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1、冲乎尔水电站大坝碾压混凝土配合比设计和试验研究徐超 焦军峡 豆云霞摘 要 冲乎尔水电站地处我国北疆。特殊的地理位置和 恶劣的气候环境以及对抗裂、抗冻、抗渗等耐久性 较高要求， 给坝 体大体积碾压混凝土施工配合比的 设计和试验研究带来了一定的难度；坝体碾压混凝土施工表明：混凝土各项性能指标均满足设计和相关规范要求，由此说明其混凝土配合比的设计和试验是可行的，推荐的施工配合比是合理的。关键词 碾压混凝土 配合比设计 试验研究1 碾压混凝土的主要技术要求冲乎尔水电站坝体碾压混凝土的大坝上游面防渗层及下游面混凝土采用二级配碾压混凝土；坝体内部采用三级配碾压混凝土。各部位混凝土性能指标见表 1。表 1
2、碾压混凝土性能指标表混凝土级配 二 三混凝土等级 C18020W8F200/F300 C18015W4F50密实度 98% 98%极限拉伸 0. 810 -4 0.7510 -4密度（kN/m 3） 23.8 23.82 原材料选择及检测2.1 水泥初步选择新疆伊力特北屯建材有限责任公司生产的 P.O42.5、P.O32.5 水泥，按照规范GB1751999对其进行检测，结果见表 2。表 2 水泥品质检测结果表凝结时间(h:min)抗折强度(MPa)抗压强度(MPa)检测项目密度(kN/m3)细度(%) 初凝 终凝安定性标准稠度用水量(%)烧失量(%)MgO含量(%)SO3含量(%) 3d 2
3、8d 3d 28dP.O32.5 30.0 3.2 2：57 4：07 合格 28.2 3.92 2.21 1.94 4.9 8.2 21.7 40.5P.O42.5 30.6 1.2 2：36 3：53 合格 28.0 3.17 1.81 1.87 5.9 9.7 25.6 50.7P.O32.5 10.0 0:45 10:00 合格 5.0 5.0 3.5 2.5 5.5 11.0 32.5标准 P.O42.5 10.0 0:45 10:00 合格 5.0 5.0 3.5 3.5 6.5 16.0 42.5审稿：贺成立以上各项性能指标均符合GB175-1999 的要求；其水泥品质稳定，强度
4、富余系数适中( 分别为 1.19 和 1.25)，但碱含量偏高。由于条件的限制，初步选定此水泥进行配合比试验，待以后根据具体情况再进行更换。2.2 粉煤灰根据当时的具体情况并经过经济技术比较，初步选定克拉玛依二电场生产的粉煤灰，依据DL/T50551996对其检测，结果见表 3。表 3 粉煤灰检测结果表 检测项目 细度(%) 烧失量(%) SO3 含量(%) 需水量比(%) 密度(kg/m 3)克拉玛依粉煤灰 10.1 6.0 1.61 103 2080I 级灰 12 5 3 95 DL/T5055-1996要求 II 级 灰 20 8 3 105 2.3 砂石骨料砂石骨料由施工现场砂石厂提供
5、。料源为布尔津河滩挖出的砂卵石骨料经筛分而成。2.3.1 细骨料细度模数：2.02.4 之间。含泥量：原状砂含泥量 3.0%5.0%，因为有高抗冻等级的要求，砂石骨料生产系统中增加了水洗设备，以保证生产出的细骨料含泥量不大于 3%。天然砂品质检测结果见表 4，筛分曲线见图。表 4 细骨料检测结果表检测项目表观密度(kg/m3)紧密密度(kg/m3)空隙率(%)含泥量(%)泥块含量(%)细度模数 有机质含量云母含量(%)饱和面干吸水率(%)坚固性(%)硫化物及硫酸盐含量(%)检测值 2680 1760 34.3 2.6 0 2.38 浅于标准色 0.1 1.1 1.0 0.16DL/T5144
6、3 不允许 浅于标准色 2 8 1DL/T5112 2500 5 不允许 浅于标准色 2 10 1图 1 天然砂筛分曲线图 图 1 天 然 砂 筛 分 曲 线 图02040608010012010 5 2.5 1.25 0.63 0.315 0.16 0筛 孔 尺 寸 (mm)累计筛余(%)上 限测 值下 限所检结果符合水工混凝土施工规范 （DL/T51442001）的要求。2.3.2 粗骨料粗骨料检测结果见表 5。表 5 粗骨料检测结果表 石子种类 表观密度(kg/m 3)紧密密度(kg/m3)空隙率(%)含泥量(%)超径(%)逊径(%)压碎指标(%)坚固性(%)饱和面干吸水率(%)硫化物及
7、硫酸盐含量(%)针片状颗粒含量(%)小石 2740 1880 31.4 0.3 2.6 2.2 2.2 0.6 0.54 0.2 5中石 2760 1800 34.8 0.2 2.6 4.6 0.8 0.42 0.12 7大石 2760 1800 34.8 0.1 4.8 5.6 0.3 0.32 0.14 4小石 2550 1.0 5 10 16 5.0 2.5 0.5 15中石 2550 1.0 5 10 16 5.0 2.5 0.5 15DL/T5144 大石 2550 0.5 5 10 16 5.0 2.5 0.5 15从检测结果看，粗骨料各项性能指标均符合(DL/T5144-2001
8、要求。2.3.3 骨料的碱活性中国水科院结构材料所对工程粗细骨料进行了碱活性检验；结果表明粗细骨料的14d 砂浆膨胀率均大于 0.2，按规范评定为具有潜在危害性骨料；若掺用粉煤灰后，砂浆 14d 的膨胀率均小于 0.1，说明掺用粉煤灰能有效抑制骨料的碱活性。2.4 外加剂2.4.1 缓凝高效减水剂采用缓凝型高效减水剂。试验对水电十一局外加剂厂生产的 SN-2 型、山西凯迪建材有限公司生产的 KDNOF-2 型、新疆天山建材集团精细化工有限责任公司生产的 FDN 型和北京科宁空港外加剂有限公司生产的 ADD-3 型缓凝高效减水剂参照DL/T51001999与选定的工程所用材料进行了适应性试验，结
9、果见表 6。表 6 缓凝高效减水剂检测结果表 抗压强度比(%) 凝结时间差(min)检测项目外加剂 及试验掺量(%)减水率(%)泌水率比(%)含气量(%) 3d 7d 28d 初凝 终凝水电十一局 SN-2(0.6%) 15.7 70 2.0 128 131 133 +209 +203山西凯迪 KDNOF-2(0.5%) 17.2 73 3.1 131 142 138 +215 +210新疆天山 FDN(0.5%) 15.2 81 2.5 130 129 131 +152 +145北京科宁 ADD-3(0.6%) 15.4 75 2.8 130 133 132 +225 +220DL/T510
10、0 15 100 3.0 125 125 120 +120+240 +120+240根据试验结果：初步选定山西凯迪建材有限公司生产的 KDNOF-2 型缓凝高效减水剂进入混凝土配合比试验。2.4.2 引气剂对水电十一局外加剂厂生产的 SN-9 型引气剂、山西黄河新型外加剂厂生产的 HJAE型引气剂、新疆天山建材集团精细化工有限责任公司生产的 AER 型引气剂和北京科宁空港外加剂有限公司生产的 ADD-15 型引气剂，参照DL/T51001999对其进行了与工程所用原材料适应性试验，结果见表 7。表 7 引气剂检测结果表抗压强度比(%) 凝结时间差(min)检测项目外加剂 及试验掺量(%)减水率
11、(%)泌水率比(%)含气量(%) 3d 7d 28d 初凝 终凝水电十一局 SN-9(0.6/万) 7.1 61.2 4.7 93.5 96.7 91.4 -10 -33山西黄河 HJAE (0. 6/万) 8.2 54.1 5.2 95.2 93.1 92.9 +55 +08新疆天山 AER (0. 6/万) 6.8 57.5 4.9 96.7 92.2 89.5 -28 -56北京科宁 ADD-15(0. 6/万) 6.5 59.2 4.7 94.7 95.8 94.1 +03 +14DL/T5100 6 70 4.55.5 90 90 85 -90+120 -90+120根据试验结果：初
12、步选定山西黄河新型外加剂厂生产的 HJAE 型引气剂进行混凝土配合比试验。3 碾压混凝土配合比试验3.1 碾压混凝土配合比设计的主导思想由于本工程地处北疆，交通不便，因此，只有本着就地取材或就近取材的原则尽量利用当地或近距离的原材料筑坝。掺缓凝型高效减水剂、低 Vc 值；在满足施工可碾性的条件下，尽量降低胶凝材料用量。掺高掺量粉煤灰和低水泥用量的原则配制碾压混凝土。采取相应措施，严格控制含气量，满足设计的高抗冻要求。3.2 试拌组合安排试拌组合安排见表 8。表 8 试拌配合比组合安排表混凝土技术要求级配 选用水泥 试拌水胶比煤灰惨量（%）控制 Vc值（S）控制含气量（%） 考核项目C18020
13、F300W8 二 P.O42.5 0.42，0.45 0.48 45，50 4.55.5C18020F200W8 二 p.O32.5 0.44，0.47，0.50 45，50 4.55.5C18015F50W4 三 P.O32.5 0.50，0.55，0. 55，6035347d、28d 抗压、抗拉，28d极限拉神、弹模；有选择地考核 90d、180d 抗冻、渗弹模和极限拉伸。603.3 试验参数选择3.3.1 组合级配骨料根据试验结果：选择二级配混凝土的小、中石比例为 50:50，三级配混凝土小、中、大石比例为 30:40:30。3.3.2 缓凝型高效减水剂掺量综合可碾性和凝结时间等施工的需
14、要，经试验 C18020F300W8 二级配碾压混凝土缓凝高效减水剂掺量选择 0.65%；C 18020F200W8 二级配碾压混凝土缓凝高效减水剂掺量选择 0.60%；C 18015F50W4 三级配碾压混凝土缓凝高效减水剂掺量选择 0.40%。3.3.3 引气剂掺量引气剂掺量以达到控制要求的含气量为准，具体掺量在试拌中确定。3.3.4 砂率和用水量按最优砂率法确定砂率。经试拌砂率和用水量见表 9。表 9 混凝土砂率和用水量表混凝土技术要求 级配 控制 VC 值(s) 水 泥品种等级 减水剂掺量 (%) 控制含气量 (%) 水胶比 砂率 (%) 用水量(kg/m3)C18020F300W8
15、二 35 P.O42.5 0.65 4.55.5% 0.420.48 31 86C18020F200W8 二 35 P.O32.5 0.60 4.55.5% 0.420.48 31 88C18015F50W4 三 35 P.O32.5 0.40 3.04.0% 0.500.60 27 843.4 试拌配合比及其试验成果按照表 8 和表 9 试拌成型，检测混凝土及其拌和物的性能，试验结果见表10、11、12。表 10 碾压混凝土配合比试验结果表 拌和物性能 混凝土强度(MPa)抗压 劈裂极限拉伸（10 4 ）弹性模 （104MPa）试拌编号 级配 水灰 比煤灰掺量(%)Vc 值(s)含气(%)初凝(h:min)密度(kg/m3) 7d 28d 7d 28d 28d 90d 180d 28d 90d 180d1-1 二 0.42 45 3.3 5.1 9.3 19.1 1.01 2.15 1.05 2.83 1-2 二 0.45 45 3.2 4.9 16:15 2420 8.2 16.9 0.94 1.76 0.90 0.88 0.94 2.69 3,37 3.541-3 二 0.48 45 3.1 5.2 8.0 14.3 0.90 1.44 0.
