大朝山水电站碾压溷凝土重力坝新型掺合料的研究和应用

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1、大朝山水电站碾压混凝土重力坝新型掺合料的研究和应用 站位于云南省棱沧地区的云县和思茉地区的景东彝族自治县的谰沧江上，地理坐标为东经100度22，北纬24度01。是澜沧江中下游河段梯级规划中紧接漫湾水电站的下一种梯级电站。坝址距漫湾水电站直线距离70Km，距昆明直线距离270 Km；右岸公路距昆明630 Km，左岸公路距昆明680 Km。 枢纽讴工程以发电为主，水库正常蓄水位899m，总库容9.4亿m3.大朝山水电站地下厂房内安装六台混流式水轮发电机组。电站总装机容量135万KW，保证出力36.31万KW，近年平均发电量59.31亿KW.h，年运用小时数4393h。水库沉没耕地面积12385亩，

2、共沉没影响人口6100人。 大朝山工程自然条件特点是：地形山高坡陡，施工场地狭小，河床狭窄，泄洪峰高量大；坝基岩性以玄武岩为主，岩石坚硬，工程地质条件相对较好。大朝山工程的枢纽布置由拦河坝，泄洪建筑物，地下厂房和引水发电系统等部分构成。经多方案的枢纽布置比较，最后选定：碾压混凝土重力坝右岸地下厂房长尾水隋洞的枢纽布置方案。采用坝体河床泄洪，设立五个表孔溢流坝，三个泄洪底孔，一种排沙孔，表孔宽尾 加 式消力池与底孔异型鼻坎家窄缝式的消能方式。拦河坝为碾压混凝土实体重力坝，河床坝轴线方向为N55度E，右岸进水口坝段为N75度W。坝顶高程906m，最大坝高115 m，坝顶总长度480 m。坝体共分为

3、三个坝区23个坝段；右岸进水口坝段，河床溢流坝段，左岸非溢流坝段。河床及左岸坝段采用全面碾压混凝土筑坝。大坝内部碾压混凝土为R90150#，上下游坝面防渗碾压混凝土为R90200#，右岸进水口坝段为常态混凝土。施工工期从准备工程开始至第一台机组发电为六年；工程总工期为八年半。电站静态总投资为44.55亿元，总投资（动态）为80.74亿元。单位千瓦投资3300元。大朝山水电站是继漫湾水电站之后开发澜沧江丰富的水力资源的又一座大型工程。根据云南省国民经济发展的规定，迫切需要建设。该电站前期工作较进一步。工程规模适中，技术上可行，技术经济指标优遇，水库沉没损失小，社会效益和经济效益明显，是云南省近期

4、较好的电源点。大朝山水电站已列为国家水电动工的第一种预备项目。在1993年开始进行施工前期筹办工作，现已完毕“四通一平”的施工准备工作，导流隧洞已于今年五月十五日建成顺利过水。人工砂石料加工系统今年8月建成投产。坝址区左右岸水上坝基开挖正在进行。目前电站工程已完全具有下江截流动工兴建的条件。一， 实验原材料1. 水泥 采用昆明水泥厂525一般硅酸盐水泥，物理性质检查成果见表-1。表-1 水泥物理性质实验成果比重细度（%）原则稠度（%）凝结时间（h:min）安定性抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）初凝终凝3d28d3d28d3.097.4253：456：56合格24.652.64.77.72.

5、 掺合料 本项实验研究工作的重点是进行掺合料的优选，是制约着大朝山水电站大坝主体工程的技术核心。可以考虑到的工程附近地区或工程所在省份的掺合料资源有：凝灰岩，粉煤灰，磷矿渣。3. 细骨料 采用人工砂，由大朝山坝址开挖石渣玄武岩加工，其物理性质见表-2表-2 细骨料的物理性质比重吸水率（%）振实容量（Kg/m3）孔隙率（%）细度模数（F.M）含粉率（%）2.771.28190831.32.8684. 粗骨料 采用人工碎石，由大朝山坝址开挖石渣玄武岩轧制，其物理性质见表-3和表-4表-3 粗骨料的物理性质名称饱和面干比重饱和面干吸水率（%）针片状含量（%）压碎指标（%）小石2.80.7211.8中

6、石2.80.419.47大石2.820.258.686.63特大石2.820.252.33表-4 粗骨料容量和空隙率粗骨料级配特大石：大石：中石：小石振实容量（Kg/m3）空隙率（%） 碎 石 二级配60：40167140.350：50167140.155：45167040.1三级配40：30：30175537.530：40：30170039.540：20：40176937四级配30：30：20：20195030.65.外加剂 综合外加剂产品的产量，质量，掺量，价格，运送，以及对碾压混凝土抗压强度的影响的等因素，本次优化实验研究采用以攀刚FDN为主的复合改性外加剂FDN-04。具有明显的工程技

7、术经济一、效益。二.掺合料的选择与优化（一）掺合料品种1.凝灰岩（T） 选用大朝山坝址附近的云县棉花地凝灰岩，实验料为漫湾工程现场生产的棉花地磨细凝灰岩粉成品。图-1是T颗粒外观形貌照片。在扫描电子显微镜下，可看到许多形貌不规则，分散的小颗粒。2. 凝灰岩再解决（TM） 凝灰岩再解决系指对凝灰岩粉用气流磨再次加工，可有效地 变化颗粒表面形貌，减少需水量比，提高活性。图-2是TM颗粒外观形貌照片。在扫描电子显微镜下，可看到许多外观形貌较圆滑，分散的小颗粒。颗粒粒经比T颗粒更小某些。3.粉煤灰（F） 选用昆明普坪村电厂的电收尘粉煤灰。图-3是F颗粒外观形貌照片，在扫描电子显微镜下，可看到许多呈玻璃

8、状，表面光滑的小圆球颗粒，但其中夹有某些碳粒状的不规则颗粒。一般优质粉煤灰中，这种不规则的碳粒状颗粒是很少的。4.粉煤灰，凝灰岩复掺料（FT）FT为粉煤灰和凝灰岩的混合料，作为掺合料比较选择的方案之一。5.磷矿渣（P） 选用昆明三聚磷酸钠厂的水谇磷矿渣，采用SM-1型球磨机进行磨细加工。图-4是P颗粒外观形貌照片。在扫描电子显微镜下，可看到许多形貌菱角分明，颗粒表面光滑，呈现明显玻璃态的分散颗粒，颗粒粒经比T，F大。6.磷矿渣，凝灰岩复掺料（PT） PT为凝灰岩，磷矿渣的混掺料或混磨料。作为掺合料比较选择的方案之一。PT中P的含量比例不同，PT掺合料有不同的技术经济特性。PT掺合料的生产可采用

9、单磨后混掺或直接掺合混磨。（二）物理性质多种掺合料的物理性质见表-5表-5 掺合料的物理性质掺合料品种比重细度（%）需水量比（%）强度比（%）SO3（%）烧失量（%）80um45um凝灰岩2.751023.2109560.013.81凝灰岩再解决2.7501098650.013.81粉煤灰2.37.217.8100740.442.61磷矿渣2.858.321.697863.083.52PT复合料2.99.222.4100721.553.67凝灰岩通过气流再次加工后的产品Tm，强度比由本来T的56%提高到65%，需水量比由本来的109%降到98%，技术性能有一定限度的改善。粉煤灰的强度比为74%

10、，需水量比为100%，45 um筛余为17.8%，根据GB1596-91的技术指标，所采用的F 为级粉煤灰。磷矿渣的强度比为86%，需水量比为97%，细度比F较粗，参照GB1596-91的规定，相称于级粉煤灰细度指标下限，级粉煤灰细度指标上限范畴。P的活性最高，且有一定的减水作用，技术指标优越。高性能的磷矿渣与低活性的凝灰岩按一定的比例混磨或混掺，可获得一种新型的，接近粉煤灰技术性能的PT掺合料。PT掺合料给工程本地减少粉煤灰资源的大朝山水电站，开辟了一条运用本地掺合料的新途径。与粉煤灰相比，两者的需水量比相似，均为100%；PT掺合料的强度比为72%，在活性方面与F相称；细度处在GB1596

11、-91规定的级粉煤灰细度指标下限，级粉煤灰细度指标上限范畴，比本次采用的F较粗。（三）化学成风表-6中列出了磷矿渣，凝灰岩和粉煤灰的化学成风分析成果。凝灰岩中CaO含量极低，SiO2含量虽高，但这种SiO2结晶稳定，而不具水硬活性或在强激发剂的作用下才有些活性，因此凝灰岩粉体现为非活性物质。从表-5可见，凝灰岩粉的需水量比大，胶砂强度比不不小于62%。粉煤灰属低钙灰，但粉煤灰是火力发电厂磨细粉煤灰在锅炉中高温燃烧后由静电收尘装置收回的，为具有大量玻璃微珠的废渣，具有近60%的SiO2活性限度较高，胶砂强度比为74%。表-6 掺合料之化学成分比较化学成分及含量（%）磷矿渣（白色）凝灰岩（紫红色）

12、粉煤灰（灰荷色）SiO241.9265.6358.98Fe2O30.56.38.6AL2O34.4814.7521.78TiO20.160.762.34CaO43.341.43.1MgO1.222.320.94K2O0.612.740.67Na2O0.211.340.09P2O51.260.420.19MnO0.10.10.096SO33.080.010.27烧失量3.523.812.61磷矿渣的CAO的含量高达43.34%，是凝灰岩或粉煤灰的10多倍，这对于磷矿渣的活性起着重要作用。磷矿渣是林5矿石中经高温烧成熔融状态提取黄磷后就经水谇解决的废渣，其中所含的SiO2以玻璃质构造存在，具有较高

13、的活性，事实上磷矿渣粉的活性成分含量达到80%以上，其胶砂强度比高达86%。因此，PT复掺料是运用磷矿渣的高或2性，以弥补凝灰岩的活性局限性，由表-5可见，合适比例的PT复掺料，胶砂强度比可大72%没，接近了粉煤灰的活性，采用新型PT料作为碾压混凝土的掺合料，进一步优化水泥用量和外加剂掺量是有也许的。（四）强度特性根据水工混凝土实验规程SD-82，进行多种掺合料的砂浆抗压强度实验，图-5是砂浆基准组强度曲线。1.凝灰岩砂浆 凝灰岩砂浆的抗压强度随养护龄期和掺量的变化曲线，从图-6可以看出，抗压强度值与养护龄期，凝灰岩掺量有明显关系。强度的增长重要表目前初期的28内，28天后强度增长很小。这阐明

14、凝灰岩的后期活性是很低的。图-6中的凝灰岩掺量是指砂浆中的凝灰岩用量占胶凝材料总量（水泥与凝灰岩用量之和）的百分数。从图中不难看出，当掺量增大时，砂浆强度有规律地下降。当掺量达到碾压混凝土中掺合料的常规用量（60%）左右时，凝灰岩砂浆90天龄期的强度仅为基准组24%。2.粉煤灰砂浆 粉煤灰砂浆的抗压强度随养护龄期和掺量的变化曲线，如图-7 从图-7可以看出，曲线的变化规律与图-6相似。明显的差别是，粉煤灰砂浆28天龄期的强度均已达到或超过凝灰岩砂浆90天龄期的强度。特别是在粉煤灰掺量较大时，后期强度仍有较大幅度的增长。当粉煤灰掺量达60%左右时，粉煤灰砂浆90天龄期的抗压强度为基准值的42%，

15、这阐明粉煤灰的活性明显高于凝灰岩。3.磷矿渣砂浆 磷矿渣砂浆的抗压强度随养护龄期和掺量的变化曲线，图-8从图-8中可以看出，曲线的变化规律与图-6和图-7相似。磷矿渣砂浆的后期强度增长幅度最高，掺量较高时，抗压强度比上述二种掺合料砂浆强度高得多。当磷矿渣掺量达60%左右时，磷矿渣砂浆90天龄期的抗压强度为基准组的54%，磷矿渣的活性最高。4.PT掺合料砂浆经调查分析，云南省具有丰富的饿磷矿渣资源。高活性的磷矿渣与工程本地低活性的凝灰岩混掺或混掺磨既成为一种新型的PT复合掺合料，二种料的比例不同，砂浆的强度特性也不同。图-9至图-11是PT掺合料砂浆强度曲线。PT-3#中磷矿渣的含量为30%，P

16、T-5#中磷矿渣的含量为50%，PT-7#中磷矿渣的含量为70%。PT砂浆强度曲线与粉煤灰砂浆强度曲线作一简朴比较：PT-3#砂浆强度曲线（图-9），均低于粉煤灰砂浆强度曲线（图-7）PT-5#砂浆强度曲线（图-10），7天和28天龄期时均低与粉煤灰砂浆强度曲线；90天龄期与粉煤灰强度曲线十分接近。PT-7#砂浆强度曲线（图-11），7天龄期与粉煤灰砂浆强度曲线接近；28天龄期在PT掺合料用量不不小于50%时，低于粉煤灰砂浆强度曲线，掺用量不小于等于50%时高于粉煤灰砂浆强度曲线；90天龄期的强度曲线明显高于粉煤灰砂浆强度曲线。PT-7#砂浆强度曲线（图11），7天龄期与粉煤灰砂浆强度曲线接近

17、；28天龄期PT掺合料用量不不小于50时，低于粉煤灰砂浆强度曲线，掺用量不小于等于50时高于粉煤灰砂浆强度曲线；90天龄期的强度曲线明显高于粉煤灰砂浆强度曲线。（五）干缩实验根据水工混凝土实验规程SD-82，进行多种掺合料和复掺料的干缩实验。1.不同掺合料品种之砂浆干缩曲线对于碾压混凝土来说，掺合料的用量一般达到60左右。因此，保持掺合料用量为60，比较不同掺合料的砂浆干缩性能。多种掺合料砂浆的干缩值随龄期而变化的曲线如图12所示，图中：B指不掺掺合料的基准砂浆干缩曲线，T指凝灰岩砂浆干缩曲线，F指粉煤灰砂浆曲线，P指磷矿渣砂浆干缩曲线，PT指PT5复掺料砂浆干缩曲线。从图12可以看出，对于不

18、同掺合料品种的砂浆，凝灰岩的干缩率最大，粉煤灰的干缩率最小，PT5的干缩率介于两者之间。与不掺掺合料的基准组相比，凝灰岩的干缩率大大高于基准组，粉煤灰稍低于基准组，PT5复掺料比基准组略高。2.PT掺合料中磷矿渣不同比例对干缩的影响对于PT掺用量为60的砂浆，PT复掺料中的磷矿渣含量的比例对干缩率的影响见图13。由图可见，磷矿渣的含量过多或过少，砂浆的干缩率均增大，干缩率较低的磷矿渣比例范畴为5070。3.PT掺用量的影响图14是复掺料（PT-5#）掺用量对砂浆干缩率的影响曲线，由图可见，PT复合料掺用量在60%如下时，对于干缩率的影响并不明显；而当PT复合料掺量达70时，干缩率明显增大。（六

19、）RCC初凝时间实验成果表7 掺合料品种对碾压混凝土初凝时间的影响掺合料品种实验配合比强度级别外加剂初凝时间（小时）实验条件TR-15FDN-0429温度15湿度55TmR-15FDN-0421FR-15FDN-0413PR-15FDN-0411.5PTR-15FDN-0416表7的实验成果阐明，凝灰岩RCC初凝时间最长；P-RCC初凝时间较短；F-RCC初凝时间稍长某些，在13小时左右；PT-RCC的初凝时间达到16小时左右，可以满足大坝碾压混凝土施工对初凝时间的技术规定。（七）PT的混掺与混磨PT混掺料是指P和T两种原状料分别磨细加工（即单磨），使用时再按一定比例由两个料口同步加入拌和楼或

20、按一定比例预拌后由一种料口加入。这在工程使用上，需要为拌和楼增长一种加料口或者增添预拌设备，并且P和T磨细粉分开运送，工艺不够简便，此项工作中，PT混掺料重要用于室内实验研究，以便拟定P和T的合适比例。PT混磨料是指P和T两种原状料，按一定比例混合投入到粉磨机中一起磨细加工，形成一种新型的PT复合料。工程使用时，既有的混凝土拌和料无需改造，PT混磨料储运单一，性能稳定，加入拌和料工艺与水电工程一般采用的加入粉煤灰掺合料的工艺相似。因此，PT混磨方案应当是较为现实的工程技术方案。为此，94年6月大朝山工程建设主管部门决定再水电十四局漫湾施工局石粉厂进行单磨和PT混磨工业性实验，并提出实验成果总结

21、报告。根据工地进行的两次单磨，两次混磨共230吨料的工业性粉磨实验成果表白：PT混磨产品可以达到规定的技术规定，且产量高，钢耗、能耗较低，粉磨综合技术经济效果较好。表8 不同磨细方式比较磨细方式配合比重要技术参数抗压强度（MPa）水泥（kg/m3）PT料（kg/m3）水（kg/m3）砂（kg/m3）FDN-04(%)VC值（s）R7R28R90室内单磨658284340.797.211.819.2工地单磨658284340.7107.811.018.5工地混磨658284340.7108.010.318.1由表8可见，用室内磨细的PT混合料配制的RCC，90天龄期抗压强度仅比工地磨的PTRCC

22、略高一点，在5左右。工地生产的PT单磨混合料和PT混磨料对碾压混凝土强度的影响如图15所示，两者具有几乎相似的强度特性，证明了PT混磨在工程生产上是可行的，在技术性能上是可靠的。三、碾压混凝土配合比（一）凝灰岩方案（T方案）大朝山水电站碾压混凝土重力坝在可行性研究阶段和初步设计阶段，碾压混凝土配合比实验在凝灰岩方案上做了大量工作，特别是在外加剂激发活性方面做了不少摸索。由于凝灰岩晶体构造稳定，活性很低，外加剂对其活性难以有效激发，初步设计阶段开发的外加剂产品F904，将对碾压混凝土的水泥用量从99 kg/m3降到了80kg/m3,大量的实验证明，进一步减少水泥用量确有困难。这样高的水泥用量，对

23、于大体积碾压混凝土坝的设计来说，温度控制问题是难以解决的。凝灰岩碾压混凝土的干缩过大，大坝的防裂也是令人丹心的问题，因此，必须谋求新的途径，进一步减少水泥用量，满足坝工设计与施工规定。（二）凝灰岩再解决方案（Tm方案）凝灰岩粉经气流磨再次解决成超细粉，作为碾压混凝土的掺合料，其配合比：围堰R103碾压混凝土每方减少水泥用量不到4kg;大坝内部R153碾压混凝土每方减少水泥用量也仅5kg，大坝外部R202碾压混凝土每方减少水泥用量不到10kg。这阐明Tm方案技术经济效益不十分明显，并且增长一套复杂的气流磨再次加工设备。（三）粉煤灰方案（F方案）碾压混凝土筑坝技术通过近二十年的研究和发展，到目前为

24、止国内外已有八十多座此类坝型。从已建工程来看，采用的掺合料品种都为燃煤电厂的粉煤灰，粉煤灰碾压混凝土已有成熟的工程经验可以借鉴。然而，大朝山水电站地处滇西山区，工程所在附近没有粉煤灰资源，可供选用的是远在630km之外的昆明普坪电厂的粉煤灰，但该厂粉煤灰因煤源复杂，且为混排灰，品质不很稳定。该厂粉煤灰产量少，远不能满足大朝山工程需要。（四）粉煤灰、凝灰岩复掺方案（FT方案）以活性较高的粉煤灰和凝灰岩复合掺用，三级配碾压混凝土大坝内部R15-3配合比，经实验证明，虽然水泥用量高达76kg/m3的状况下，仍达不到抗压强度指标。阐明FT方案不适宜采用。（五）磷矿渣方案（P方案）磷矿渣的活性最高，作为

25、碾压混凝土的掺合料时，碾压混凝土的水泥用量可明显减少，但由于碾压混凝土施工特性即可碾性需要，胶凝材料总量不能过少，我们再实验过程中发现，因磷矿渣的比重大，对于大朝山工程特定的砂石骨料，当胶凝材料用量低于160kg/m3，进行工作度实验时，表面难以析出浆液。另一方面，高活性的磷矿渣也不能过多掺用，否则对碾压混凝土的变形性能会有不利影响。根据砂浆实验研究资料，我们在配合比实验时，对于工程的次要部位（如围堰）磷矿渣的掺量控制在70以内，对于工程的重要部位（如大坝主体）磷矿渣的掺量控制在60以内。这些控制指标尚有待通过碾压混凝土的性能实验来拟定，显而易见，P方案碾压混凝土的抗压强度普遍超强诸多，后期强

26、度仍在大幅度的增长，具有优秀的强度特性，这比我们在开展P方案实验时所预料的好得多。表9 P方案碾压混凝土配合比实验成果表配合比编号水泥用量（kg）P(kg)用水量（kg）砂率（）外加剂VC值（s）抗压强度（MPa）品种掺量（）7天28天90天180天碾16-R10-3581068234FDN-040.71110.020.133.740.4碾17-R15-365988334FDN-040.71012.324.238.642.3碾18-R20-21001009138FDN-040.7912.923.137.546.5(六)磷矿渣、凝灰岩复掺方案（PT方案）P方案碾压混凝土配合比的实验研究成果表白，

27、磷矿渣碾压混凝土具有优秀的强度特性，同等水泥用量时，大大高于粉煤灰碾压混凝土的抗压强度值（图16）。因此，以磷矿渣与低活性的凝灰岩复合方案，即PT方案既能运用本地材料，又可减少水泥用量，应是解决大朝山水电站碾压混凝土掺合料问题较为抱负的技术措施。表10 PT方案碾压混凝土第一次实验成果配合比编号设计强度级别水泥用量（kg）P+T（kg）用水量(kg)砂率（）FDN-04(%)VC值（s）抗压强度（MPa）7天28天90天180天碾19R10-365P40T4082340.7118.214.119.423.3碾20R15-368P29T6787340.797.412.316.4碾21R15-36

28、8P38T5786340.798.814.518.7碾22R15-368P45T5084340.798.815.822.6碾23R15-368P48T4884340.798.915.923.2碾24R15-368P57T3883340.799.818.825.9碾25R15-372P44T4482340.71012.019.027.232.1碾26R20-3110P50T5093400.851016.325.033.535.0根据第一次实验成果，由表10和表9可以绘制强度曲线（图17），PT复掺料中磷矿渣相对含量比例对碾压混凝土强度的影响规律（图18）。PT随着磷矿渣相对含量比例的增大，各个龄

29、期的强度都在增长，长龄期的强度增长幅度仍然很高。表11 方案碾压混凝土第二次实验成果配合比编号设计强度级别水泥用量（kg）P+T（kg）用水量(kg)砂率（）FDN-04(%)VC值（s）抗压强度（MPa）3天7天28天90天碾27R10-3659284340.7104.37.211.819.2碾28R15-3689684340.795.29.011.323.3碾29R20-37110084340.795.88.715.424.1碾30R20-37410484340.7106.59.615.925.6碾31R20-210010093400.85107.712.421.531.5分析表10、表1

30、1、图17和图18，可以得到如下PT碾压混凝土配合比优化参数和各部位推荐配合比：1.PT掺合料的最佳比例 当磷矿渣含量为40时，90天龄期的抗压强度为18.7MPa，虽然达到了R15-3配制强度规定，但由于凝灰岩所占比重过大会对碾压混凝土的干缩变形性能有不利的影响。第三部分的掺合料优选实验成果表白，对于磷矿渣、凝灰岩复掺料，当磷矿渣含量为50-60时，砂浆干缩值较小，这就是说磷矿渣含量在40时虽然达到配制强度规定，但技术效果不是最佳的。根据表10，绘制得图19，对于大坝内部碾压混凝土得90天龄期得抗压强度值，当PT掺合料中P含量由30提高到40，增强率为114.0；当P含量由40提高到50时，

31、增强率达到最高峰值124.1；当P含量由50继续提高到60时，增强率下降到111.6，这就是说磷矿渣含量达到50时，技术效果是最佳的，和砂浆实验的结论是一致的。以上分析表白，PT掺合料中P的最优含量是50。同步考虑到复掺料混磨加工的以便，以及技术经济效果等，建议PT复合料采用1：1的比例，即PT复合料中磷矿渣的含量以50为宜。2.最低水泥用量 从图20可以看出，对于大坝内部R15-3碾压混凝土，当水泥用量65kg/m3时（碾-19配比），90天龄期抗压强度19.4MPa，刚好满足配制强度规定。水泥用量68 kg/m3时，90天龄期抗压强度达到23.2MPa，超过配制强度规定，并且有一定的安全余

32、量。考虑到工程初次采用PT掺合料，尚缺少应用经验，因此我们从保守的角度推荐68 kg/m3的水泥用量（碾23配比）作为PT方案R15-3碾压混凝土的优化水泥用量，碾28配比是碾23的复核实验，两次实验的90天龄期抗压强度几乎相等。对于大坝外部R20-2碾压混凝土，当水泥用量100 kg/m3（表11中碾31），满足配制强度规定。但是考虑到大朝山水电站大坝拟采用全碾压混凝土方案，100m以上的高坝运用上游面二级配碾压混凝土本体直接防渗，尚没有工程先例。为了保证上有面二级配碾压混凝土层面的良好结合，R20-2采用富水泥用量配合比。因此，以表10中的碾26作为推荐配合比，水泥用量111 kg/m3，

33、90天龄期抗压强度33.5MPa。对于围堰R10-3碾压混凝土，因工作度对胶凝材料总量有一定的规定，推荐表10中的碾19配比；对于拱围堰R20-3碾压混凝土，推荐表11中的碾30配比是合适的。（七）不同掺合料的碾压混凝土优化配合比符号阐明：T凝灰岩作掺合料的碾压混凝土配合比；Tm凝灰岩再解决方案的碾压混凝土配合比；F粉煤灰作掺合料的碾压混凝土配合比；FT粉煤灰、凝灰岩混合掺合料的碾压混凝土配合比；P磷矿渣作掺合料的碾压混凝土配合比；PT磷矿渣、凝灰岩混合掺合料的碾压混凝土配合比。多种不同掺合料的碾压混凝土优化配合比和材料用量，详见如下各表：表12 碾压混凝土优化配合比表（三级配）掺合料方案水泥

34、用量（kg/m3）掺合料用量（kg/m3）用水量(kg/m3)砂率（）外加剂VC值（s）抗压强度R90（MPa）品种掺量(%)T72887834FDN-041.01016.7Tm68847434FDN-040.851013.4F451058734FDN-040.7917.8P581068234FDN-040.71133.7PT65808234FDN-040.71119.4PT（拱围堰）741048535FDN-040.71025.6表13 R90150#碾压混凝土优化配合比表（三级配）掺合料方案水泥用量（kg/m3）掺合料用量（kg/m3）用水量(kg/m3)砂率（）外加剂VC值（s）抗压强度

35、R90（MPa）品种掺量(%)T80908034FDN-042.01020.1Tm75926834FDN-042.01020.8F65988534FDN-040.71023.1P65988334FDN-040.71038.6PT68968434FDN-040.7923.2表14 R90200#碾压混凝土优化配合比表（二级配）掺合料方案水泥用量（kg/m3）掺合料用量（kg/m3）用水量(kg/m3)砂率（）外加剂VC值（s）抗压强度R90（MPa）品种掺量(%)T130809040FDN-041.0925.1Tm120748540FDN-041.010F901109438FDN-040.651

36、025.7P1001009138FDN-040.71037.5PT1101009340FDN-040.851033.5表15 碾压混凝土材料用量表（以1m3计算）优化配合比水泥（kg）掺合料（kg）水（kg）砂（kg）小石（kg）中石（kg）大石（kg）外加剂（kg）部位R10-3T7288788084706274701.600重力围堰Tm6884748154756334751.292F45105877954636174631.050P58106828034676234671.148PT6580828114726294721.015R15-3T8090728124736304733.400大坝

37、内部Tm7592688164756344753.340F6598857944636174631.141P6598838044686244681.141PT6896848024676234671.148R20-2T13080909086816812.100大坝外部Tm12074859196896891.940F90100948576996991.300P100100918657067061.400PT110100939046786781.785R20-3PT74104857984656191.246拱围堰综合分析大朝山水电站多种掺合料的碾压混凝土优化配合比，设计选用磷矿渣、凝灰岩混磨掺合料；大坝

38、内部碾压混凝土为R90150#三级配；大坝上游防渗外部碾压混凝土为R90200#二级配；拱围堰碾压混凝土为R90200三级配。设计推荐碾压混凝土配合比见表16。表16 设计推荐碾压混凝土配合比配合比编号水泥（kg/m3）PT（kg/m3）用水量(kg/m3)砂率（）外加剂品种及掺量VC值（s）90天抗压强度（MPa）碾压混凝土大坝内部150三级配R15-368968534FDN-040.7%923.2大坝外部200二级配R20-21101009540FDN-040.851033.5拱围堰200三级配R20-3741048534FDN-040.7%1025.6结语 本实验研究工作，对六种掺合料方

39、案及其碾压混凝土配合比进行优化，并通过简朴的技术经济分析比较，推荐大朝山工程采用磷矿渣、凝灰岩混掺方案。经分析研究得出如下初步结论：（一） 对多种掺合料物理力学性能、微观形貌和化学成分的实验研究成果表白：1. 凝灰岩粉均为多棱角表面粗糙且形状不规则的颗粒，其需水量比较大，高达109，CaO含量最低，SiO2达65.63，AI2O3达14.75，由于大部分构造因长期沉积而转化为比较稳定的晶体，因此其活性较差，抗压强度比仅为56，凝灰岩为非活性材料。2. 对凝灰岩粉进行气流磨细，其颗粒形貌得到改善，球形颗粒增长，需水量比减少，能参与水化化学反映的比表面积有所增长，因此抗压强度比有所提高，但其晶体构

40、造形态未变，因此其活性从本质上未得到改善。3. 粉煤灰是重要由球状玻璃体构成，具有58.98的SiO2和【CM】21.78的AI2O3，在碱Ca(HO)2的激发下，具有一定的活性，抗压强度比达74。4. 磷矿渣是由大量表面光滑的玻璃体构成，其需水量比较小，具有41.92的SiO2和43.43的CaO，易生成C-S-H凝胶，因此磷矿渣的抗压强度比高达86。综合分析：磷矿渣的活性最高，粉煤灰次之，凝灰岩的活性最低。磷矿渣、凝灰岩混磨的PT掺合料的活性与粉煤灰接近。（二） 通过砂浆实验，比较凝灰岩、粉煤灰、磷矿渣、PT混合料这几种掺合料的强度和干缩性能，并对PT混合料中磷矿渣的合适含量进行分析论证，

41、获得如下初步结论：1. 凝灰岩活性最低，凝灰岩砂浆的干缩率最大；2. 粉煤灰活性高于凝灰岩，低于磷矿渣，粉煤灰砂浆的干缩率最小；3. 磷矿渣活性最高，磷矿渣砂浆的干缩率比凝灰岩的低得多，但仍比基准组略高；4. PT混合掺合料，改善了凝灰岩的活性和干缩率，混合掺合料的活性随磷矿渣含量的增大而有规律地增高，磷矿渣含量为50的混合掺合料（即PT-5复合料），其活性与粉煤灰的十分接近。经比较，PT-5复合料的干缩性能也较好。磷矿渣的含量以50左右为宜。（三） R90150#碾压混凝土的初凝时间实验成果表白：如下T、Tm、F、P、PT作掺合料的碾压混凝土的初凝时间分别为29、21、13、11.5、16小

42、时，PT方案的初凝时间比F方案延长，可以较好地满足大坝碾压混凝土施工初凝时间地技术规定。（四） 通过对多种掺合料地碾压混凝土配合比实验成果表白：1凝灰岩粉体地晶体构造比较稳定，活性差，需水量比大，一般外加剂难以激发其活性。因此凝灰岩方案（T方案），大坝内部碾压混凝土地水泥用量80 kg/m3，已经做出了极大的努力，进一步减少水泥用量确有困难。2对凝灰岩进行再加工解决，即气流磨解决方案（Tm方案），可将水泥用量减少到75 kg/m3，但一次性设备投资很大，在大型水电工程中生产尚没有工程先例，紧张的疑虑问题较多，故不适宜采用。3采用磷矿渣单掺方案（P方案）可将大坝内部碾压混凝土水泥用量降到65 k

43、g/m3，甚至更低，外加剂的用量降到0.7%，但超强过多。采用磷矿渣过多，造价增长，不经济。4粉煤灰方案（F方案），可将大坝内部碾压混凝土水泥用量降到65 kg/m3，技术性能达到或超过设计指标规定。考虑到粉煤灰品质的稳定性，由于所用粉煤灰需所有由昆明运抵工地，运费昂贵，并需扩大建厂投资，因此该方案造价较高。5粉煤灰、凝灰岩复掺方案（FT方案），150碾压混凝土水泥用量高达76 kg/m3的状况下，仍未达到设计强度指标，技术效果较差，不应作为考虑方案。6磷矿渣、凝灰岩混合掺合料（PT方案），优化后各自比例为1：1。手云南大朝山水电有限责任公司委托，水电十四局漫湾施工局石粉厂进行了磷矿渣、凝灰岩

44、混磨和单磨的工业性生产实验，成果表白：混磨生产与磷矿渣、凝灰岩分别单磨相比，混磨生产率提高，钢耗减少。我们进行的PT混磨料碾压混凝土复核性实验表白，PT混磨料可以达到各项技术规定，并且与单磨掺合料相比，两者RCC强度性质变化不大，从而消除了PT方案在工程应用上，对生产工艺的紧张。PT方案可将大坝内部碾压混凝土的水泥用量减少到68 kg/m3，外加剂用量降到0.7%，满足设计规定。 综上所述，我们觉得以磷矿渣、凝灰岩混磨作为大朝山碾压混凝土掺合料，技术上可行、经济上合理，是可以应用于工程实践的方案。大朝山水电站就地取材凝灰岩与磷矿渣混磨作为全断面碾压混凝土坝的掺合料，既解决了本地无粉煤灰资源的大

45、朝山水电站碾压混凝土重力坝的掺合料问题，并可获得明显的技术经济效果，又为国内缺少粉煤灰的地区修筑碾压混凝土坝开发了新的料源。选用磷矿渣和本地所产凝灰岩混磨掺合料是大朝山工程碾压混凝土坝设计的一项重大技术措施。为此，除进行了大量的室内实验加以论证其技术上的可靠性和经济上的合理性外，尚准备在大坝正式碾压前，结合施工临建工程以及上游碾压混凝土拱围堰开展大型生产性实验，进一步优化碾压混凝土配合比，各项物理力学、热学变形等性能以及各项施工工艺措施，保证工程质量和施工进度，推动这一新技术的发展。大朝山水电站高115m的碾压混凝土重力坝的建设，将为国内继续推广百米以上大坝应用本地材料作碾压混凝土掺合料，并采用富胶凝材料的碾压混凝土方渗同大坝内部混凝土一次性全断面碾压筑坝提供经验。