東江水利樞紐工程C20混凝土配合比試驗設計

翟偉寶

1 工程概況

廣東惠州東江水利樞紐工程位于東江下游惠城區河段的泗湄洲處,上距惠州市惠城區約9.4 km,下距博羅水文站2.8 km。壩址以上控制集雨面積25 325 km2,河寬約480 m,是以改善水環境、發電,兼顧航運,并具改善城市供水和農田灌溉條件,發展旅游等多項綜合利用效益而興建的水利樞紐工程,是惠州市整治和發展“兩江四岸”的配套工程項目。建成后將產生7大效益:改善灌溉條件效益;改善供水條件效益;房地產增值效益;旅游效益;拉動惠州市經濟增長效益;航運效益;發電效益。工程屬Ⅰ等,工程規模為大(1)型。本工程所在地的地震基本烈度為6度,采用設計烈度為6度。

電站為低水頭河床式電站,設計水頭7.1 m。最低工作水頭4.94 m,最大工作水頭10.21 m。發電流量1 043 m3/s(開始),平均水頭為7.58 m。機組型號為GZ1250A-WP-590型貫流式燈泡機組,單機額定容量1.15萬kW,總裝機容量為4×1.15萬 kW。多年平均發電量26 709萬kWh。樞紐建筑物主要由攔河水閘、河床式廠房、船閘、擋水壩段及庫區兩岸防護工程等組成。壩軸線總長約820 m,壩頂高程17.3 m。設計總工期為3年,總投資為93 228萬元。該樞紐工程水庫正常蓄水位為▽10.5 m,相應水庫庫容1.164億m3。攔河水閘設計下泄洪峰流量為10 910 m3/s,校核洪峰流量為13 000 m3/s,設計水位為正常高水位10.5 m。

2 配合比材料試驗

2.1 水泥

選用了5種水泥進行水泥的物理性能試驗,通過對比我們選用了湖南金磊水泥有限責任公司生產的P.C32.5普通硅酸鹽水泥。水泥28 d齡期抗壓強度平均強度值為37.2 MPa,抗折強度平均強度值為7.5 MPa,水化熱低,滿足東江水利樞紐工程施工技術要求。

2.2 粉煤灰

由于大壩混凝土使用的骨料是人工混合骨料,為了減少混凝土用水量,在進行配合比試驗時摻加了二級粉煤灰,粉煤灰選用沙角電廠生產的二級粉煤灰,粉煤灰需水量比為89.6%,細度為16.8%,三氧化硫為1.85%,含水率為0.19%。

2.3 骨料

用于大壩混凝土的骨料采用長樂石料場石料,試驗采用三級配,分別為5 mm～20 mm,20 mm～40 mm,40 mm～80 mm三種級配的骨料組成。其中5 mm～20 mm級配骨料的表觀密度在2 600 kg/m3～2 690 kg/m3之間,吸水率在0.39%～1.43%之間,針片狀含量在1.2%～8.0%之間,壓碎指標為3.9%～11.2%;20 mm～40 mm級配骨料的表觀密度為2 620 kg/m3～2 660 kg/m3,吸水率為0.4%～1.1%,針片狀含量為2.1%～8.4%;40 mm～80 mm級配骨料的表觀密度為2 600 kg/m3～2 680 kg/m3,吸水率為0.3%～0.7%,針片狀含量為0.8%～8.2%。

1)細骨料。試驗用東江砂為細骨料,細度模數為2.60,屬于中砂區,級配合理。其余相應的指標均符合施工技術要求。

2)粗骨料。試驗用混合后粗骨料,按粒徑分為小石5 mm～20 mm,中石20 mm～40 mm,大石40 mm～80 mm,其余相應的指標均符合施工技術要求。

表1 不同組合粗骨料級配混凝土拌合物性能試驗比較結果

3)不同組合粗骨料級配對混凝土拌合物和易性的影響。采用同一配合比,粗骨料總重量不變,相同組合粗骨料級配,兩種骨料不同比例,進行混凝土拌合物性能試驗,來判定不同組合粗骨料對混凝土用水量的影響,配合比參數:水膠比0.52,煤灰摻量30%,砂率30.5%,設計坍落度5 cm～7 cm。從不同組合粗骨料級配混凝土拌合物性能試驗比較結果可以看出,在骨料總重不變的前提下,不同組合大石和中石混凝土拌合物影響不大,本次大壩混凝土配合比設計采用骨料混合比例 2.5∶1.5∶1試驗。不同組合粗骨料級配混凝土拌合物性能試驗比較結果見表1。

2.4 外加劑

外加劑的選擇本著在降低混凝土原材料成本的基礎上,保證混凝土符合設計要求,滿足混凝土施工和易性要求,易于振搗、不泌水、有利于溫控等綜合因素考慮,在大型水利工程中使用過且滿足大體積混凝土施工要求。根據業主推薦原材料情況,選定緩凝高效減水劑EP-7,按照GB 8076-1997混凝土外加劑進行摻外加劑混凝土性能試驗。

摻外加劑混凝土性能試驗,試驗項目主要包括減水率、含氣量、凝結時間差、抗壓強度比等性能指標,緩凝高效減水劑EP-7摻量按1.4%,1.5%和1.6%試驗。通過試驗結果比較,緩凝高效減水劑 EP-7摻量在1.5%時,減水率 10.2%,28 d抗壓強度比125%;其余各項摻外加劑混凝土性能指標均滿足規范要求。

3 混凝土配合比設計

3.1 混凝土抗壓強度與水膠比和粉煤灰摻量的關系

根據東江水利樞紐工程常規混凝土設計指標,水膠比為0.52,0.54,粉煤灰摻量選擇范圍為20%,25%,30%,提供7 d,28 d齡期的混凝土抗壓強度與水膠比和粉煤灰摻量的關系試驗。選用湖南金磊水泥有限責任公司生產的P.C32.5普通硅酸鹽水泥,沙角電廠生產的二級粉煤灰、東江砂及緩凝高效減水劑EP-7進行試驗,采用最優砂率和最佳級配,三級配設計坍落度5 cm～7 cm?；炷量箟簭姸扰c水膠比(W/C+F)和粉煤灰摻量用二元回歸方程計算,結果可以看出,對于不同水膠比和粉煤灰摻量條件下,混凝土抗壓強度與水膠比和粉煤灰摻量都有較好的相關性。

3.2 混凝土配合比試驗研究

混凝土拌合物的各組成材料按一定比列配料,應達到質量均勻、不泌水、不離析的要求,以便更好的保證施工質量。采用 100 L自落式攪拌機拌和,每次拌合量按攪拌機容量的20%～80%,試驗嚴格按照DL/T 5150-2001水工混凝土試驗規程的相關規程進行。施工配合比應用過程中各項原材料的相融較好,能夠滿足混凝土拌合物各項技術指標,混凝土強度滿足技術要求,混凝土配合比滿足設計和現場施工工藝要求。施工配合比見表2。

表2 施工配合比的設計參數及抗壓結果

4 結語

目前,推薦使用的施工混凝土配合比已在東江水利樞紐工程應用,從出機口混凝土拌合物和易性及現場施工情況來看,混凝土強度和各項拌合物性能均滿足技術要求,表明該配合比具有較高的可行性。