高青寧

摘要 本文通過對(duì)面板混凝土原材料優(yōu)選、混凝土配合比優(yōu)化及性能試驗(yàn)，制備用于面板的高性能混凝土，達(dá)到了減少混凝土面板裂縫發(fā)生的目的。這對(duì)國(guó)內(nèi)在建或未建同類工程面板混凝土配合比設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 黑泉水庫(kù)；混凝土面板；配合比；設(shè)計(jì)；試驗(yàn)

中圖分類號(hào) TV544 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）23-0130-03

1 工程概況

黑泉水庫(kù)面板堆砂礫石壩，位于青海省大通縣境內(nèi)湟水河二級(jí)支流寶庫(kù)河上，是引大濟(jì)湟的前期工程，是一座大（Ⅱ）型水利樞紐工程，以灌溉和城市供水為主，兼顧防洪、發(fā)電、環(huán)保等綜合效益。工程主要組成為面板堆石壩、溢洪道、導(dǎo)流放水洞、灌溉發(fā)電洞、送變電工程。水庫(kù)壩高123.5 m，庫(kù)容1.82億m3，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。壩頂高程2 894.5 m，面板底部最低高程為2 771 m，壩頂長(zhǎng)435 m。工程位于高寒地區(qū)，全年寒冷期長(zhǎng)，氣溫變化大，年平均氣溫2.8 ℃，極端最低溫度-33.1 ℃，極端最高溫度29.3 ℃，平均風(fēng)速2.4 m/s，最大風(fēng)速17 m/s，最大凍土深度1.06 m，年降水量在400～600 mm以上，年平均蒸發(fā)量1 273 mm。

黑泉水庫(kù)混凝土面板總面積71 136 m2，共41條塊，分3期澆筑。面板采用單層雙向配筋，配筋率為0.4%～0.5%，鋼筋層位于面板中間靠上部，面板厚度從底部2 771 m高程66.3 cm漸變至壩頂2 891 m高程30 cm。面板基礎(chǔ)面為8 cm厚碾壓砂漿，在其上澆筑混凝土面板。

混凝土面板是堆石壩的防滲結(jié)構(gòu)，它承受著比其他壩型更大的滲透比降。對(duì)面板混凝土的抗?jié)B性和耐久性的要求要高于對(duì)強(qiáng)度的要求，見表1。防止面板開裂是混凝土面板壩設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，這是因?yàn)榱芽p滲水是影響混凝土和鋼筋的耐久性和大壩正常運(yùn)行的重要因子。

2 面板混凝土配合比原材料的優(yōu)選

科學(xué)進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)來保證面板混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)?；炷聊途眯裕ㄖ饕强?jié)B性）較低的問題通過摻用高效減水劑、引氣劑和降低水灰比來解決的。其次為降低混凝土的絕熱溫升，考慮摻適量粉煤灰等量取代部分水泥，降低混凝土絕熱溫升，以減少混凝土冷縮率。要結(jié)合面板混凝土的設(shè)計(jì)指標(biāo)和當(dāng)?shù)夭牧系膶?shí)際情況，盡量選用可增大抗裂性能的原材料，以使面板混凝土達(dá)到較高的抗裂性能。

2.1 水泥

硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土保水性好，泌水性小，粘聚性好，適用于澆筑面板混凝土?！痘炷撩姘宥咽瘔问┕ひ?guī)范》（SL49—94）[1]也規(guī)定面板混凝土的水泥品種“宜優(yōu)先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，其標(biāo)號(hào)不低于425號(hào)”。另外，比較水泥的物理性能、化學(xué)性能與經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)結(jié)合實(shí)踐，最后決定采用甘肅永登水泥廠生產(chǎn)的祁連山牌525#散裝中熱硅酸鹽水泥（物理性能、力學(xué)性能、化學(xué)性能穩(wěn)定，經(jīng)抽樣檢測(cè)富裕系數(shù)在1.05～1.15之間，每批產(chǎn)品均有產(chǎn)品合格證）。對(duì)所采用水泥進(jìn)行化學(xué)分析及物理力學(xué)性能檢測(cè)，結(jié)果見表2、3。

2.2 砂、石骨料

混凝土砂、石骨料采用陽(yáng)山大灣和大河壩料場(chǎng)的天然砂礫石料，經(jīng)篩分系統(tǒng)篩分沖洗后，按砂、石骨料篩逐級(jí)堆放在儲(chǔ)料場(chǎng)內(nèi)，并測(cè)試其物理性能和堅(jiān)固性，試驗(yàn)結(jié)果按《水工混凝土施工規(guī)范》（SDJ207-82）進(jìn)行評(píng)定，分別見表4～8。試驗(yàn)結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)符合技術(shù)要求。

砂的細(xì)度模數(shù)F.M=3.3，屬粗砂。其中P<0.3 mm的顆粒含量在0.2%左右，采用硫酸鈉飽和溶液浸烘法進(jìn)行砂石骨料的堅(jiān)固性試驗(yàn)，經(jīng)過5次循序，其重量損失率不超過設(shè)計(jì)要求，粗骨料為卵石，針片狀含量相對(duì)偏多，對(duì)混凝土的強(qiáng)度有所影響，但未超過15%的指標(biāo)規(guī)定。

2.3 骨料級(jí)配

粗骨料級(jí)配采用連續(xù)級(jí)配，按照骨料最大粒徑進(jìn)行了二級(jí)配、三級(jí)配試驗(yàn)，2種級(jí)配分別進(jìn)行了幾種不同比例的組合，從中選出最優(yōu)級(jí)配，即容重較大的級(jí)配。根據(jù)混凝土試拌情況及和易性的要求經(jīng)調(diào)整為小石∶中石=55∶45。

2.4 粉煤灰

黑泉面板混凝土中選用山西神頭二電廠的粉煤灰，依據(jù)《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》（DL/T5055-1996）[2]進(jìn)行粉煤灰的品質(zhì)指標(biāo)檢驗(yàn)和等級(jí)評(píng)定，粉煤灰為優(yōu)質(zhì)一級(jí)灰，其成果見表9。粉煤灰膠砂強(qiáng)度比試驗(yàn)按《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SO/05-82）進(jìn)行，強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)和施工技術(shù)要求。

2.5 硅粉

硅粉由青海民和硅鐵廠生產(chǎn)，品質(zhì)檢驗(yàn)按《水工混凝土硅粉品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)暫行規(guī)定》進(jìn)行，硅粉中二氧化硫的含量>85%，燒失量<6%，符合標(biāo)準(zhǔn)，其成果見表10。

2.6 外加劑

外加劑選用江蘇江都外加劑廠生產(chǎn)的高效減水劑FDN及石家莊外加劑廠生產(chǎn)的DH9引氣劑。FDN是非引氣型減水劑，主要成分為萘磺酸甲醛高縮合物和多元醇合成物。按《混凝土外加劑》（GB 8076—1997）[3]進(jìn)行混凝土外加劑性能試驗(yàn)，F(xiàn)DN摻量按廠家推薦摻量，F(xiàn)DN摻量為0.5%～0.8%時(shí)，減水率為18.9%～25.4%，抗壓強(qiáng)度比：3 d為159.0%～162.5%，7 d為122%～133%，符合高效減水劑一等品指標(biāo)。

2.7 水

將寶庫(kù)河水作為施工用水，經(jīng)取樣分析，符合設(shè)計(jì)要求。

3 面板混凝土配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

3.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土的質(zhì)量與生產(chǎn)成本的直接影響因子是混凝土配合比，它決定了混凝土的各種性能，是混凝土質(zhì)量控制的重要依據(jù)。大壩最重要的防滲工程是混凝土面板，鑒于大壩所處地理位置的重要性，以及必須在較惡劣的氣候環(huán)境條件下完成施工，對(duì)面板要達(dá)到抗凍標(biāo)號(hào)D250、抗壓強(qiáng)度C30、抗?jié)BS8、VC0.13、P95%、極限拉伸1.0×10-4等較高的技術(shù)要求，承建單位曾用通過摻外加劑、粉煤灰以及硅粉摻和料，對(duì)混凝土的要求和施工控制水平進(jìn)行10種不同配合比反復(fù)試驗(yàn)比較，經(jīng)過優(yōu)化最后篩選出能相對(duì)滿足面板混凝土具有良好的和易性、較高的抗裂性、較強(qiáng)的防滲性和良好的耐久性，以適應(yīng)壩體安全運(yùn)行的配合比[4]，將其列于表11。

3.2 混凝土拌合物性能試驗(yàn)

混凝土拌和物性能試驗(yàn)采用自落式攪拌機(jī)拌和，含氣量測(cè)定采用水氣混合式含氣量測(cè)定儀測(cè)定，混凝土配合比采用容重法計(jì)算。按面板混凝土設(shè)計(jì)要求，選用水灰比為：摻外加劑混凝土0.38～0.40、摻硅粉混凝土0.35～0.45、摻粉煤灰混凝土0.35～0.38，塌落度控制在4～6 cm之間。由于黑泉工地天然砂較粗，F(xiàn).M=3.3，面板采用滑模澆筑，溜槽入倉(cāng)，其砂率選用比普通混凝土增加3%～6%，故砂率選用36%～40%，考慮到黑泉工程混凝土抗凍指標(biāo)要求高為D300，混凝土中必須摻入引氣劑，含氣量控制在4.5%～5.5%之間。

水灰比的選定對(duì)混凝土的抗凍、抗裂影響較大，混凝土水灰比低，可降低混凝土中凍結(jié)水?dāng)?shù)量，提高混凝土抗拉強(qiáng)度，且混凝土密實(shí)性好，不透水性高，吸水率和飽水程度低，比高水灰比的混凝土耐凍[5]。根據(jù)水工混凝土施工規(guī)范和室內(nèi)試驗(yàn)，確定水灰比為0.35。

3.3 極限拉伸與靜力抗壓彈性模數(shù)試驗(yàn)

極限拉伸與彈性模數(shù)反映混凝土的變形能力，特別是極限拉伸值直接反映了混凝土抗裂性能。試驗(yàn)結(jié)果見表12。

3.4 抗?jié)B、抗凍性能試驗(yàn)

黑泉工程由于所處的特殊環(huán)境，對(duì)混凝土的耐久性指標(biāo)要求特別高，在同類工程中是少有的。故抗凍性不是單純表示混凝土抗凍性能的指標(biāo)，而是表示耐久性能的重要指標(biāo)，為了滿足要求，采用摻入性能優(yōu)良的引氣劑DH9（已應(yīng)用于三峽工程），控制含氣量在4.5%～5.5%之間，并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際效果，采用了摻入硅粉方案，極大地提高了抗凍性，試驗(yàn)結(jié)果見表12?？?jié)B試驗(yàn)采用一次加壓法，一次加壓至0.8 MPa并在次此壓力下恒壓24 h，計(jì)算相對(duì)滲透系數(shù)，由表13可知，抗?jié)B標(biāo)號(hào)均大于設(shè)計(jì)要求[6]。

3.5 混凝土凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)

凝結(jié)時(shí)間為混凝土拌和物的一個(gè)重要特性，凝結(jié)時(shí)間與水灰比大小、塌落度、外加劑、氣溫等因素有關(guān)，試驗(yàn)結(jié)果見表14。可以看出，摻入粉煤灰的混凝土凝結(jié)時(shí)間較其他種類混凝土凝結(jié)時(shí)間偏長(zhǎng)。

3.6 混凝土干縮性能試驗(yàn)

混凝土干縮試件尺寸為100 mm×100 mm×500 mm，成型后養(yǎng)護(hù)2 d測(cè)定基長(zhǎng)，不同齡期測(cè)定其長(zhǎng)度相比得出不同混凝土的干縮值，其結(jié)果見表15。從試驗(yàn)可以看出，隨著水灰比的降低，混凝土的干縮值增加，摻入硅粉的混凝土干縮值偏大一些，摻入粉煤灰的混凝土干縮值較小[7]。

3.7 砂漿配合比試驗(yàn)

砂漿的流動(dòng)性用沉入度表示，面板混凝土用砂漿的稠度要求為4～6 cm，并且具有良好的流動(dòng)性，試驗(yàn)結(jié)果見表16，可以看出，選用的3組砂漿配合比均滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

通過在混凝土中摻入粉煤灰、硅粉等量取代部分水泥，摻加外加劑，進(jìn)行了混凝土拌和物性能試驗(yàn)，優(yōu)選出混凝土減水率高，和易性好，泌水率小，塌落度、含氣量合適且損失相對(duì)較小的FDN高效減水劑與DH9引氣劑。

通過混凝土性能試驗(yàn)，優(yōu)化出的混凝土配合比為水灰比0.35、砂率37%、外加劑摻量為FDN 0.6%、DH9 0.008%，塌落度4～6 cm/m3混凝土材料用量為水123 kg、水泥289 kg、粉煤灰53 kg、砂719 kg、小石674 kg、中石551 kg。優(yōu)良的混凝土配合比只是混凝土抗裂的關(guān)鍵措施之一，為了減少混凝土面板的裂縫發(fā)生，還須通過良好的施工工藝、嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制和對(duì)混凝土進(jìn)行科學(xué)的養(yǎng)護(hù)等綜合措施才能實(shí)現(xiàn)。

5 參考文獻(xiàn)

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[3] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.混凝土外加劑：GB8076-1997[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

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