含量在16%～20%較為適宜。在征得工程建設單位同意后，項目試驗室在現場進行了碾壓混凝土人工砂最佳石粉含量試驗。

2 碾壓混凝土原材料

1)水泥：選擇的是福建永安建福水泥有限公司生產的“建福”牌P·O42.5水泥，經過檢測發現物理、力學、化學和熱學等指標均符合規范。

2)粉煤灰：選擇的是福建大唐同舟益材環保科技有限公司寧德分公司生產的F類Ⅱ級粉煤灰，經過檢測可知其各項指標均滿足要求，可用于實際工程建設中。

3)細骨料：本工程采用的細骨料為水電十六局砂石料標生產的花崗巖碎石人工砂(原樣石)，人工砂細度模數FM為2.71，石粉含量為17.7%，其余指標均符合要求；經水洗人工砂石粉8.6%，試驗過程人工砂石粉采用外摻。

4)粗骨料：本工程采用的粗骨料為水電十四局砂石料標生產的花崗巖碎石，粒徑分別為5～20、20～40、40～80 mm，經檢驗，這三種骨料的顆粒級配符合要求，中徑篩篩余處在40%～70%，其余各項指標均符合要求。

5)外加劑：選擇的是石家莊市長安育才建材有限公司生產的GK-4A萘系緩凝高效減水劑(粉劑)和GK-9A引氣劑(膏狀)，經檢驗其各項指標符合要求，且與膠凝材料均有較好的相容性。

6)水：碾壓混凝土混凝土拌和用水符合要求。

3 試驗采用的碾壓混凝土配合比

本次碾壓混凝土最佳石粉試驗的參照配合比采用公司中心實驗室確定的配合比，控制碾壓混凝土水膠比不變，根據人工砂不同的石粉摻量以及相應的拌合物VC值情況微調用水量。碾壓混凝土中人工砂最佳石粉含量試驗的配合比如表1所示。

表1 碾壓混凝土最佳石粉含量試驗的配合比

4 試驗檢測結果

4.1 石粉含量對人工砂細度模數的影響

人工砂中石粉含量(d≤0.16 mm顆粒)大小對砂的細度模數F.M影響較大，也直接影響砂率的確定和碾壓混凝土的各項性能[1]。人工砂中石粉含量增加1%，細度模數減少約0.03。《周寧抽水蓄能電站碾壓混凝土重力壩施工技術要求》規定：用于碾壓混凝土的人工砂細度模數應控制在2.4～2.8。

4.2 人工砂石粉含量對碾壓混凝土拌合物性能的影響

根據表1進行試驗，得出的試驗結果見表2。

表2 試驗結果

從表2可得以下結論。

1)人工砂石粉含量對碾壓混凝土拌合物VC值的影響。相同用水量和引氣劑摻量時，隨著人工砂中石粉含量的增加，同質量的人工砂比表面積相應增大，碾壓混凝土的VC值也逐漸增大，人工砂每增加1%的石粉含量，碾壓混凝土的VC值相應增加1.0 s。

2)人工砂石粉含量對碾壓混凝土拌合物含氣量的影響。相同用水量和引氣劑摻量時，隨著人工砂中石粉含量的增加，由于石粉吸附作用，碾壓混凝土的含氣量也逐漸減小，人工砂每增加1%的石粉含量，碾壓混凝土的含氣量相應減小約0.7%。

3)從碾壓混凝土拌合物的泛漿效果、VC值和含氣量綜合考慮，ZNSF-03、ZNSF-03-1、ZNSF-06、ZNSF-08配合比皆可滿足施工要求。即人工砂石粉含量在16%～20%比較合適。

4.3 人工砂石粉含量對碾壓混凝土硬化物抗壓強度的影響

得出的具體試驗結果見表3。

表3 試驗結果

由表3可以得出以下結論。

1)在相同用水量及引氣劑摻量下，碾壓混凝土的抗壓強度隨著石粉含量的增加而逐漸增大，由此可以看出，人工砂石粉含量的增加對于混凝土強度有一定的提高作用。但隨著人工砂中石粉含量的增加，碾壓混凝土的VC值也逐漸增大，當VC值較大時，對現場碾壓混凝土的施工和層間結合不利[2]。

2)隨著碾壓混凝土含氣量增加，混凝土抗壓強度下降顯著。所以，不僅需要滿足碾壓混凝土耐久性，而且應管控好混凝土的含氣量[3]。

5 結束語

根據周寧抽水蓄能電站已定的細骨料，結合以往類似工程經驗和工程的實際情況，項目部通過開展碾壓混凝土的不同石粉含量的用水量、拌合物性能、力學性能等指標綜合試驗比較，確定人工砂的最佳石粉含量為16%～20%，混凝土的含氣量控制在3%～5%比較合適。

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