1、水电站工程面板混凝土配合比试验研究成果报告水电站工程面板混凝土配合比试验研究成果报告一、工程概况1二、技术要求和试验依据.1三、配合比设计思路.2四、原材料及其检测.2 1、水泥.2 2、粉煤灰.3 3、砂石骨料.4 4、外加剂.7 5、水.10五、掺配试验.10六、混凝土配合比设计试验16 1、混凝土配制强度. 16 2、混凝土配合比设计试验.17 2.1混凝土拌合物力学性能试验.17 2.2混凝土变形性能试验.31 2.3混凝土耐久性能试验.38 2.4混凝土热学性能试验.40七、初选混凝土配合比42八、配合比优选试验45九、面板混凝土抗裂性能分析51十、结论.55十一、说明.56十二、附
2、件.56一、工程概况某水电站位于某县境内的黄河干流某出口处，是继龙羊峡、拉西瓦、李家峡、公伯峡等大型水电站之后的第五座大型梯级水电站，该工程是以发电为主，兼顾灌溉、防洪等综合利用的水利枢纽工程。某水电站工程枢纽建筑物由混凝土面板堆石坝、左岸表孔溢洪道、左岸中孔泄洪洞、左岸泄洪排沙底孔、右岸引水发电系统、坝后厂房电站等组成。工程规模为二等大（2）型，大坝为级建筑物，泄水建筑物、引水发电及厂房均为级建筑物。某水电站大坝坝顶高程为1861m，最大坝高101m，坝顶全长355.5m，坝顶宽10m，坝顶上游侧设5.2m高“L”形混凝土防浪墙，上游坝坡1:1.5，下游坝坡1:1.4，混凝土面板一次性施工完
3、成。二、技术要求和设计依据1、某水电站工程面板混凝土配合比技术要求 面板混凝土配合比设计要求 表1序号砼强度等 级级配水泥粉煤灰掺量%外加剂水胶比极限拉伸植28（10-4）强度保证率%坍落度cm入仓方式1C25W12F200二永登中热水泥P.MH42.520、25掺0.4519035溜槽入仓2、混凝土配合比设计依据2.1某水电站工程面板混凝土补充试验任务书；2.2某水电站工程面板混凝土配合比试验研究大纲；2.3有关的规程、规范水工混凝土试验规程DL/T51502001；水工混凝土砂石骨料试验规程DL/T51512001；水工混凝土施工规范DL/T51442001；水工混凝土配合比设计规程DL/
4、T53302005；水泥比表面积测定方法 勃氏法GB/T8074-2008；水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法GB/T13462001；水泥胶砂强度检验方法（ISO）GB/T176711999；中热硅酸盐水泥低热硅酸盐水泥低热矿渣硅酸盐水泥GB2002003；水泥水化热测定方法GB/T29592008；混凝土用水标准JGJ632006；水工混凝土水质分析试验规程DL/T51522001；水工混凝土外加剂技术规程DL/T51001999；水泥化学分析方法GB/T176-2008；水工混凝土掺用粉煤灰技术规范DL/T50552007等。三、配合比设计思路1、在满足混凝土设计技术指标要求的
5、前提下，以面板混凝土抗裂性能研究为重点；2、目前国内面板混凝土防裂技术在配合比设计方面，主要有掺用聚丙烯纤维、钢钎维、防裂剂、增密剂、膨胀剂等方法，根据某有关会议的具体要求、掺防裂剂在公伯峡大坝面板防裂效果不理想的情况，选用在小溪口、鱼跳、芭蕉河、清江水布垭、陕西涧峪等面板坝工程中使用效果较好的武汉化工学院生产的WHDF增密剂和补充设计任务书中要求的某减缩剂，进行混凝土面板配合比的防裂技术研究，推荐抗裂性较好的混凝土配合比；3、尽可能的降低单方混凝土的胶材用量，降低混凝土的水化热和绝热温升值，减小混凝土产生裂缝的可能性；4、试验研究出和易性、抗分离性、均匀性好的混凝土配合比，减少面板混凝土裂缝
6、的产生；5、由于试验工作时间紧，各系列各种试验组合同时进行，对比分析，择优选择，确定出抗裂性能好的混凝土配合比。四、原材料及其检测1、水泥水泥采用甘肃永登水泥厂生产的“祁连山”牌42.5中热硅酸盐水泥，其物理力学、化学检测结果见表2、表3。 水泥物理力学性能试验结果 表2水泥品种强度等级物理力学性能指标标准稠度（%）凝结时间（min）安定性抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）初凝终凝3d7d28d3d7d28dP.MH42.5咸阳24.0197241合格4.55.07.921.924.943.923.5148227合格4.86.18.422.729.447.3工地/5.05.88.623.62
7、8.848.6GB200-2003中热硅酸盐水泥/60 min12 h合格3.04.56.512.022.042.5 水泥物理化学指标试验结果 表3水泥品种强度等级物理化学指标比表面积（m2/kg）密度（kg/m3）SO3含量（%）烧失量（%）碱含量（%）MgO含量（%）GaO含量（%）K2ONa20P.MH42.51次27032501.30.9/2.0661.982次29031601.90.60.662.1361.900.500.33GB200-2003中热硅酸盐水泥250/3.53.0/从表2、表3的检测结果看，甘肃永登水泥厂生产的“祁连山”牌42.5中热硅酸盐水泥所检测的指标满足中热硅酸
8、盐水泥 低热硅酸盐水泥 低热矿渣硅酸盐水泥GB2002003中 中热硅酸盐水泥的相关技术要求。2、粉煤灰粉煤灰采用甘肃永登连电粉煤灰有限公司的级粉煤灰，其物理化学性能检测结果见表4。 粉煤灰性能试验结果 表4检测项目含水率%密 度kg/m3细度%需水量比%烧失量%SO3含量%K2O含量%Na2O含量%碱含量%级灰1次0.222707.4943.01.0/2次0.122603.4940.71.51.200.981.77DL/T5055-20071.0/12955.03.0/从表4的检测结果看，永登连电粉煤灰有限公司的级粉煤灰检测指标满足水工混凝土掺用粉煤灰技术规范DL/T50552007中的级粉
9、煤灰相关要求，可用于混凝土配合比设计试验。3、砂石骨料砂石骨料采用某水电站工程中干河滩料场生产的人工骨料。3.1砂子的物理性能和颗分检测结果分别见表5至表8、图1、图2。依据水工混凝土砂石骨料试验规程DL/T5151-2001对人工砂的相关指标进行了检测，除细度模数外，其它的检测指标满足水工混凝土施工规范DL/T51442001中的相关要求。整个试验中，在工地现场对人工砂的细度模数进行了12次的检测试验，从检测结果看，砂子的细度模数在2.84至3.16之间，石粉含量在14.4%至18.1%之间，对石粉中小于0.08mm和0.045mm的含量也进行了多次检测，试验的检测结果见表7，颗分曲线见图1
10、。从检测结果看，人工砂的细度模数偏大，砂子偏粗，2.5mm至5.0mm颗粒含量偏多，小于0.16 mm（石粉）、小于0.08mm、小于0.045mm的颗粒含量平均分别为15.6%、8.54%、2.76%。对骨料的碱活性采用砂浆棒快速法进行试验，试验结果见表8、图2。砂浆试件14天的膨胀率小于0.1%，该骨料为非碱活性骨料。 砂子性能试验结果 表5检测项目细度模数表观密度kg/m面干吸水率%吸水率%堆积密度kg/m空隙率%面干干密度砂2.843.16277028601.601.63154046.2DL/T5144-20012.42.8/2500/ 砂子性能试验结果 续表5检测项目云母含量%石粉含
11、量%泥块含量%硫化物及硫酸盐含量%有机质含量%坚固性%砂/18.114.4无0.02无3.0DL/T5144-20012618不允许1.0不允许8 砂子的颗分试验结果 表6检测次数123456789101112细度模数2.843.013.003.042.913.033.133.022.972.953.083.16累计筛余%0.16mm17.315.518.114.717.515.314.414.817016.214.814.60.08mm/8.09.988.48.28.29.28.87.98.20.045mm/3.03.02.9/2.5/2.4图1 砂子颗分曲线 砂子的颗分试验结果 表7筛孔尺
12、寸5.02.51.250.630.3150.160.080.0450.045累计筛余%13.7128.6244.7562.6273.9282.6299.8924.4832.7839.2766.3476.8484.5310034.3429.8444.6561.9272.8981.9610043.4532.4349.3266.2177.9585.0691.7499.7554.6831.3446.5762.7473.6382.1389.6899.6665.5535.4750.5866.4976.6484.4688.4996.8999.8976.5338.9753.9969.0377.7585.358
13、8.5496.7499.7486.5835.0650.8067.0177.3784.8988.6396.8399.7394.9034.6049.6265.0374.8582.7990.5999.79103.8931.4647.5264.7774.8883.5788.4497.2499.74115.5236.4051.7467.6277.7085.2092.1100126.4239.6354.8469.3278.3885.2889.2597.4599.85 砂浆棒快速法试验结果 表8 龄期d样品膨胀率%03714人工砂00.0100.0240.056图2 砂浆棒快速法膨胀率曲线 3.2粗骨料的性
14、能试验检测和颗分试验结果见表9、表10。粗骨料性能试验结果 表9检测项目表观密度kg/m吸水率%石粉含量%泥块含量%堆积密度kg/m针片状%压碎值%超逊径含量%坚固性%碱活性超径逊径面干干料面干干料t %5-20mm282028500.650.660.3无152046.7811.00.03420-40mm283028600.480480.3无15402134DL/T5144-2001/2550/2.5/不允许/151251050.1粗骨料颗分试验结果 表10筛孔尺寸5mm-20mm20mm-40mm20105540302020累计筛余%7.276.898.210011.130.495.3100
15、从表9、表10看，在（5-20）mm的骨料中，（5-10）mm颗粒含量仅占21.4%，（10-20）mm颗粒含量占69.6%；在（20-40）mm的骨料中，（20-30）mm颗粒含量仅占64.9%，（30-40）mm的颗粒含量占19.3%，骨料的级配不是很好，而且骨料的超径含量超出水工混凝土施工规范DL/T51442001中的要求。通过砂浆棒快速法试验，粗骨料为非碱活性骨料。本次试验中，我们将试验所用粗骨料的超逊径全部筛除。粗骨料的其他检测指标满足水工混凝土施工规范DL/T51442001中的相关要求。4、外加剂混凝土产生裂缝的因素多种多样，且往往是多种因素综合作用的结果，目前在外加剂选择方面
16、，主要从掺高效减水剂和引气剂、防裂剂、增密剂等方面来考虑。根据2009年5月某水电站工程面板混凝土补充试验任务书中的要求，本次面板配合比试验研究中采用的高效减水剂和引气剂为：外加剂一、任务书中规定的某新材料有限公司生产的JM-PCA()聚羧酸盐减水剂、GYQ引气剂、减缩剂；二、十五局科研院自行选定一种外加剂。根据我们多年试验中对不同厂家外加剂的使用效果、厂家的规模、质量稳定情况等多方比较，初步选取山西黄河化工有限公司生产的HL-PLC聚羧酸盐减水剂、AE引气剂及河北育才外加剂厂生产的YH-21S聚羧酸盐减水剂、引气剂进行试验筛选，确定出一种外加剂进行配合比的试验研究。本次试验中选用的武汉化工学
17、院生产的WHDF增密剂，是一种提高混凝土抗裂及耐久性的外加剂，其主要特点是：WHDF增密剂通过促进水泥水化程度、优化水化产物、协同激发混凝土中活性混合料与Ca（OH）2进行二次水化等作用，提高混凝土中凝胶量、降低孔隙率、改善级配和水泥石及其与骨料界面结构，增强凝胶的粘结力，使混凝土具有良好的抗裂和耐久性。在进行外加剂初步筛选试验检测中，河北育才外加剂厂生产的YH-21S聚羧酸盐减水剂，混凝土拌合物和易性比较差，而且与地面粘结力较大，不利于混凝土的运输。故选用某、山西黄河的外加剂及武汉化工学院的增密剂进行配合比的试验研究。某新材料有限公司、山西黄河化工有限公司及武汉化工学院的外加剂的检测结果见表
18、11至表14。 外加剂均质性检验试验结果 表11 检测项目外加剂类型PH值密度（g/ml）固体含量（%）净浆流动度（mm）碱含量（%）Na2OK2O聚羧酸岩减水剂HL-PLC5.71.0620.42651.21.200YH-21S6.21.0731.1243/JM-PCA()8.31.0317.01900.530.520.022引气剂AE型9.5/79.5/3.423.380.063河北育才9.4/54.3/GYQ11.51.1555.3/4.274.260.01 外加剂检验结果 表12 检测项目外加剂品种及试验掺量减水率（%）含气量（%）泌水率比（%）抗压强度比（%）凝结时间差（min）钢筋
19、锈蚀3d7d28d初凝终凝JM-PCA()0.8%13.62.40128124118-41-10无锈蚀1.0%17.82.20140136132/HL-PLC0.5%21.62.328.0170175150-4815无锈蚀0.6%27.22.237.8189199168/DL/T5100-1999高效减水剂153.095130125120-60+90无锈蚀GYQ引气剂0.005%8.52.49210195/0.006%14.63.867.4111107110-6-90无锈蚀0.010%15.15.269.2979694/无锈蚀AE引气剂0.005%8.55.436.2100107104+10+
20、32无锈蚀DL/T5100-1999引气剂64.55.570909085-90+120无锈蚀 注：外加剂掺量以提供的液体浓度为准。从表中可以看出，两个厂家的系列外加剂的物理力学指标均满足DL/T5100-1999中高效减水剂、引气剂的要求。 减缩剂、增密剂化学及均质性试验结果 表13检测项目外观PH值密度（g/ml）固体含量（%）碱含量（%）K2ONa2O减缩剂棕色液体10.81.0385.70.200.230.054增密剂乳白色液体3.01.0813.21.340.00341.34 减缩剂及增密剂物理力学性能试验结果 表14检测项目掺量%减水率%含气量%泌水率比%极限拉伸值比%抗压强度比%凝
21、结时间差钢筋锈蚀7d28d3d7d28d初凝终凝减缩剂0.89.42.349.312392114114105/1.011.72.245.8121113122121113+33+29无锈蚀增密剂0.86.10.758.211191138131126/1.08.40.751.2134110116113111+32+7无锈蚀某新材料有限公司生产的减缩剂、武汉化工学院生产的增密剂在掺量1.0%时，混凝土的极限拉伸值、抗压强度均大于基准混凝土的极限拉伸值、抗压强度。5、水质分析本次试验在现场采用施工用水，咸阳中心试验室采用咸阳饮用水分别进行，两种水的水质分析结果见表15。 水质分析试验结果 表15检测项
22、目PH值硫酸盐含量（mg/L）氯化物含量（mg/L）不溶物含量（mg/L）可溶物含量（mg/L）施工现场用水8.6884846338咸阳地下水82801060980DL/T5144-200142700120020005000从试验结果看，施工现场用水和咸阳地下水的检测指标均满足DL/T5144-2001中拌合用水要求，两个地方水质均能用于混凝土配合比设计试验。五、掺配试验1、不同粉煤灰掺量的水泥胶砂强度试验永登水泥厂的P.MH42.5中热硅酸盐水泥、在永登连电粉煤灰掺量为0%、20%、25%的水泥胶砂强度试验结果见表16、图3。 永登P.MH42.5水泥、掺连电粉煤灰胶砂强度检测结果 表16检
23、测项目粉煤灰掺量（%）抗折强度（MPa）/百分比抗压强度（MPa）3d7d28d3d7d28d永登P.MH42.504.5/1005.0/1007.9/10021.9/10024.9/10043.9/100203.6/804.6/927.4/9416.5/7520.9/8438.7/88253.2/714.1/826.9/8713.9/6218.9/7635.2/80 图3 不同粉煤灰掺量的水泥胶砂强度曲线 从上表16和图3中可以看出，随着粉煤灰掺量的增大，水泥的胶砂强度均在降低。但粉煤灰掺量从20%增加到25%时，强度降低幅度不大。2、不同粉煤灰掺量的水化热掺0%、20%、25%粉煤灰时的水泥水化热试验结果见表17、图4。 胶凝材料水化热结果 表17龄期d01357项 目水化热（kJ/kg）/水化热降低率（%）永登P.MH42.5中热水泥连电粉煤灰掺量(%)001502152442692001391982232367.37.98.612.32509817419721034.719.119.321.9
