某水电站碾压混凝土施工配合比设计

xx水电站碾压混凝土施工配合比设计及其应用xx水电站大坝工程采用全断面碾压混凝土施工方案，大坝上游迎水面防渗混凝土采用R90200#二级配碾压混凝土，坝体内部采用R90150#三级配碾压混凝土。1.原材料1.1水泥云南红塔滇西水泥股份有限公司生产的上登牌525#普通硅酸盐水泥（以下简称“滇普525#”），该水泥强度波动值大，水化热高、发热快、峰值出现早，对碾压混凝土的温控防裂不利。1.2掺和料xx水电站若按常规采用粉煤灰作掺和料，则运距远，且料源不足，质量不稳定，不能保证供应，经过综合技术经济分析对比，并通过试验论证，决定采用凝灰岩与磷矿渣按1：1比例混合研磨而成的掺合料（简称PT）。但其比重大、需水比高，强度比低，相对粉煤灰而言，不利于碾压混凝土施工。1.3砂石骨料xx水电站人工砂石料料源为地下工程开挖洞碴及大坝基坑开挖可用料，坝址区主要为玄武岩。用玄武岩轧制人工砂，颗粒级配较好，细度适中；人工粗骨料质密坚硬，饱和面干比重2.76~2.82，吸水率仅0.16~0.60%，但界面粗糙多棱，颗粒形态较差，其中尤以小石颗粒多呈扁片状，针片状含量较高。1.4外加剂选用FDN-04复合高效减水缓凝剂。2．碾压混凝土配合比设计2.1碾压混凝土的设计技术要求xx工程碾压混凝土的设计技术要求，见表1。表1碾压混凝土主要设计技术指标项目部位设计标号级配εp（×10-4）RL（MPa）抗渗抗冻保证率（%）坝体R90150#三0.61.3S485大坝外部R90200#二0.71.5S8D50852.2碾压混凝土施工配合比设计根据碾压混凝土主要设计技术指标，在北京设计院已作了大量工作的基础上，于1997年4月至1997年9月进行碾压混凝土施工配合比室内试验，并提交了试验报告，所推荐的配合比见表2。表2碾压混凝土施工配合比表序号设计标号级配CPTmFDN-04mSG1R90150-333:4:3671011.34479815212R90200-225:594941.5048501423工地试验室在该配合比基础上进行了校正及调整试验，试验检测数据表明，其各项物理学力学性能指标均满足设计技术要求，但在随后进行的多次现场碾压混凝土工艺试验和围堰工程施工中发现，该配合比用于现场施工，碾压混凝土的可碾性、包裹性、抗分离性能差，单一的FDN—04外加剂的凝结时间不能适应xx工程特殊的日温差大，高温、蒸发量大的气象条件。为此，采取了以下几点措施：=1\*GB3①每方R90150-3混凝土增加6kgPT掺和料，并相应增加3kg用水量。=2\*GB3②水电八局试验室对外加剂进行复合调整试验，最后采用复合改性的FDN-04-1#、2#、3#三种方案来适应碾压混凝土在不同气温、部位等的施工。外加剂调凝试验成果见表3。=3\*GB3③提高人工砂中石粉含量，d0.15mm石粉含量必须达到15%以上，d0.08mm必须达到8%以上。=4\*GB3④采用较低的Vc值，其变动范围为1~15S，一般小于5S。=5\*GB3⑤仓面采取覆盖、喷雾降温保湿措施。表3外加剂调凝试验成果表内容项目外加剂（%）凝结时间（h::min）温度（℃）湿度（%）FDN-04--1#FDN-04--2#FDN-04--3#初凝终凝高温时段0.89:44214:48833~37732~54常温时段0.89:00118:10020~25550~1000低温时段0.88:22319:11115~20060~10003.现场碾压混凝土拌和物的动态控制碾压混凝土的施工配合比看起来是确定的，实际上由于受拌和楼称量精度、原材料的品质、砂的石粉含量及含水率、粗骨料的超逊径及气象条件等因素的影响，碾压混凝土拌和物始终是动态的。碾压混凝土拌和物动态控制的目的就是要使实际施工配合比尽可能接近最佳状态，确保施工质量。为此，必须花大力气作好以下几个方面的工作。3.1制定碾压混凝土施工工法，明确岗位职责，加强原材料进料管理和碾压混凝土施工配料单的管理，杜绝或减少人为失误。在生产过程中，强化施工管理。3.2加强拌和系统的维修保养，保证拌和系统正常运转，每个碾压混凝土仓面开盘前，对拌和楼称量系统进行校核检查，确认正常后方可投入使用，即校称。每班开机前，或更换配料单时，按配料单定称，确认无误后方可开机。拌和楼配料称量的允许误差按照《水工混凝土施工规范》（SDJ-207-82）执行。xx水电站大坝工程拌和楼称量系统由于采用先进的电脑控制，水泥和掺和料的称量合格率达到96%以上，水的称量合格率达到97%以上，砂石料的称量合格率均达到99%以上。3.3原材料的检测和控制。原材料的检测和控制分进场检验和在拌和楼的检验，进场检验是为了把住准入关，不合格的材料不准进场使用；在拌和楼对原材料的检验是为动态控制采集必要的数据。检测结果表明：云南红塔滇西水泥股份有限公司生产的“上登牌”普通硅酸盐525#水泥，由现场抽样检测成果统计显示，该水泥物理品质较好，但强度波动值较大，28天抗压强度在53.7~70.5Mpa，平均60MPa。PT掺合料由垭口掺合料厂采用50%的凝灰岩与50%的磷矿渣混合研磨而成。细度较大，细度试验均采用45µm筛余，在9.55~31.5%范围，平均20.22%；需水比大，在101.5~104.5%波动，平均102.05%；28天强度比较低，在59.5~71Mpa内波动，平均64.5%。综合评定，接近二级灰标准。FDN-04-1#、2#、3#三种复合高效减水缓凝外加剂，主要检测复合溶液的比重，检测结果表明，比重的波动值很小，合格率达到100%。粗骨料采用玄武岩人工骨料，从生产地成品仓采用皮带运输方式直接输送至骨料罐，运距较远，途中经多级破碎，造成粗骨料时有逊径偏大现象，不够稳定，2#拌和楼采用了二次筛分，1#、3#拌和楼由于无二次筛分，增加了混凝土质控工作的难度，定时对拌和楼进行超逊径试验，必要时进行加密检测，根据超逊径结果对各级骨料称量适当调整，尽量使其达到原设计级配。砂细度模数适中，拌和楼在2.22~2.92内波动，平均2.69；由于混凝土浇筑强度大，有时砂脱水时间不足，偶尔含水量太大，超过8%，无法进行正常生产时，采用增加掺合料的办法来弥补。人工砂中石粉含量在xx碾压混凝土中显得尤为重要，经xx工程专家及试验论证，d0.15mm石粉含量必须达到15%以上，d0.08mm必须达到8%以上，前期石粉含量偏低，后在生产系统增加石粉回收设施，取得了较好的成效，石粉含量显著提高，基本达到所需技术要求，个别未达到设定值，低于7%时，采用PT掺合料进行超量取代，以确保碾压混凝土拌和物有良好的工作性能。3.4碾压混凝土VC值的动态控制。出机口VC值大小，需根据气象条件和施工仓面实际情况及时变动，正常情况出机VC值为3~10S，雨后复工和晴天阳光直射时，VC值控制变动范围为1~15S。出机口与仓面混凝土VC值检测统计成果表明，大坝工程已浇碾压混凝土出机口VC值平均为4.2S，仓面混凝土VC值平均为4.5S。仓面碾压混凝土VC值为1S时，仍能正常进行施工，这是由xx工程碾压混凝土特殊的原材料所决定的。3.5现场碾压混凝土初凝时间的动态控制现场碾压混凝土需要的初凝时间主要决定于仓面的大小及实际浇筑能力；现场碾压混凝土实际的初凝时间主要决定于外加剂的品种，气温、湿度、风速等气象条件和采取的覆盖、喷雾保湿等项施工措施；初凝时间的动态控制的目的就是要在这二者之间保持某种平衡；初凝时间的动态控制的手段主要是根据气象条件在FDN-04-1#、2#、3#三种复合外加剂之间及时切换，并相应采取必要的施工措施。经现场碾压混凝土检测，其初凝时间在各种气候条件下均大于8小时，保证了层间结合的施工质量。4.碾压混凝土性能试验成果分析4.1现场试验对现场碾压混凝土按规范取样成型试件，对碾压混凝土作物理力学性能进行试验，以验证是否达到设计技术指标。4.1.1抗压强度大坝内部R90150#三级配碾压混凝土，抗压强度设计龄期现场抽样243组，波动在15.1~27.7Mpa，平均21.6Mpa，其CV值0.12，合格率、保证率分别高达100%与99.5%；大坝迎水面R90200#二级配碾压混凝土，抗压强度设计龄期现场抽样161组，波动在20.1~31.8Mpa，平均26.6Mpa，CV值0.11，合格率、保证率分别高达100%与98.8%。碾压混凝土强度成果统计列于表4。表4大坝碾压混凝土强度成果统计砼类别及标号龄期(d)nmin（Mpa）max（Mpa）ˉ（Mpa）SCvP保(%)P合(%)R90150#2821510.324.014.02.170.159024315.127.721.62.550.1299.5100R90200#2813713.523.018.12.460.149016120.131.826.62.920.1198.81004.1.2力学性能试验综合成果现场抽样试件检验的综合成果为，大坝内部R90150#碾压三级配混凝土，设计龄期抗压强度为19.3~23.4Mpa，平均21Mpa，抗压弹性模量为2.69~2.8104Mpa，平均2.75104Mpa，抗拉弹性模量为2.55~3.01104Mpa，平均2.85104Mpa，极限拉伸值为0.81~0.84，平均0.83，抗渗指标均大于S8。大坝迎水面R90200#碾压二级配混凝土，设计龄期抗压强度为23.4Mpa，抗压弹性模量为3.38104Mpa，抗拉弹性模量为2.72104Mpa，极限拉伸值为0.84，抗渗指标大于S10。其大坝碾压混凝土性能试验成果见表5。表5大坝碾压混凝土性能试验成果序号施工部位设计标号R(Mpa)E压（104Mpa）E拉（104Mpa）p（10-4）抗渗标号28d90d28d90d28d90d28d90d90d112~16#坝坝段R90150#11.219.32.032.980.580.84>S8214~18#坝段R90150#14.923.42.042.692.362.550.580.81>S839~10#坝段R90150#13.420.42.432.802.453.010.700.84>S8410~11#坝段R90200#17.823.42.423.382.392.720.740.84>S104.1.3原位抗剪试验在A碴场对R90150#三级配碾压混凝土进行了多种工况的现场原位抗剪试验，层间间隔60小时后冲毛铺砂浆处理，其抗剪特征值f´为1.072，C/为1.6Mpa，层间间隔20小时后铺净浆处理，抗剪特征值f/为1.235，C/为1.05Mpa，层间间隔6小时后不作处理，抗剪特征值f´为1.412，C/为1.36Mpa。均较好地达到工程设计技术指标，证实了xx碾压混凝土施工技术方案的可行性及施工配合比的可靠性。其现场碾压混凝土抗剪断试验成果列于表6。表6现场碾压混凝土抗剪断试验成果表序号龄期（天）剪切面积（cmm2）层间间隔时间（h）层面处理情况峰值强度残余强度剪断情况f/C/(MPa)fC(MPa))11332548~3448060冲毛后铺砂浆1.0721.600.9660.20层面剪断21462704~4003020铺水泥净浆1.2351.050.9330.075层面剪断31542730~444106未处理1.4121.360.9660.15层面剪断4.2芯样试验为检验xx工程大坝碾压混凝土施工整体质量，对二枯大坝碾压混凝土进行了钻孔取芯，进行各项性能试验论证。共钻取12个芯样孔，共取芯样总长277.35m，芯样获得率96.6%，芯样长度超过7m的有5根，最长为8.4m，大部分芯样外观光滑致密，很难区分结合层面。4.2.1抗压强度及抗压弹性模量试验大坝内部R90150#碾压混凝土三级配平碾、斜碾平均抗压强度分别为23与26.3Mpa，平均抗压弹性模量分别达到3.64与3.04×104Mpa；大坝迎水面R90200#碾压混凝土二级配平均抗压强度分别为24.1与24.8Mpa，平均抗压弹性模量分别达到3.14与2.92×104Mpa，其大坝芯样抗压强度、弹性模量试验成果见表7。表7大坝芯样抗压强度、弹性模量试验成果混凝土标号碾压方式级配nRˉ(Mpa)Eˉ压(×104Mpaa)R90150#平碾三323.03.64斜碾三326.33.04R90200#平碾二324.13.14斜碾二324.82.924.2.2极限拉抻试验芯样极限拉抻试验取得的数据较少,代表性不足,但已取得的碾压混凝土的抗拉强度和极限拉伸值均达到或超过施工设计技术指标,今后需作补充试验工作。4.2.3抗剪试验碾压混凝土芯样抗剪特征值均超过设计指标较多，需进一步加以验证。4.2.4抗渗、抗冻试验大坝内部R90150#碾压混凝土三级配及大坝迎水面R90200#碾压混凝土二级配抗渗指标均大于S8。钻孔压水试验的成果也得出坝体防渗层碾压混凝土满足设计要求，设计决定取消上游面喷涂防渗面层。两个标号的碾压混凝土抗冻试验