云南省昭通市混凝土面板堆石壩面板混凝土配合比應(yīng)用研究

鮮光偉，張勝勇，季興船

(1.昭通市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昭通 657000；2.昭通市潤(rùn)源建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)咨詢(xún)有限公司，云南 昭通 657000)

0 前言

混凝土面板堆石壩是從上個(gè)世紀(jì)末開(kāi)始興起的新型筑壩技術(shù)，面板是混凝土面板堆石壩的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，混凝土抗壓強(qiáng)度是混凝土面板設(shè)計(jì)時(shí)考慮的主要指標(biāo)之一；由于受施工技術(shù)限制，面板混凝土目前仍然采用罐車(chē)運(yùn)輸、溜槽入倉(cāng)、無(wú)軌滑模施工，工藝傳統(tǒng)而復(fù)雜，影響混凝土質(zhì)量的因素較多，混凝土抗壓強(qiáng)度波動(dòng)較大。收集云南省昭通市13座混凝土面板堆石壩工程驗(yàn)收鑒定資料統(tǒng)計(jì)表明(見(jiàn)表1)，面板混凝土配合比水泥最大用量369.0 kg、平均用量302.6 kg，膠凝材料最大用量424.1 kg、平均用量376.0 kg；平均每個(gè)大壩的面板存在40條裂縫、最多的有92條裂縫。云南省昭通市13座混凝土面板堆石壩工程實(shí)踐表明，優(yōu)質(zhì)的面板混凝土配合比對(duì)保障面板質(zhì)量非常重要[1]。

本文從降低面板混凝土配合比水泥用量減少水化熱，降低膠凝材料用量減少收縮，從而降低面板混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)；提高面板混凝土強(qiáng)度增強(qiáng)面板抗裂能力兩個(gè)方向著手，結(jié)合洗羊塘水庫(kù)工程施工條件、混凝土原材料情況，開(kāi)展面板混凝土配合比應(yīng)用研究，為昭通市混凝土面板堆石壩面板混凝土配合比設(shè)計(jì)積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，為同類(lèi)工程提供借鑒和參考。

混凝土抗壓強(qiáng)度指標(biāo)，具體見(jiàn)表1。

表1 13座面板堆石壩面板混凝土配合比及抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表1

1 工程概況

洗羊塘水庫(kù)位于昭通市巧家縣藥山鎮(zhèn)洗羊塘村，大壩形式為混凝土面板堆石壩，壩頂高程3126.5 m，壩頂全長(zhǎng)280 m，頂寬6 m，最大壩高45.5 m。工程建設(shè)所需塊石、碎石、砂、水泥、外加劑、粉煤灰等原材料均由外購(gòu)供應(yīng)。洗羊塘水庫(kù)工程位置海拔高,冬季時(shí)間長(zhǎng)，特別是11月中旬左右出現(xiàn)冰凌天氣，對(duì)工程施工質(zhì)量控制影響很大，建設(shè)風(fēng)貌見(jiàn)圖1。

圖1 洗羊塘水庫(kù)建設(shè)風(fēng)貌

1.1 施工措施

洗羊塘水庫(kù)面板混凝土在混凝土拌合站出機(jī)后，采用混凝土罐車(chē)運(yùn)輸?shù)綁雾敚谟昧锊圯斔蛡}(cāng)面，無(wú)軌滑模施工。混凝土罐車(chē)運(yùn)輸最大距離300 m，溜槽最大溜距75 m。混凝土攪拌出機(jī)后，歷經(jīng)罐車(chē)運(yùn)輸、收料斗入槽、溜槽輸送、倉(cāng)面布料等過(guò)程。

1.2 混凝土指標(biāo)

(1)《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 228-2013)規(guī)定粉煤灰質(zhì)量等級(jí)不宜低于Ⅱ級(jí)，摻量宜為15%～30%。

(2)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 191-2008)規(guī)定，強(qiáng)度等級(jí)為C25的配筋混凝土耐久性要求最小水泥用量260 kg/m3，當(dāng)混凝土中加入優(yōu)質(zhì)活性摻合料或能提高耐久性的外加劑時(shí)，可適當(dāng)減少最小水泥用量。

(3)《洗羊塘水庫(kù)施工技術(shù)要求XYT-03面板和趾板混凝土施工技術(shù)要求》要求：混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25、抗?jié)B等級(jí)W10、抗凍等級(jí)F200、強(qiáng)度保證率大于95%，水膠比不大于0.50。

1.3 混凝土原材料分析

(1)外加劑檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 外加劑檢驗(yàn)結(jié)果表

(2)水泥檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 水泥檢驗(yàn)結(jié)果表

(3)粉煤灰檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 粉煤灰檢驗(yàn)結(jié)果表

2 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)和分析

2.1 配合比設(shè)計(jì)思路

組成混凝土的材料有粗骨料(中石和小石)、細(xì)骨料、膠凝材料(水泥和摻合料)、拌和水、外加劑，其中影響混凝土和易性的主要是漿體含量。漿體是由膠凝材料與拌和水組成，其中細(xì)骨料中小于0.08 mm的顆粒與水拌和后可形成漿體改善混凝土的和易性，因此通過(guò)提高砂率，可以降低膠凝材料的用量。

混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)存在正相關(guān)關(guān)系，水膠比是影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素之一，選擇最佳的外加劑組合，能有效降低混凝土的拌和用水量，降低水膠比，提高混凝土強(qiáng)度。

基于以上特點(diǎn)，混凝土配合比設(shè)計(jì)思路如下：

(1)考慮外加劑與拌和水，粉煤灰與水泥，砂率(粗骨料與細(xì)骨料)3個(gè)組合影響因素。

(2)配合比參數(shù)選取原則，提高混凝土配制強(qiáng)度及保證率；降低混凝土用水量，降低水泥用量；提高砂率，降低總膠凝材料用量。

(3)配合比試配，根據(jù)試配混凝土工作性能和硬化性能指標(biāo)，調(diào)整配合比參數(shù)。

2.2 配合比試配

參考昭通市同類(lèi)工程施工配合比參數(shù)和實(shí)施后的混凝土抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果以及洗羊塘水庫(kù)工程概況和面板施工措施，洗羊塘水庫(kù)面板混凝土配合比參數(shù)選取如下：

(1)配制強(qiáng)度大于或等于“13座面板堆石壩面板混凝土配合比及抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表”平均抗壓強(qiáng)度的最大值(40.1 MPa)；

(2)混凝土保證率大于或等于“13座面板堆石壩面板混凝土配合比及抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表”的平均值(97.7%)；

(3)水泥用量小于或等于“13座面板堆石壩面板混凝土配合比及抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表”的最小值(267.0 kg)；

(4)膠凝材料用量小于“13座面板堆石壩面板混凝土配合比及抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表”的最小值(325.1 kg)。

洗羊塘水庫(kù)面板混凝土配合比基本參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 配合比參數(shù)表

根據(jù)配合比參數(shù)，調(diào)整砂率、小石比例、水膠比、粉煤灰摻量、外加劑組合及摻量進(jìn)行多次試配，制作試件，檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度。

2.3 配合比分析

(1)試驗(yàn)配合比混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果分析，見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)配合比試配抗壓強(qiáng)度分析

試驗(yàn)配合比混凝土抗壓強(qiáng)度平均值40.8 MPa，最小值37.6 MPa，保證率大于99.9%。

(2)試驗(yàn)配合比膠凝材料、水泥用量用量分析，見(jiàn)圖3。

圖3 試驗(yàn)配合比試配膠凝材料分析

試驗(yàn)配合比混凝土膠凝材料總量平均值355.9 kg，最小值305.1 kg；水泥用量平均值280.2 kg，最小值243.3 kg。

2.4 推薦試驗(yàn)配合比參數(shù)

綜合考慮膠凝材料、水泥用量，以及《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 191-2008)規(guī)定，強(qiáng)度等級(jí)為C25的配筋混凝土耐久性要求最小水泥用量260 kg/m3，推薦洗羊塘水庫(kù)面板混凝土試驗(yàn)配合比見(jiàn)表6。

表6 面板混凝土試驗(yàn)配合比

推薦的配合比混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果為41.0 MPa，抗?jié)B等級(jí)檢測(cè)結(jié)果為>W10，抗凍等級(jí)檢測(cè)結(jié)果為F200，強(qiáng)度保證率大于99.9%。

3 工程實(shí)施效果

施工單位根據(jù)推薦的試驗(yàn)配合比確定施工配合比，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理批準(zhǔn)后施工，共澆筑了4493 m3混凝土，期間未發(fā)生混凝土離析、漏漿、泌水現(xiàn)象，施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土狀態(tài)見(jiàn)圖4。

圖4 施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土狀態(tài)

3.1 硬化混凝土性能檢測(cè)

根據(jù)取樣的混凝土檢測(cè)數(shù)據(jù)，面板混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7，混凝土耐久性檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8。

表7 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

表8 混凝土耐久性檢測(cè)結(jié)果

3.2 混凝土缺陷檢測(cè)

根據(jù)洗羊塘水庫(kù)工程面板分部驗(yàn)收鑒定結(jié)果，面板裂縫缺陷為0。

3.3 混凝土質(zhì)量分析

按澆筑日期繪制面板混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制圖，見(jiàn)圖5；混凝土抗壓強(qiáng)度分析結(jié)果見(jiàn)表9。

圖5 混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制圖

表9 混凝土抗壓強(qiáng)度分析結(jié)果

根據(jù)混凝土抗壓強(qiáng)度分析結(jié)果，洗羊塘水庫(kù)面板混凝土總結(jié)如下：

(1)混凝土抗壓強(qiáng)度極差16.3 MPa，面板混凝土抗壓強(qiáng)度波動(dòng)大，提高施工水平可以進(jìn)一步提高面板混凝土質(zhì)量。

(2)混凝土抗壓強(qiáng)度最小值29.7 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C25的1.19倍。

(3)混凝土強(qiáng)度保證率99.5%，達(dá)到設(shè)計(jì)保證率95%的1.05倍。

4 其它案例

小空山水庫(kù)是面板混凝土配合比應(yīng)用研究的第1個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，混凝土配合比參數(shù)見(jiàn)表10。

表10 小空山水庫(kù)面板混凝土配合比

根據(jù)小空山水庫(kù)工程面板分部驗(yàn)收鑒定結(jié)果，面板混凝土抗壓強(qiáng)度最小值35.1 MPa、最大值42.3 MPa、平均值38.6 MPa，混凝土強(qiáng)度保證率100%，面板裂縫缺陷為0。面板混凝土抗壓強(qiáng)度高，但施工的混凝土配合比水泥用量及膠凝材料總量偏大，存在較大優(yōu)化空間。

5 結(jié)語(yǔ)

洗羊塘水庫(kù)工程面板混凝土配合比的成功應(yīng)用表明，通過(guò)調(diào)整外加劑組合減少拌和水和提高砂率措施，可以降低混凝土膠凝材料用量和水泥用量，降低水化熱減少面板開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，提高混凝土強(qiáng)度增強(qiáng)面板抗裂能力，從而提高面板整體質(zhì)量。同時(shí)降低混凝土膠凝材料用量和水泥用量，降低成本，節(jié)約投資。

本次研究還有不足之處，如限于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 191-2008)第3.3.4條，強(qiáng)度等級(jí)為C25的配筋混凝土耐久性要求最小水泥用量260 kg/m3的規(guī)定和本次研究資料的局限性，有待進(jìn)一步探討降低水泥用量的可行性。