抗沖磨型高性能混凝土在高拱壩建設中的試驗研究

丁照祥

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局 烏魯木齊 830000)

1概述

1.1 工程概況

布爾津山口水電站庫容為2.22億m3，屬大(2)型Ⅱ等工程，為常態混凝土拱壩，最大壩高94m。壩址地區極端最高氣溫39.4℃，極端最低氣溫-41.2℃，年最大溫差80.6℃;多年平均降水量為153.4mm;多年平均蒸發量為1619.5mm;極端最大風速32.1m/s;最大凍土深127cm。主要氣候特征:夏季炎熱，冬季嚴寒，高蒸發量，日溫差大，年溫差較懸殊，寒潮出現頻繁。

1.2 大壩混凝土需要解決的問題

在嚴寒、高蒸發、年溫差較大的環境惡劣地區建一座高拱壩，需要解決拱壩深孔泄洪口及溢流表孔混凝土的抗沖磨、耐久性和抗裂性等問題。通過試驗研究，采取相應措施，提高了抗沖磨混凝土的工作性能，提出了適宜的施工配合比，解決了抗沖磨混凝土施工及長期安全運行的問題。

1.3 混凝土研究思路及指標

考慮當地的自然氣候條件，該拱壩泄洪、溢流面表層采用高性能混凝土，以提高混凝土抗沖磨能力、耐久性。配合比設計試驗的技術路線為:摻粉煤灰、低水膠比、較低用水量、高含氣、較低坍落度控制，以滿足抗沖磨混凝土“強度、抗滲、抗凍、抗裂、抗沖磨”要求，達到適宜強度、較好施工性、高性能化和較好的抗裂目的。

高性能混凝土主要設計指標:強度、抗凍、抗裂、抗滲。混凝土級配為三級配，設計標號C2840W6F300。

2 原材料

2.1 水泥

按就近取材的原則，試驗采用P.Ⅰ42.5型硅酸鹽水泥，該批水泥物理力學和化學指標均滿足《通用硅酸鹽水泥》GB 175—2007中P.Ⅰ42.5水泥技術要求。

2.2 粉煤灰

試驗采用的粉煤灰，檢測結果滿足《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》(DL/T 5055—2007)中Ⅰ級粉煤灰要求。

為便于經濟有效地利用粉煤灰，進行了粉煤灰摻量與水泥膠砂強度關系試驗，粉煤灰摻量分別為0%、20%、30%、40%，其試驗成果見表1，粉煤灰不同摻量的膠凝材料水化熱試驗成果見表2。

表1 粉煤灰摻量與水泥膠砂強度關系試驗成果

表2 粉煤灰不同摻量的膠凝材料水化熱試驗成果

由強度變化關系可知，水泥膠砂強度隨粉煤灰摻量增加而降低。粉煤灰摻量30%以內膠砂強度降低幅度不大。

水化熱隨粉煤灰摻量增加而降低;粉煤灰摻量20%～30%之間水化熱降幅較大，對降低混凝土發熱量有利。

綜合上述成果，設計齡期28天的混凝土配合比中粉煤灰摻量可按20%左右考慮。

2.3 砂石骨料

采用C1料場的砂石骨料，細骨按天然砂40%、人工砂60%的比例配制混合砂，細度模數滿足2.6±0.2的試驗控制范圍，各關鍵粒徑累計篩余量均在中砂區域內;粗骨料小石、中石、大石的各項檢測結果符合《水工混凝土施工規范》(DL/T 5144—2001)控制標準。

粗骨料級配組合比例選擇試驗:根據最大密度和最小空隙率優選粗骨料的級配比例，對不同級配的粗骨料進行組合試驗，選擇了最大密度1970kg/m2和最小空隙率27.9%的骨料比例組合，三級配骨料比例為小石∶中石∶大石=20∶30∶50，各級配粗骨料的組合比例與振實密度試驗成果見表3。

2.4 外加劑

試驗采用 NF—2型緩凝高效減水劑和 PMS—NEA3型引氣劑。外加劑勻質性試驗與水泥的適應性試驗結果符合(GB 8076—2008)《混凝土外加劑》中對該類產品的要求。

3 混凝土配合比設計及試驗

3.1 混凝土配制強度的確定

根據現行的《水工混凝土施工規范》(DL/T 5144—2001)有關要求，抗沖磨混凝土配制強度及設計要求如下:

混凝土采用三級配，設計指標C2840W6F300，強度保證率95%，概率度系數t為0.84，標準差σ為5.0，配制強度48.2(MPa)，極限抗壓40(MPa)，抗拉強度2.2(MPa)，抗壓彈膜30(GPa)，混凝土含氣量5%，密度不小于2400(kg/m3)，極限拉伸值大于0.85×10-4。

3.2 配合比設計試驗原則

配合比設計試驗按照《水工混凝土試驗規程》(SL 352—2006)中絕對體積法計算，配合比試驗采用的主要參數見表4。

表4 混凝土配合比調試試驗參數

根據抗沖磨混凝土耐久性要求和高性能化目標，配合比試驗嚴格控制混凝土拌和物的含氣量。按混凝土拌和物出機30min，含氣量測值在控制范圍內，坍落度符合要求時成型各類試件。

3.3 抗沖磨混凝土配合比試驗

抗沖磨混凝土在規范中未規定抗沖磨控制指標，一般強度高的混凝土抗沖磨性能較好，抗沖磨混凝土設計指標為28天齡期C40W6F300三級配混凝土，混凝土配合比調試試驗參數見表5，試驗成果見表6、表7、表8。

試驗成果表明，粉煤灰摻量20%、水膠比0.28的抗沖磨混凝土配合比28天各項指標均滿足設計施工要求。

表5 大壩抗沖磨混凝土配合比試驗參數表

表6 大壩抗沖磨混凝土配合比拌和物性能與抗壓強度試驗成果

表7 大壩抗沖磨混凝土配合比力學性能與變形性能、抗滲性能試驗成果

表8 大壩抗沖磨混凝土配合比抗凍試驗成果

4 推薦配合比

根據試驗成果分析得出布爾津山口電站大壩抗沖磨混凝土配合比，見表9。

表9 大壩抗沖磨混凝土推薦配合比表

5 試驗成果評價

a.由試驗數據可知，粉煤灰摻量20%的配合比滿足要求，28天試驗成果的抗壓強度52.2MPa大于配置強度 48.2MPa，抗拉強度 3.34MPa大于設計值2.2MPa，抗壓彈模30 GPa，混凝土含氣量4% ～6%，密度2425kg/m3，極限拉伸1.24×10-4大于設計值0.85×10-4，抗凍等級F400大于設計值F300，抗滲達到W10大于設計值W6。從試驗數據看，該配合比能夠滿足設計要求，設計合理，能夠用于大壩抗沖磨結構部位的施工。

b.該配合比設計時調整了抗沖磨混凝土的單一特性，在保證混凝土的抗沖磨性能時，還大幅提高了其工作性能，具有較好的抗凍、抗裂、抗滲性，可有效地解決嚴寒酷熱條件下易凍脹破損的問題，延長安全運行的時間，降低維修費用。

c.含氣量是混凝土高性能化的關鍵控制參數，試驗成果也反應了該問題，含氣量在4.5% ～5.5%時可滿足F300以上抗凍要求。含氣量在混凝土現場入倉施工時(出機約30min后)按5% ～5.5%控制，引氣劑摻量根據含氣量測值進行調整。?

覃柏鈞，鄧有富.構皮灘水電站水墊塘邊墻抗沖磨混凝土施工工藝［J］.水利水電技術，2011(5).