李全意 曹大瓊 金強 李梓濃 許潘艷
中國水利水電第四工程局有限公司 青海西寧 810007
白鶴灘水電站是長江開發(fā)治理的控制性工程,工程以發(fā)電為主,兼顧防洪,并有攔沙、發(fā)展庫區(qū)航運和改善下游通航條件等綜合利用功能,是西電東送骨干電源點之一。
白鶴灘水電站大壩混凝土雙曲拱壩最大壩高289m,壩體混凝土方量約895.4m3,計及加工、運輸與堆存損耗后共需人工骨料約940.2 萬m3,其中粗骨料625.7 萬m3,細骨料314.5 萬m3。自大壩混凝土開澆以來,旱谷地砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)過逐步調(diào)試和試生產(chǎn),成品骨料品質(zhì)逐漸趨于穩(wěn)定,旱谷地料場6 月至8 月各級配骨料生產(chǎn)比例為特大石:大石:中石:小石=32:27:23:18。
目前料場骨料比例基本接近特大石:大石:中石:小石為30:30:20:20 比例要求。但實際生產(chǎn)的特大石和大石出現(xiàn)的遜徑及從料場運往拌和系統(tǒng)過程中骨料跌落破碎,導致特大石遜徑量進一步增加,進而特大石的實際需求量進一步提高,表1 為旱谷地骨料生產(chǎn)及供應情況。為了解決特大石不足及骨料生產(chǎn)不平衡導致棄料等問題,本次試驗通過開展不同骨料級配大壩混凝土性能的影響檢測,研究骨料級配對現(xiàn)有大壩混凝土出機狀態(tài)、使用性能、早期強度的影響程度,進而提出降低特大石和大石比例在技術(shù)上的可行性,為工程應用提供科學的試驗支撐數(shù)據(jù)。
選取大壩四級配混凝土配合比C18040F90300W9015,依據(jù)目前旱谷地骨料生產(chǎn)情況和運輸過程中骨料的跌損情況,選擇7 種骨料級配,對7 種級配骨料進行容重和孔隙率試驗,然后保證混凝土拌和物性能的前提下,微調(diào)混凝土配合比參數(shù),砂率變動范圍不宜超過2%,單位用水量變動范圍不超過3kg/m3,輔助調(diào)整外加劑用量[1]。最后根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果,選擇部分配合比進行拌和樓實際生產(chǎn),確定最終配合比。骨料級配組合主要體現(xiàn)在特大石的比例從30%持續(xù)降低到20%,大石比例基本不變,中小石的比例從20%提升到26%左右。
表1 旱谷地料場骨料生產(chǎn)及供應比例
采用本工程使用的嘉華錦屏P·LH42.5 水泥、卓圣及宣威眾合成Ⅰ級粉煤灰、JM-Ⅱ緩凝高效減水劑和GYQ-Ⅰ引氣劑、旱谷地料場生產(chǎn)的灰?guī)r粗細骨料。各類原材料的品質(zhì)均滿足規(guī)范要求。
目前澆筑大壩的配合比設(shè)計參數(shù)為C18040F90300W9015,混凝土坍落度控制在30mm-50mm,含氣量控制在4.5%-5.5%。
圖1 骨料緊密堆積密度試驗過程圖
不同粒徑的粗骨料篩除超、遜徑后進行組合試驗,骨料級配容重及空隙率的選擇試驗結(jié)果見表3。降低特大石含量后,以緊密堆積密度考慮,級配為特大石:大石:中石:小石=25:30:22:23,空隙率比最優(yōu)級配大1.1%。
表2 混凝土配合比
表3 大壩工程混凝骨料級配容重及空隙率試驗結(jié)果
表4 變骨料級配混凝土拌和物性能
表5 變骨料級配混凝土抗壓強度試驗結(jié)果
根據(jù)目前使用的施工配合比,在滿足拌和物性能指標及和易性要求前提下,合理改變混凝土砂率、單方用水量及外加劑摻量,砂率變動范圍不宜超過2%,單位用水量,變動范圍不超過3kg/m3。變骨料級配混凝土拌和物性能影響結(jié)果見表4。
圖2 混凝土拌和物性能檢測圖(砂率不變)
圖3 混凝土拌和物性能檢測圖(砂率增加)
由表可知,室內(nèi)試驗時,在不改變基準混凝土配合比參數(shù)下,各級骨料比例變量在10%以內(nèi)時,混凝土拌和物性能可以滿足設(shè)計要求;增加1%和1.5%砂率時,需增加0.2/萬引氣劑才能保證混凝土拌和物含氣量滿足設(shè)計要求。砂率增加混凝土出機口狀態(tài)略顯干澀,坍落度檢測過程也得到同樣結(jié)果。砂率進一步增加0.5%,混凝土拌和物性能與增加1%混凝土拌和物性能基本一致[2]。
表7 混凝土檢測結(jié)果統(tǒng)計表
表8 混凝土強度檢測結(jié)果
變骨料級配混凝土抗壓強度試驗結(jié)果見表5,降低特大石含量,增加小石和中石含量后,濕篩為二級配的混凝土抗壓強度略低于基準混凝土,但所有骨料級配混凝土7d 抗壓強度均大于14.5MPa,28d 抗壓強度均大于29.9MPa,變骨料級配混凝土強度均介于或高于科研單位。
根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果進行拌和樓試生產(chǎn)試驗。初步確定的四級配粗骨料調(diào)整后混凝土生產(chǎn)性試驗配合比見表6。引氣劑摻量可根據(jù)原材料品種的不同進行動態(tài)調(diào)整,保證出機混凝土的含氣量控制在4.5%-5.5%范圍。粗骨料級配比例為小石:中石:大石:特大石=23:22:30:25。2017 年10 月16 日,采用初步確定的混凝土配合比在墊座-18 倉進行生產(chǎn)性施工試驗。
通過對拌和樓出機口的混凝土拌和物性能進行抽檢和調(diào)整,保證入倉的混凝土性能滿足設(shè)計要求。設(shè)計指標C18040F90300W9015四級配混凝土拌和物性能檢測結(jié)果統(tǒng)計見表7,出機混凝土的拌和物性能均滿足設(shè)計要求。
墊座-18 倉混凝土生產(chǎn)過程中對設(shè)計指標為C18040F90300W9015 四級配混凝土的兩種微調(diào)配合比在拌和樓分別抽檢混凝土強度試件?;炷量箟簭姸葯z測結(jié)果見表8,兩種微調(diào)配比的抗壓強度比較接近,略低于室內(nèi)變骨料級配混凝土抗壓強度。
圖4 變骨料級配混凝土現(xiàn)場平倉和振搗效果
當設(shè)計指標C18040F90300W9015 的四級混凝土在原砂率不變的情況下,只調(diào)整特大石、中石和小石比例,觀察現(xiàn)場混凝土振搗后的泛漿效果。從四級配混凝土整個施工過程來看,因特大石骨料比例相對減少,明顯降低混凝土在卸料、平倉時大骨料易分離和集中的現(xiàn)象[3]。有助于提高混凝土的均勻性。變骨料級配混凝土現(xiàn)場平倉和振搗效果見圖4。
①骨料緊密堆積密度試驗表明,變骨料級配后,骨料緊密堆積密度小于最優(yōu)級配骨料堆積密度,級配為特大石:大石:中石:小石=25:30:22:23 的空隙率比最優(yōu)級配大1.1%。②在不改變混凝土配合比參數(shù)下,在骨料改變比例小于10%內(nèi),變骨料級配混凝土拌和物性能可以滿足設(shè)計要求,但以拌和物性能和強度綜合分析,當特大石為20%時,用水量宜增加2kg/m3;而增加1%或1.5%砂率后,混凝土拌和物偏澀,引氣劑含量需提高0.2/萬。③濕篩為二級配的混凝土后,變骨料級配混凝土抗壓強度略低于基準混凝土,極差為2.6MPa;增加砂率(1%或1.5%)在一定程度上增加了7d 混凝土抗壓強度;在拌和物性能基本一致的情況下,室內(nèi)7d 和28d 變骨料級配混凝土抗壓強度介于或高于科研單位檢測值。④生產(chǎn)性試驗結(jié)果表明,原四級配混凝土的特大石比例進行減少調(diào)整,可顯著提高混凝土的在施工過程中的抗分離性和均勻性。
(1)改變混凝土骨料比例后,骨料的實際供應比例基本上與生產(chǎn)比例相適應,杜絕了骨料棄料,目前測算可減少棄料60 萬方,約90 萬噸,直接節(jié)省費用1800 萬元。
(2)減少了60 萬方棄料的堆存場地,節(jié)約土地資源。
(3)減少超過60 萬方的巖石的開采及產(chǎn)生的浮土、棄渣。并減少加工所產(chǎn)生的廢水、廢渣,減少了對環(huán)境的污染。