西龍池電站修復用無收縮自流平混凝土配合比試驗

何先治， 趙小東，李向東，吳紫娟

（1.中國水利水電第三工程局有限公司，山西 五臺 035503；2.浙江華東工程咨詢有限公司西龍池監理中心，山西 五臺 035503）

1 問題的提出

西龍池抽水蓄能電站廠房為地下式，裝機容量1 200 MW，安裝4臺300 MW混流可逆式蓄能機組，額定水頭640 m。

機墩采用圓筒式混凝土結構，底部固結在水輪機層蝸殼外包大體積混凝土上，上部與風罩連接，圓筒內徑6 800 mm，外徑12 600 mm，機墩壁厚2 900 mm，機墩設一寬1.5 m的基坑通道，機墩混凝土設計標號為C25F50。定子基礎位于圓筒式機墩的頂部，在機墩731.250 m高程環向均勻布置6個基礎埋件，每個埋件由4個預埋螺栓固定于機墩混凝土內，每個基礎埋件處均預留一個2.1 m×1.4 m×0.65 m的二期槽，預埋件安裝完成后再采用M60無收縮自流平灌漿材料進行灌漿回填。

2009年10月16日，1、2號機組一管雙機甩負荷調試試驗中，由于機組設備設計制造原因，轉子與定子發生嚴重碰撞，產生了遠遠超出設計標準的巨大作用力，導致定子基礎二期無收縮自流平灌漿材料和部分一期混凝土破壞。經過檢測發現，定子基礎二期混凝土完全破壞，其附近一期混凝土局部表層破壞嚴重，破壞主要集中在鋼筋保護層，一期混凝土主體結構總體完好。經設計、監理、業主及行業專家專題會議討論研究，決定采用無收縮自流平混凝土進行修復及回填。

無收縮自流平混凝土是利用無收縮自流平灌漿材料 （水泥、砂、外加劑）、石子、水按一定比例配制而成，其流動性、穩定性好，在自重作用下達到密實，具有較強的通過鋼筋間隙的能力，早期強度高。為了保證修復質量，設計下發了1、2號機組定子基礎無收縮自流平混凝土試驗任務書，擬定了3種配合比試驗方案，分別測試其無收縮自流平混凝土的流動度、抗壓強度、混凝土回填密實性及石子分布的均勻性，西龍池施工局試驗室根據試驗任務書要求進行了認真的試驗研究與分析。

2 原材料試驗

2.1 灌漿材料

試驗所用的灌漿材料為SikaGrout 214型無收縮自流平灌漿材料，由業主方提供，生產廠家為廣州達高建材科技有限公司。該材料為混合材料，呈灰色，固化后為砂漿膠結體。試驗依據GB/T 50448—2008《水泥基灌漿材料應用技術規范》和生產廠家的產品技術要求進行，檢測結果滿足規范要求 （見表1）。

表1 SikaGrout214型無收縮自流平灌漿材料檢測結果

2.2 粗骨料

試驗采用的粗骨料為5～10 mm天然卵石，由業主方提供，產地為忻州豆羅。檢測依據JGJ 53—92《普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法》進行，檢測結果滿足標準要求 （見表2）。

表2 粗骨料檢測結果

3 混凝土配合比試驗

3.1 推薦的配合比參數

根據試驗任務書和經監理批復的試驗大綱，利用廠家說明書推薦的配合比參數 （水灰比0．15，SikaGrout214 1 875 kg/m3， 水 283 kg/m3）， 按照灌漿材料與骨料質量比分別為 1∶0．5、 1∶0．2、 1∶0 的比例進行配合比試驗 （骨料為外摻料），參數見表3。

表3 3種配合比設計方案

整個試驗均在標準試驗條件下進行，試驗依據為DL/T 5150—2001《水工混凝土試驗規程》和相關的技術標準，采用人工拌和，3種方案的拌和物性能檢測結果見表4。

表4 混凝土、灌漿材料拌和物性能檢測結果

根據定子基礎無收縮材料施工技術交流專題會議紀要要求，拌和物性能應滿足GB/T 50448—2008中第4．1．1條的要求。以上3種設計方案，按照廠家說明書推薦的用水量試拌結果，初始的流動度、坍落度和坍落擴展度均未達到要求。

3.2 配合比參數調整

西龍池試驗室借鑒在該電站機電安裝工程標中蝸殼陰角回填自密實混凝土配合比設計的成功經驗，結合前期成功進行的1、2號機下機架無收縮自流平灌漿材料的施工工藝，在廠家推薦的用水量的基礎上進行了調整，調整后混凝土、灌漿材料配合比參數見表5。

表5 調整后的混凝土、灌漿材料配合比參數

3.2.1 混凝土拌和物性能試驗

混凝土試拌是在同等標準條件下進行的，試拌方法均采用人工拌和，試驗依據DL/T 5150—2001和相關的技術標準，結果見表6。由表6可知，按照調整后的用水量，3種設計方案拌和物性能均滿足 GB/T 50448—2008 第 4．1．1 條款的要求。

3.2.2 混凝土強度試驗

根據DL/T 5150—2001的要求，混凝土成型采用 100 mm×100 mm×100 mm 和 150 mm×150 mm×150 mm兩種試模。成型齡期分別為1、3、7、28 d，按照該標準對抗壓強度和劈裂抗拉強度進行試驗。3種方案的試驗結果均能滿足GB/T 50448—2008第4.1.1條的要求 （見表7）。

表6 調整后的混凝土、灌漿材料拌和物性能檢測結果

表7 調整后的混凝土、灌漿材料強度檢測結果

4 現場工藝試驗

現場工藝試驗的試件尺寸與1、2號機組定子基礎二期槽相同，按1∶1尺寸設計，試驗環境與現場施工環境基本相同。試件內的鋼筋型號、數量及安裝位置、基礎埋件也與1、2號機組定子基礎二期槽內的布設情況完全相同。

4.1 混凝土澆筑方法

為了保證模擬試驗質量，攪拌機布置于模擬試件跟前，利用350 L自落式攪拌機進行拌和，拌制好的無收縮自流平混凝土由人工用鐵桶連續、平緩、均勻地灌入倉內，澆筑到定子基礎埋件水平板下部時，采用竹片抽拉將氣泡排出，直至基礎埋件水平板4個通氣孔均泛漿為止，混凝土澆筑高度與定子基礎埋件表面齊平。

4.2 性能及強度檢測

按照技術標準要求，混凝土入倉之前，對拌和物的流動度、坍落度、坍落擴展度進行了檢測，各項指標均符合規范和設計任務書的要求 （見表8）。

混凝土強度試驗采用100 mm×100 mm×100 mm和150 mm×150 mm×150 mm兩種試模成型，每塊一次性連續灌滿試模，并貼上標簽，禁止擾動，12 h后拆模，然后將每組混凝土試塊編號，放入標準養護室進行養護，標養溫度控制在20±2℃，相對濕度大于90%。到齡期時分別進行強度檢測，檢測結果均滿足GB/T 50448—2008要求 （見表9）。

表8 現場模擬試驗混凝土、灌漿材料拌和物性能檢測結果

表9 現場模擬試驗混凝土、灌漿材料強度抽檢結果

4.3 混凝土內部密實性、石子分布均勻性檢查

現場混凝土養護期達到28 d后，對混凝土試件進行切割，觀察混凝土的內部密實性和石子分布的均勻性。觀察表明，方案1的混凝土密實性較好，用肉眼觀察有少量明顯氣孔，混凝土中石子分布均勻；方案2混凝土密實性好，用肉眼觀察沒有明顯氣孔，混凝土中石子分布均勻；方案3混凝土密實性較好，用肉眼觀察有一些微小氣孔。

根據試驗，方案2即 SikaGrout214∶石子=1∶0.2的配合比為最優配合比。該配合比通過設計、監理、業主的會審并批復后被采用，經現場施工驗證，混凝土流動性、密實性非常好，混凝土修復和定子基礎回填已達到設計要求的最佳效果。

5 結論

通過對無收縮自流平混凝土配合比的優化試驗研究，有效解決了定子基礎回填和修復施工中采用同標號同時施工、保證結構整體性的問題；同時也解決了定子基礎回填混凝土不密實而出現脫空的難題。采用無收縮自流平混凝土施工速度快、方便，能夠有效減輕勞動強度。

［1］ 趙均.自密實混凝土的研究和應用［J］.混凝土， 2003（6）:9-17.

［2］ 李清和.高強與免振自密實混凝土［J］.建筑技術開發，1997（12）:34-38.

［3］ 紀建林，胡竟賢，王毅.自密實混凝土性能及其在三峽三期工程中的應用［J］.西北水電， 2005（4）:33-36

［4］ DL/T 5150—2001 水工混凝土試驗規程［S］.

［5］ GB/T 50448—2008 水泥基灌漿材料應用技術規范［S］.

［6］ JC/T 986—2005 水泥基灌漿材料［S］.