查日扣水電站工程混凝土試驗研究

邱城春，林萬旭

(1.青海玉能電力開發有限公司，西寧 810007；2.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

文章編號：1006—2610(2015)05—0071—04

查日扣水電站工程混凝土試驗研究

邱城春1，林萬旭2

(1.青海玉能電力開發有限公司，西寧 810007；2.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

查日扣水電站地處高原寒冷地區，經試驗天然砂為具有潛在堿-硅酸反應的活性骨料，天然礫石為不具有潛在堿-硅酸反應的非活性骨料，天然砂摻入不低于20%的粉煤灰可有效抑制堿-硅酸反應。經各標號混凝土配合比參數選擇與混凝土性能試驗研究，初選各標號混凝土拌和性能較好，抗壓強度、抗凍、抗滲及極限拉伸值均滿足規范要求。

查日扣水電站；混凝土配合比；骨料堿活性

1 工程概述

查日扣水電站是青海玉樹地震災后恢復重建項目，位于青海省玉樹縣境內，是瀾滄江干流(扎曲)一級支流子曲河上規劃的第三級水電站，工程主要任務為發電，水庫正常蓄水位為3 992.0 m，電站裝機容量為49.5 MW。樞紐建筑物由壩高122 m的混凝土面板堆石壩、左岸溢洪洞、左岸引水隧洞、右岸泄洪洞及岸邊廠房組成。工程選用混凝土骨料為大壩左岸下游3.8 km處砂礫石Ⅰ區料場的天然砂礫石料，料層礫石巖性以灰巖為主，次為石英砂巖、砂質板巖和花崗巖類，砂的主要成分為石英、長石、少量礦物碎屑及云母，骨料中含有一定數量的石英，該礦物具有潛在堿硅酸有害反應的可能。為此，進行了骨料堿活性及抑制試驗、混凝土配合比及混凝土性能試驗。

2 原材料性能試驗

(1) 水泥。水泥選用青海省大通水泥廠生產的42.5中熱硅酸鹽水泥。經試驗除堿含量略有超標外，其他力學、化學及物理性能各項指標滿足規范要求。

(2) 粉煤灰。粉煤灰選用甘肅連城電廠生產的Ⅱ級粉煤灰。其燒失量為1.28%，堿含量為1.59%，細度(45 μm方孔篩余)為5.8%，需水量比為95.2%，三氧化硫含量為1.7%，游離氧化鈣含量為0.8%，安定性為1.0，密度為2 460 kg/m3。粉煤灰品質較為優良。

(3) 骨料。天然砂的細度模數為2.31，屬中砂。砂經沖洗后的含泥量為1.65%，堅固性為0.9%，飽和面干密度為2 660 kg/m3，飽和面干吸水率為1.18%，輕物質含量為0.1%，硫化物及硫酸鹽含量為0.06%，云母含量為0.03%。粗骨料的壓碎指標為0.6%、不同粒徑顆粒粗骨料堅固性指標值為0.3%～3.9%、不同粒徑顆粒粗骨料飽和面干密度2 680～2 710 kg/m3、不同粒徑顆粒粗骨料飽和面干吸水率0.45%～0.89%、不同粒徑顆粒粗骨料針片狀1.1%～5.4%。骨料各項指標均滿足規范要求。

(4) 外加劑。減水劑TB-16由河北同邦建材有限公司生產，其推薦摻量為膠材用量的1.5%。引氣劑DH9由石家莊外加劑廠生產，其摻量為膠材用量的0.04‰。減水劑和引氣劑各項性能滿足規范要求。

3 骨料堿活性及抑制試驗

試驗采用DL/T 5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗規程》中的“砂漿棒快速法”。骨料堿活性試驗結果見表1。

表1 骨料堿活性評定及抑制試驗(砂漿棒快速法)

由表1試驗結果可知：① 天然砂(編號X-0)砂漿試件14 d膨脹率為0.182%，大于0.1%判定標準，試件測試延長至28 d時其膨脹率為0.345%，增幅較大，依據骨料堿活性砂漿棒快速法評價標準，判定天然砂為具有潛在堿-硅酸反應的活性骨料。② 礫石(編號C1-0、C2-0、C3-0)砂漿試件14 d膨脹率分別為0.099%，0.084%、0.033%，均小于0.1%的判定標準，依據骨料堿活性砂漿棒快速法評價標準，判定天然礫石為不具有潛在堿-硅酸反應的非活性骨料。③ 隨著粉煤灰摻量的增加，砂漿棒試件的膨脹率逐漸減小，說明粉煤灰對堿-硅酸反應有較好的抑制作用。④ 天然砂(編號X)活性骨料砂漿試件，膠材中摻入20%的粉煤灰后試件的28 d膨脹率降至0.055%，小于0.1%的抑制有效性評價標準。因此，摻入不低于20%的粉煤灰可有效抑制天然砂的堿-硅酸反應。

4 混凝土配合比參數選擇

(1) 混凝土配制強度fcu,0。

fcu,0=fcu,k+tσ

(1)

式中:fcu,k為混凝土設計齡期強度標準值，MPa；t為概率度系數，保證率按95%，相應t=1.65；σ為混凝土強度標準差，C20 、C25混凝土取4 MPa，C30混凝土取4.5 MPa。

本工程初步選定混凝土標號分別為C20W6F200,C25W6F200,C25W8F300,C30W12F300，相應配制強度分別為26.6、31.6、31.6、37.4 MPa。

(2) 粗骨料級配和砂率選擇。經試驗確定粗骨料二級配：中石∶小石 = 50∶50, 粗骨料三級配：大石∶中石∶小石 = 40∶30∶30。砂率選擇采用固定用水量變砂率的方法，試驗確定二級配混凝土最優砂率為32%，三級配混凝土最優砂率為28%。

(3) 水膠比。混凝土強度、水膠比和粉煤灰摻量關系曲線試驗結果見式(2):

(2)

(4) 塌落度、含氣量及外加劑參量。二級配混凝土塌落度按90～110 mm控制，三級配混凝土塌落度按50～70 mm控制。含氣量按DL/T5144-2001《水工混凝土施工規范》不同抗凍等級混凝土含氣量參考值選取，二級配F300混凝土按5.0%控制，三級配F300混凝土按4.5%控制。減水劑摻量取膠材用量的1.5%，引氣劑摻量以滿足抗凍要求F200～F300取膠材用量的0.03‰～0.04‰。

(5) 初選配合比主要參數

通過上述粗骨料級配、砂率、水膠比的試驗選擇，同時滿足抑制堿硅酸、耐久性及降低水化熱，初選混凝土配合比見表2。

表2 混凝土初選配合比表

5 混凝土性能試驗

混凝土性能試驗內容主要為混凝土拌和物性能試驗、混凝土物理力學性能試驗、混凝土的耐久性能試驗。

(1) 混凝土拌和物性能試驗

混凝土拌和物性能試驗結果見表3。

表3 混凝土拌和物性能測試結果表

(2) 混凝土物理力學性能試驗

混凝土物理力學性能包括抗壓強度、劈拉強度、抗壓彈性模量和極限拉伸值等。混凝土抗壓劈拉強度試驗結果見表4，混凝土靜力抗壓彈性模量測試結果見表5，混凝土混凝土極限拉伸試驗結果見表6。

表4 混凝土強度測試結果表

表5 混凝土抗壓彈性模量測試結果表

表6 混凝土極限拉伸值測試結果表

試驗結果表明：

1) 初選配合比混凝土的抗壓強度均滿足設計強度等級要求。

2) 混凝土28 d靜力抗壓彈性模量在28～32 GPa之間，90 d靜力抗壓彈性模量在32～36 GPa之間。

3) 混凝土的軸拉強度較劈拉強度高。

4) 混凝土28 d拉伸彈性模量在31～36 GPa之間，90 d拉伸彈性模量在35～40 GPa之間，比抗壓彈性模量高約3～4 GPa。

(3) 混凝土的耐久性能試驗

混凝土的耐久性能試驗包括抗凍和抗滲試驗。混凝土抗凍試驗結果見表7，混凝土抗滲性能試驗結果見表8。試驗結果表明初選配合比混凝土抗滲等級及抗凍等級均滿足設計要求。

表7 混凝土抗凍融試驗結果表

表8 混凝土抗滲試驗結果表

6 結 語

天然砂主要成分為石英、長石、少量礦物碎屑及云母等組成，天然砂為具有潛在堿-硅酸反應的活性骨料，摻入不低于20%的粉煤灰可有效抑制天然砂的堿-硅酸反應；天然礫石以灰巖為主，次為石英砂巖、砂質板巖和花崗巖，為不具有潛在堿-硅酸反應的非活性骨料； 初選配合比詳見表2，初選配合比各標號混凝土拌和性能較好，抗壓強度、抗凍、抗滲及極限拉伸值均滿足規范要求。

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[5] DL/T5150-2001,水工混凝土試驗規程[S].北京：中國電力出版社，2002,05.

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[9] 李光偉 鄧長軍. 復摻石灰石粉和粉煤灰在西藏地區水工混凝土中應用試驗研究[J].西北水電，2012，(5)：78-80.

Study on Tests of Concrete for Charikou Hydropower Project

QIU Cheng-chun1, LIN Wan-xu2

(1. Qingha Yneng Power Development Co., Ltd., Xining 810007，China;2. POWERCHINA Northwest Engineering Co., Ltd., Xi'an 710065，China)

Charikou Hydropower Project is located in the plateau and cold region. Approved by tests, the natural sand here is the active one with potential alkali-silicic acid reaction. The natural gravel is the non-active one without potential alkali-silicic acid reaction. The alkali-silicic acid reaction can be restrained by mixing 20% flyash in the natural sand. Through selection of concrete with different classes and study of the concrete performance tests. The selected concrete with different classes is with the expected mixing performance. Their compressive strength, freezing resistance, impermeability and ultimate extension all satisfy requirement. Key words:Charikou Hydropower Project; concrete mix ratio; aggregate alkali activity

2015-05-26

邱城春(1972- )，男，安徽省靈璧縣人，工程師，從事水利水電工程建設管理工作.

TV222.2

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.021