观音岩水电站右岸大坝常态混凝土配合比设计及性能试验

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1、观音岩水电站右岸大坝常态混凝土配合比设计及性能试验摘 要：根据观音岩水电站工区现场实际，右岸大坝列出了 5 个常态混凝土 配合比，主要涉及坝体基础约束区、闸墩、坝顶、溢洪道导墙、二期混凝土等范 围。对水泥、粉煤灰、外加剂、骨料等原材料进行品质检测，在此基础上选择经 济合适的配合比参数，并给出推荐配合比，性能指标试验满足设计要求。关键词： 原材料试验；参数选定；推荐配和比；性能试验1 引 言观音岩水电站挡河大坝由左岸、河中碾压混凝土重力坝和右岸粘土心墙堆石坝组成为混合坝，坝顶总长1158m,其中混凝土坝部分长838.035m，心墙堆石坝 部分长319.965m。混凝土坝部分坝顶高程为1139.0

2、0m，心墙堆石坝部分坝顶高 程为1141.00m，两坝型间坝顶通过5%的坡相连。碾压混凝土重力坝部分最大坝 高为159m，心墙堆石坝部分最大坝高71m。混凝土大坝从左至右依次为：左岸非 溢流坝段、左冲沙底孔坝段、河中厂房坝段、导流底孔坝段、双泄中孔坝段、导 流明渠坝段、溢洪道过渡坝段、岸边溢流坝段、混凝土坝与堆石坝连接过渡坝段2 原材料试验观音岩水电站大坝施工混凝土所用水泥、粉煤灰、外加剂和骨料均由发包人 提供。大坝标混凝土配合比试验水泥采用云南永保特种水泥股份有限公司提供的 永保牌中热 42.5 硅酸盐水泥；粉煤灰采用攀枝花市利源粉煤灰制品有限公司生 产的II级粉煤灰；粗细骨料为中水九局生产

3、的石灰岩人工砂石骨料；外加剂采用 浙江龙游五强混凝土外加剂有限公司生产的 ZB-1A 型缓凝高效减水剂和 ZB-1G 型 引气剂。2.1 水泥水泥是混凝土中的主要胶凝材料，也是决定混凝土强度及其他各项性能指标的主要因素。水泥物理力学性能检测和化学分析检测结果分别见表 1，表2。表 1 水泥物理力学性能检测结果凝结时密t标间抗压强度抗折强度水度壬田比表安(MPa)(MPa)稠(min)泥品(面积定种g/cm(cm2/g)性9表 2 水泥化学成份检测结果泥品种烧SAFCMSfCC碱失量iO2lO2 3eO23aOgOO3-CaOS3A3含量水GB200-2003试验结果表明：永保牌 P.MH42.

4、5 水泥的物理力学和化学指标均符合中热 硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥GB200-2003的标准要求。化学成份分析结果来看，MgO含量较高，达到4.14%，产生微膨胀可部分补 偿混凝土后期收缩，对简化混凝土温控措施、减少混凝土温度裂缝具有重要意义 C A含量较低，仅3.89%，对降低混凝土早期水化热温升有利，同时对混凝土抵抗3硫酸盐侵蚀，提高混凝土耐久性非常有利。2.2粉煤灰混凝土中掺入优质粉煤灰可改善混凝土和易性，提高密实性、耐久性及抗硫 酸盐侵蚀性能，减少混凝土的干缩变形，大幅度降低水化热温升，有利于防止和 减少混凝土温度裂缝。粉煤灰品质检测结果见表 3。表 3 粉煤灰品质

5、检测结果品种密度(g/cm 3)细度(%)需水比(% )SO3(%)碱含量(%)烧 失量(% )含水量(%)利源II级2.216.81020.8/5.20DL/T50552007II 级25105381检测结果表明：粉煤灰性 能符合 水工混凝土 掺用粉煤灰 技术规程DL/5055-2007对II级粉煤灰的技术指标要求，属II级粉煤灰。2.3 骨料粗、细骨料采用观音岩水电站中水九局生产的石灰岩人工砂石骨料，粗骨料 拉至试验室全部进行人工再次筛洗，用于配合比试验的所有粗骨料均是冲洗干净 并保持饱和面干状态。2.3.1 细骨料细骨料为石灰岩人工砂，砂品质检测结果见表 4。表 4 砂品质检测结果砂品种

6、细度模数石粉含量(%)微石粉(0.08 以 下)总量(%)饱 和面 干吸 水率 (%)堆 积密度(kg/m3)表观密度(kg/m3)坚固性(%)人工砂2.7713.210.01.60167027003DL/T5144-20012.42.861825008检测结果表明：细度模数为 2.77，石粉含量 13.2%，对混凝凝土和易性有利。细骨料各项品质指标均满足水工混凝土施工规范(DL/T5144-2001 )的要求。2.3.2 粗骨料粗骨料为石灰岩人工骨料。分为小石(520mm)，中石(2040mm)，大 石(4080mm)人工粗骨料品质检测结果见表5。表5人工粗骨料品质检测结果骨料表堆松 紧紧

7、饱 中 针 压 坚271441630415-2010506.5608.4.31150.127144163020-4020606.3509.3.1824- ()271441630r140-8020506.7409.7.1403- ()观密度积密度散孔密密度密孔和面(kg/m3)(kg/m3)隙率(kg/m3)隙率干（%）（%）水率(%)粒径(mm)片状碎指标固性: (%)(%)/(%)径%)DL/T50-144200125502.5151370结果表明：粗骨料性能指标满足规范水工混凝土施工规范 DL/T5144-2001的要求。2.4外加剂浙江龙游ZB-1A型缓凝高效减水剂和ZB-1G型引气剂品

8、质检测依据水工混凝土外加剂技术规程（DL/T 5100-1999）的有关要求进行，水泥用永保牌42.5中热硅酸盐水泥，减水剂掺量 0.7%，引气剂按 0.005%进行检测，试验成果见表 6。表 6 品质性能试验结果浙江龙游0.74i.32 20.011.2+393+714158148143DL/T5100-1999缓 凝高 效减 水剂3.0 215100+ 120 +240212521252120浙江0.0574+999龙游05.4.03.7861004.61.91.9DL/T5引4!-90 2: 2100-1999气剂.5670+1209090855.5表6表明，减水剂的减水效果较好，引气剂

9、的引气效果较好，外加剂各项性 能均能满足规范或施工要求。3常态混凝土技术指标及配制强度根据混凝土设计指标 ,混凝土强度保证率按照水工混凝土施工规范DL/T5144-2001规定，观音岩水电站主坝混凝土配制强度按以下公式计算：混凝土配制强度计算公式为：f二f , + tocu,o cu k式中：f 一混凝土配制强度，单位MPa；cu,of ,设计的混凝土强度标准值，单位MPa；cu kt 概率度系数，参照表7选用；。一施工的混凝土强度标准差，单位MPa,根据不同的强度等级，。参照 表8选用。按照观音岩水电站常态混凝土设计要求，计算混凝土技术指标及配制强度见 表9。表7保证率和概率度系数关系保证率

10、8889999p(%)0.02.95.00.03.35.07.7概率度0011112系数t.84.95.04.28.50.65.09.9混凝土强C 20C 30C 40三C90909090度标准值C 15C 25C 35C 4550909090903.o(MPa)54.04.55.05.5表 9 混凝土配制强度号序混凝土设计 等级配强 度标准 级值(MPa)保证率概 率度系 数t标 准差0(MPa)配 制强度(MPa)坝体部位P%)(C 20W890F100三20080.844.023.4基础垫层2C 25W828F100三25591.654.031.6非溢流坝段坝顶3C 25W828二259

11、1.43泄槽、管道F100565.01.6及孔口周边结构C 30W8428F100三 3095651.J7.43预应力闸墩C 25W8528F100一 2595651.04J门槽二期混凝4 混凝土配合比设计通过选择合适的组成材料，使胶凝材料最大限度的填满粗骨料空隙，并包裹 粗骨料颗粒，形成均匀密实的混凝土，以满足大坝对混凝土的强度、耐久性、低 热及经济要求。4.1 确定配合比参数（1）砂率。固定一个水灰比和用水量，对 3 个砂率进行试拌试验，最终以 混凝土拌和物粘聚力好、保水性好、棍度适中、混凝土拌和物密度较大并达到要 求的流动度时时的砂率为最优砂率。（2）单位用水量。以满足混凝土拌合物流动度

12、要求时作为确定单位用水量 的原则。（3）外加剂掺量。根据减水效果、引气效果、混凝土拌合物不发生离析时 确定外加剂掺量。（4）粉煤灰掺量。在满足混凝土强度、耐久性的前提下，最大限度加大掺量，既可以满足混凝土和易性，又可节约水泥，降低水化热。5）水胶比。在满足强度及耐久性要求并考虑到拌合物粘聚性和保水性的前提下，尽可能采用较大的水胶比，以节约水泥。根据选择的材料，由公式（1）大致确定一个水胶比，然后按 0.05 分别增减，得到多个水胶比, 通过试验中的混凝土强度与对应水胶比的关系曲线，再将确定的混凝土配制强度 代入相关性方程，由此计算出水胶比，然后依据设计要求或允许最大水胶比限值 确定最终水胶比。

13、f =Af （C/W-B） 公式（1）cu,o cef 混凝土配制强度 MPacu,of 水泥28d龄期实测抗压强度MPaceA、B回归系数（6）配合比参数。由选定的参数，采用“绝对体积法”计算单位混凝土各种材料用量，最后得到的各配合比参数见表10。在确定的参数中1#5#配合比 的粉煤灰掺量分别为： 40%、30%、30%、30%、30%。二级配骨料中小石：中石 =40:60，三级配骨料中小石：中石：大石=30:30:40。水胶比的确定主要根据水胶比、粉煤灰掺量与抗压强度的关系来进行，同时 兼顾混凝土的极限拉伸值和耐久性等指标。表10配合比参数表TT.5500071 30:30:40270.0

14、0503 13302.40100:30:0.7.0054053.4003 12840:6033.70 .005503 13304.40100:30:0.7.00340503 1305.40398.7.00554.2 推荐配合比经试拌调整和混凝土性能试验，得到满足大坝各部分具体要求的配合比，结果见表 11。表 11 推荐配合比号話 设计指标坍水粉砂级落度丨水煤丨率I水I气剂胶比I灰II剂(%) (%) (%)配引1mm)/万）水泥煤1量灰C 20W830L3() 0176190F100050.5502.7.0050717878C 25W8503() 0176C228三F100070.4500.7

15、.0051071321C 25W8503() 0-i1i90F1006.6.60.38.82.921008C 25W834.45230228F1006.2.32.26.89/1008C 25W837.20328/F1005.88.861008C 30W838.20428/F1002.97.8810085C 25W82836./2/03F1005.66.876.51008表 13 自生体积变形（10-6）编强度级观察龄期C 20W8三11190362322F10093C 30W8428F100C 25W8528F100C 25W8三 1222 2895433F100445C 25W8二 1221

16、3286552F1000031表12 表明各配合比的强度、耐久性均达到设计要求。表13 表明自生体积变 形均不大，有利于混凝土防裂。总的来说，推荐的混凝土配合比能够达到观音岩 水电站大坝混凝土设计要求。（2）观音岩水电站大坝混凝土具有低温要求，在试验过程中对 5 个配合比 均进行了绝热温升试验，观察结果见表 14、图 1。表14混凝土绝热温升（C）编号强度 配等级级观察龄期1d2d3d5dd7114d21d28dC 20W8三489111115190F100.3.0.81.93.24.44.8.0C 25W8三811122225228F100.23.46.09.31.13.34.3.1C 25

17、W8二911222226328F100.85.38.50.62.44.65.7.4C 30W8三112222228428F1000.97.10.63.15.57.37.9.3C 25W8一111222226528F1000.26.37.50.32.64.85.7.6721 _=: ri- _? g图 1 混凝土绝热温升表 14、图 1 表明，5 个配合比前 3 天绝热温升较快，第 5 至 7 天发展稍慢， 往后发展逐渐趋于平稳。但总的绝热温升较低，满足设计要求。6 结语(1) 经检测，永保牌中热42.5硅酸盐水泥、攀枝花市利源II级粉煤灰、中 水九局生产的石灰岩人工骨料、浙江龙游 ZB-1A 型缓凝高效减水剂和 ZB-1G 型引 气剂原材料品质合格。(2) 试验优选确定的配合比参数合理，满足设计强度、耐久性、极限拉伸 值等指标要求。( 3 )本文提出的混凝土推荐配合比符合设计要求，适用于观音岩水电工程。 作者简介：瞿祖旭(1980) ，男(苗族) ，贵州松桃人，工程师，主要从事 水利水电施工技术、质量管理。