低熱硅酸鹽水泥與粗?；◢弾r骨料配合比試驗(yàn)研究

胡建立

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況

雙江口水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州馬爾康市和金川縣境內(nèi)，是大渡河流域水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的上游控制性水庫(kù)，壩址位于大渡河上源河流足木足河與綽斯甲河匯合口以下約2km處。電站裝機(jī)容量2000MW，多年平均發(fā)電量77.07億kW·h，水庫(kù)正常蓄水位2500m，總庫(kù)容28.97億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容19.17億m3。工程為Ⅰ等大(1)型工程，樞紐主要建筑物為1級(jí)建筑物，樞紐工程由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。攔河大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高312m，壩頂高程2510m，最大壩高312m，壩頂寬度16.00m，壩頂長(zhǎng)度639.0m。

雙江口水電站心墻蓋板混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)為C25W10F50，左、右岸岸坡蓋板厚度為50cm，標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)號(hào)規(guī)格為16m(寬)×20m(高)，內(nèi)部設(shè)置φ14單層鋼筋，鋼筋與模板間保護(hù)層厚10cm；河床蓋板混凝土設(shè)計(jì)厚度100cm。各倉(cāng)間均設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，結(jié)構(gòu)縫由銅止水、苯板、三道瀝青及GB止水條組成，上游端頭結(jié)構(gòu)縫內(nèi)設(shè)置止水槽，倉(cāng)內(nèi)設(shè)置φ12單層鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間排距12.5cm×12.5cm。

2 原材料選擇

為有效控制蓋板混凝土內(nèi)部溫度，降低蓋板混凝土絕熱溫升值，在蓋板混凝土配合比試驗(yàn)前，進(jìn)行了原材料優(yōu)選，主要措施有：①采用低熱硅酸鹽水泥；②采用Ⅰ級(jí)粉煤灰；③采用高性能減水劑。

2.1 水泥

低熱水泥具有硅酸三鈣(C3S)含量低，硅酸二鈣(C2S)含量高的特點(diǎn)，使得低熱水泥具有水化熱小，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高等特性，能夠有效防止或減少大體積混凝土因溫度應(yīng)力導(dǎo)致的開(kāi)裂問(wèn)題。低熱水泥為嘉華特種水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·LH42.5水泥。水泥檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 水泥物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

表2 水泥化學(xué)組成及水化熱檢測(cè)結(jié)果

2.2 粉煤灰

品質(zhì)優(yōu)良的Ⅰ級(jí)粉煤灰有“固體減水劑”之稱，能夠有效地減少混凝土單位用水量，改善和提高混凝土的性能。粉煤灰采用搏磊F類Ⅰ級(jí)粉煤灰。粉煤灰檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 粉煤灰檢測(cè)結(jié)果

2.3 骨料

生產(chǎn)粗、細(xì)骨料的原巖為黑云鉀長(zhǎng)花崗巖，非堿活性骨料。粗骨料分為二級(jí)，粒徑5mm～20mm、20mm～40mm。細(xì)骨料和粗骨料檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

表4 細(xì)骨料檢測(cè)結(jié)果

表5 粗骨料檢測(cè)結(jié)果

2.4 外加劑

采用蘇博特的高性能型減水劑和引氣劑。減水劑及引氣劑各項(xiàng)指標(biāo)滿足《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5100-2014)的技術(shù)要求。

3 混凝土配合比試驗(yàn)

3.1 第一階段配合比試驗(yàn)

第一階段混凝土配合比試驗(yàn)由于雙江口水電站1#砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)尚未投產(chǎn)，配合比試驗(yàn)使用的砂石骨料采用把原巖運(yùn)輸至鍋浪蹺水電站加工生產(chǎn)。生產(chǎn)骨料的原巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度64.7MPa，軟化系數(shù)0.72；細(xì)骨料石粉含量為17.8%，云母含量2.0%；粗骨料粒形較差，尖銳棱角較多，類似針片狀顆粒較多。第一階段的配合比試驗(yàn)成果見(jiàn)表6。

表6 第一階段混凝土配合試驗(yàn)成果

第一階段配合比試驗(yàn)混凝土單位用水量較大，坍落度50mm～70mm時(shí)，單位用水量達(dá)到132kg/m3～135kg/m3。當(dāng)混凝土拌和物含氣量小于4.5%時(shí)，拌和物出現(xiàn)和易性不好、黏聚性差的現(xiàn)象。同時(shí)，混凝土拌和物中細(xì)料(砂漿)出現(xiàn)下沉速度較快，混凝土出現(xiàn)死板、不柔和的現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土施工性能較差。因此在進(jìn)行配合比試驗(yàn)過(guò)程中混凝土拌和物含氣量按4.5%～6.0%進(jìn)行控制。

3.2 第二階段配合比試驗(yàn)

外加劑廠家針對(duì)第一階段配合比試驗(yàn)成果對(duì)減水劑配方進(jìn)行調(diào)整，減水劑母體為醚類，屬于大減水體系，其主鏈較長(zhǎng)、側(cè)鏈較短，具有減水率高、釋放快，敏感性較強(qiáng)的特點(diǎn)。配合比試驗(yàn)時(shí)減水劑固含量為20.7%。

第二階段混凝土配合比試驗(yàn)使用的骨料為雙江口水電站1#砂石骨料系統(tǒng)生產(chǎn)的骨料。細(xì)骨料的石粉含量較高達(dá)到14%～23%，云母含量1.7%；粗骨料粒形較差，尖銳棱角較多，類似針片狀顆粒較多。

3.2.1 石粉含量區(qū)間的確定

在第二階段配合比試驗(yàn)中出現(xiàn)混凝土拌和物和易性不穩(wěn)定，黏稠、流動(dòng)性差的現(xiàn)象。對(duì)拌和物結(jié)果分析：主要原因是石粉含量不穩(wěn)定，且部分細(xì)骨料中石粉偏高。為解決此問(wèn)題，采用9%、12%、15%、18%的石粉含量進(jìn)行混凝土拌和物性能及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，優(yōu)選最佳石粉含量區(qū)間。不同石粉含量混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 不同石粉含量混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)表7的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：隨著石粉含量的增加，混凝土拌和物坍落度及含氣量減少，石粉含量較少時(shí)(9%)混凝土和易性較差，石粉較高時(shí)(18%)混凝土粘稠，流動(dòng)性差；石粉含量為12%～15%混凝土和易性較好且強(qiáng)度較高，含氣量也較為合適。因此在進(jìn)行配合比試驗(yàn)時(shí)細(xì)骨料石粉含量控制在12%～15%范圍內(nèi)。

3.2.2 第二階段配合比試驗(yàn)成果

第二階段配合比試驗(yàn)時(shí)，砂細(xì)度模數(shù)為2.72，石粉含量采用推薦石粉含量12%～15%中值±1%；減水劑采用調(diào)整配方后的減水劑；粉煤灰摻量調(diào)整為20%、30%。第二階段配合比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8、表9、表10。

表8 不同溫度對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響

表9 混凝土配合比參數(shù)及強(qiáng)度增長(zhǎng)率

表10 混凝土變形性能

第二階段配合比試驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題：①當(dāng)含氣量小于4.5%時(shí)，混凝土拌和物出現(xiàn)黏聚性差、細(xì)料(砂漿)出現(xiàn)下沉速度較快，混凝土死板、不柔和，導(dǎo)致混凝土施工和易性較差；②減水劑摻量較高，減水劑對(duì)原材料的敏感性強(qiáng)，拌和物復(fù)現(xiàn)性差。

3.3 第三階段配合比試驗(yàn)

為解決第二階段配合比試驗(yàn)存在的問(wèn)題，外加劑廠家再次進(jìn)行了減水劑配方調(diào)整。減水劑母體為醚類，屬于高和易性體系，其主鏈較短、側(cè)鏈較長(zhǎng)，支鏈嫁接特定基團(tuán)，具有減水效果釋放平緩，減水率適中，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。配合比試驗(yàn)時(shí)減水劑固含量為29.2%。第三階段混凝土配合比試驗(yàn)使用的骨料與第二階段相同，砂細(xì)度模數(shù)為2.78，石粉含量14.1%，云母含量1.8%；粗骨料仍然存在粒形較差，尖銳棱角較多，類似針片狀顆粒較多的現(xiàn)象。

3.3.1 減水劑摻量的確定

第三階段配合比試驗(yàn)初選減水劑摻量為0.7%，但在配合比試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了減水劑摻量為0.7%時(shí)混凝土中砂漿下沉速度較快，砂漿下沉后混凝土出現(xiàn)表面粗骨料裸露，有輕微離析現(xiàn)象，同時(shí)混凝土出現(xiàn)復(fù)現(xiàn)性差的狀況。因此進(jìn)行了固定各種材料用量不變，只增減3kg減水劑與用水量的敏感性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 減水劑與用水量敏感性試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)表11的檢測(cè)結(jié)果分析：減水劑摻量為0.7%，減水劑與用水量具有較強(qiáng)的敏感性。用水量略微變化，混凝土坍落度、含氣量、抗壓強(qiáng)度波動(dòng)較大，這將導(dǎo)致在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中拌和質(zhì)量無(wú)法控制。因此，在進(jìn)行配合比拌制過(guò)程中經(jīng)過(guò)試驗(yàn)將減水劑摻量降低至0.62%～0.63%。

3.3.2 粉煤灰摻量對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響

雙江口水電站所處地理位置不同季節(jié)溫度變化較大，為滿足不同季節(jié)施工需要，進(jìn)行了粉煤灰摻量10%、20%、30%的凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)。不同粉煤灰摻量凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 不同粉煤灰摻量凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

3.3.3 第三階段配合比試驗(yàn)成果

第三階段混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表13。

4 配合比試驗(yàn)取得的成果

雙江口水電站原巖為黑云鉀長(zhǎng)花崗巖，原巖顆粒粗大，巖塊中云母含量較高，耐磨性較差；原巖加工成混凝土骨料后，細(xì)骨料中云母含量較高，粗骨料表面粗糙，粒形較差，類似針片狀含量較多。通過(guò)配合比試驗(yàn)研究，取得如下成果供類似工程參考：

(1)混凝土拌和物含氣量較小時(shí)，混凝土和易性及施工性能差，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)混凝土含氣量控制；

(2)混凝土凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，溫度對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間有著顯著影響；

(3)石粉含量對(duì)混凝土性能有著顯著影響，配合比試驗(yàn)應(yīng)選擇合理的石粉含量區(qū)間，骨料生產(chǎn)應(yīng)控制石粉含量；

(4)混凝土抗壓彈性模量較小，具有較好的變形適應(yīng)能力。

5 結(jié)語(yǔ)

雙江口水電站心墻蓋板混凝土采用低熱水泥、粗粒花崗巖作為混凝土原材料雖然取得了一定的試驗(yàn)成果，但仍然存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究探索：

(1)不同減水劑母體種類對(duì)混凝土和易性及抗壓強(qiáng)度具有顯著影響，減水劑母體種類和混凝土的匹配性應(yīng)進(jìn)一步研究；

(2)減水劑減水效果較高時(shí)，減水劑敏感性較強(qiáng)，不利于混凝土拌和質(zhì)量控制，合理的減水率應(yīng)進(jìn)一步研究；

(3)混凝土凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，曾在混凝土中摻加早強(qiáng)劑縮短混凝土凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)，早強(qiáng)劑摻量達(dá)到3%時(shí)，凝結(jié)時(shí)間僅縮短約1h，效果不明顯，如何有效縮短混凝土凝結(jié)時(shí)間應(yīng)進(jìn)一步研究；

(4)粗粒花崗巖加工后存在粗骨料表面粗糙，粒形較差，類似針片狀含量較多的現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)一步研究骨料生產(chǎn)工藝的適配性，提高骨料質(zhì)量。