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湖北白莲河抽水蓄能电站面板混凝土配合比设计研究

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维普资讯 http://www.cqvip.com 周世华,等:湖北白莲河抽水蓄能电站面板混凝土配合比设计研究 搬…… 辩 靠 勰, ” 蜊 懈 嬲蛾 ;{ 黼 矗 粥 々撼朝’# 鬻瓣瑚#£ 弛一 辩 磷; 辩萎 湖北白莲河抽水蓄能电站面板混凝土配合比设计研究 周世华,杨华全,董维佳 (长江科学院材料与结构研究所,湖北武汉430010) 摘要:采用品质优良的高效减水剂、引气剂及I级粉煤灰,通过混凝土配合比设计试验,推荐了可供施工的配合比参数。 混凝土性能试验结果表明,推荐配合比混凝土的性能均满足设计要求。 关键词:白莲河水电站;面板混凝土;配合比设计 Title:Study on mix proportion design of slab concrete of Bailianhe hydropower station//by ZHOU Shi-huo,YA NG Hua-quan and DONG Wei-jia//Changjiang River Scientiifc Research Institute Abstract:With the use of superplasticizer.air—entrained agent and Grade I fly ash.the research focused on mix proportion design of slab concrete.The recommended mix proportion parameter of concrete was presented.Test result showed that the properties of recommended mix proportion concrete satisfied with the design requirements. Key words:Bailianhe hydropower station;slab concrete;mix proportion design 中图分类号:TV431 文献标识码:A 文章编号:1671—1092(2007)02—0001—04 白莲河抽水蓄能电站位于湖北省罗田县境内, 下库为已建成的白莲河水库。白莲河水库大坝右坝 优良的耐久性、各项指标满足设计要求的混凝土配 合比。 头距罗田县城公路24 km。工程总装机规模1 200 MW,分两期建设,其中一期600 MW。枢纽主要建筑 物由上库混凝土面板堆石坝、引水发电系统等组 成,最大坝高64.4 m,输水隧洞长约2 000 m,主体 工程混凝土总量约20万m 。根据大坝的结构设计 情况,大坝混凝土面板采用二级配混凝土,设计强 (1)水泥:采用华新水泥股份有限公司生产的 42.5中热硅酸盐水泥(简称中热水泥)。中热硅酸盐 水泥熟料的化学成分列于表1中,水泥物理力学性 能见表2。 原材料及其性能指标 度等级C25,混凝土极限拉伸值≥100xl0 ,抗渗等 级、抗冻等级分别要求达到WIO、F100。 按照设计要求,本文探讨混凝土配合比参数对 混凝土强度、变形性能和耐久性能的影响。通过调 整混凝土配合比参数,配制出具有良好的工作性、 (2)粉煤灰:采用湖北阳逻电厂I级粉煤灰,粉 煤灰的化学成分见表1,粉煤灰的性能指标见表3。 (3)砂:试验用砂,取自坝址下游1.5 km浠水 与沈家河交汇处天然骨料料场,砂的表观密度为 表1水泥熟料与粉煤灰的化学成分(%) Table 7 Chemical compositions of cement clinker and fly ash 原材料品种 水泥熟料 SiO2 20.86 Al203 4_2l F 203 4.62 CaO 63.O8 MgO 4.04 f-CaO 0-25 SO3 1.75 Rz0 0-42 粉煤灰 51.32 5-8O 30,95 5.38 1,8O 1.21 :R2O为当量碱含量,R20=Na2O+0.658K2O。 表2水泥的物理力学性能 Table 2:Phys/ca/mechanical properties of cement 凝结时间 细度/% 初凝/min 终凝/h 抗压强度/MPa 安定性 3 d 7 d 28 d 3 d 抗折强度/MPa 7 d 28 d 1.2 173 4,1O 合格 17,9 23.7 47.7 4.O9 5.41 8.24 WWW,dam.com.cn 维普资讯 http://www.cqvip.com By ZHOU Shi——hua:Study on mix proportion design of slab concrete of Bailianhe hydropower station 2 640 kg/m ,坚固性为4.8%,含泥量为O.3%,细度 从表4的试验结果可以看出,当中石与小石的 模数为3.13。 (4)碎石:采用坝址处地下洞室人工开挖料,最 大粒径为40 mm,表观密度为2 700 kg/m 。 质量比为45:55时,骨料的紧密度最大,空隙率最 小,即骨料中所需填充的砂浆体积达到最小。所以 试验的骨料级配选择45:55组合。 2.3砂率与单位用水量 混凝土用水量与粗细骨料粒形、级配、石粉含 (5)M-/J ̄剂:减水剂采用山西凯迪建材有限公 司生产的KDNOF一1/缓凝高效减水剂;引气剂采用 江苏博特新材料股份有限公司生产的JM一2000型 引气剂,引气剂掺量以使混凝土含气量达到3%- 量、外加剂用量等因素有关,在以上条件确定的情 况下,主要取决于砂率和掺和料种类及掺量。最优 5%为准。 表3粉煤灰的性能指标(%) Table3:Per}ofmanceindexofflyash 细度 烧失量 需水量比 含水量 SO3 强度比  I6.o 2.7 93 O.17 O.63 80 混凝土配合比参数设计 2.1配制强度 根据混凝土的设计标号,按下式【lJ计算混凝土 配制强度: ,/,+to- (1) 式中 ,。为混凝土的配制强度(MPa) , 为混 凝土设计龄期的强度标准值(MPa);£为概率度系 数,保证率为90%时,t=1.28;o-为混凝土强度标准 差(MPa)。根据公式(1),计算出混凝土的配制强度 为3O.8 MPa。 2.2石子组合比 粗骨料级配对混凝土的单位用水量、和易性有 着重要的影响。良好的粗骨料级配可以减小混凝土 的单位用水量,并能改善混凝土拌和物的和易性。 对试验采用的碎石骨料进行二级配的组合容重试 验,试验结果见表4。 表4骨料组合密度试验结果 Table4 Resultofaggregategradationandbulkdensityexperiments 堆积状态 振实状态 骨料组合 (中石小石) 堆积密度 空隙率 紧密度 空隙率 :/(kg/I133) /% /(kCm ) /% 60:40 1 40o 48.1 1 600 40.7 55.45 1 400 46.7 1 630 39.6 ● 50:50 1 460 45.9 1 660 38.5 45:55 1 480 45.2 1 670 38.1 40:60 1 460 45.9 1 670 38.1 砂率是指在保证混凝土拌和物具有良好的粘聚性, 并达到要求的工作性态时,用水量最小的砂率。合 理的砂率不仅可以使混凝土拌和物获得良好的和 易性,并能使硬化混凝土获得优良的综合性能翻。 首先确定混凝土的最优砂率和单位用水量,然 后确定粉煤灰对混凝土最优砂率和单位用水量的 影响,最后根据水胶比和混和料掺量,确定不同混 凝土配合比的最佳砂率及单位用水量。 确定混凝土最佳砂率及用水量的方法为:在固 定水胶比,保持坍落度接近的条件下,先选取一个 较大的砂率,然后依次减小砂率,直至混凝土拌和 物不能满足和易性要求,根据拌和物性能和混凝土 强度确定混凝土的最佳砂率及用水量。 混凝土拌和物性能试验结果见表5。从表5可 以看出,随I级粉煤灰掺量不同,二级配面板混凝 土用水量在135 kg/m 左右,最优砂率在37%-40% 之间。 2.4水胶比与粉煤灰掺量 水胶比的选择要综合考虑混凝土的强度、耐久 性等各方面的要求,并从中选择最小的水胶比作为 混凝土的设计水胶比。面板混凝土抗压强度及其增 长率的试验结果列于表6,面板混凝土劈拉强度与 轴拉强度见表7。 从表6、表7可以看出,水胶比对混凝土抗压强 度有显著影响,在其他条件相同时,混凝土各龄期 的抗压强度随水胶比的降低而增加。混凝土28 d龄 期抗压强度 与胶水比(C+ / 之间呈线性关系, 见表8。根据这种关系,推出不同粉煤灰掺量下,达 到配制强度时的最大水胶比,结果见表8。 由于粉煤灰,特别是优质I级粉煤灰,能明显改 善混凝土拌和物的和易性,减小水泥用量,降低混 凝土的水化热温升,提高混凝土的后期强度,因此, 在满足设计要求的情况下,面板混凝土可以考虑掺 用适量的I级粉煤灰。根据表8中的回归方程,在I VC ̄ ̄N.dam.com.ca 维普资讯 http://www.cqvip.com 周世华,等:湖北白莲河抽水蓄能电站面板混凝土配合比设计研究 表5面板混凝土拌和物性能试验结果 Table5:Propertyexperiment resultsofmixinslabconcrete 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 水胶比 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.40 0.40 0.40 砂率/% 40 40 39 39 39 39 39 38 用水量/kg/ 138 135 133 133 132 l38 135 133 粉煤灰掺量/% 0 l5 20 25 30 O l5 20 KD一Ⅱ/% 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 JM一2000/% 0.o03 0 0.o03 5 0.0040 0.0040 0.0040 0.o03 0 0.o03 5 0.0040 含气量/% 3.5 3.0 4.5 4.0 3_3 3.8 3.0 3.0 坍落度/wan 45 45 51 45 50 52 51 51 9 10 11 12 13 14 15 0.40 0.40 O.35 0-35 0.35 0.35 0_35 38 38 38 38 37 37 37 133 132 138 135 133 133 132 25 30 O 15 20 25 30 0.7 0.7 O.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.0040 0.0040 O.o030 0.o03 5 0.0040 0.0040 0.0040 3.0 5.0 4.5 3.5 3.2 3.5 4.0 50 52 75 62 54 55 55 表6面板混凝土抗压强度及其增长率的试验结果 Table 6_.Experiment resultsofcompressivestrengthandgrowth rateofslabconcrete 抗压强度/MPa 编号 水胶比 粉煤灰掺量/% KD一Ⅱ/% JM一2OO0/% 7 d 28 d 37.4 35.1 27.7 26.7 25.3 43.2 36.7 35.7 37_3 39.9 46.8 48.3 90d 47.2 45.8 39.4 39.1 37.7 49.3 48.0 47.5 51.8 52.4 52.0 52.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.40 0.40 0.40 0.40 0.0 40.35 0.35 0 15 20 25 30 0 15 0 225 30 0 15 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 O.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.o03 0 0.o03 5 0.0040 0.OO4 0 0.0040 0.o03 0 0.o03 5 0.0040 0.OO40 0.0040 0.o03 0 0.003 5 25.1 20.4 17.4 16.8 14.9 30.4 24.8 23.O 22.8 22.8 33.1 32.6 13 14 15 0.35 0.35 0.35 0 225 30 0.7 0.7 0.7 0.0040 0.OO40 0.0040 31.4 32.0 31_4 47.2 50.6 46.8 56.8 64.3 61.9 WWW.dam.corn.c13 维普资讯 http://www.cqvip.com By ZHOU Shi-hua:Study on mix proportion design of slab concrete of Bailianhe hydropower station 表7面板混凝土劈拉强度与轴拉强度试验结果 Table 7:sDli{tensionstrength andaxialtension strengthofslab concrete 劈拉强度/MPa 轴拉强度/MPa 90d 3.10 2.90 2.83 编号 水胶比 粉煤灰掺量/% 7 d 28 d 2.87 2.7O 2.1O 7 d 2-35 1.77 1.7l 28 d 2.67 、 90d 2.79 2.45 2.62 l 3 5 0.45 0.45 0.45 O 20 30 2.oo 1.35 1.2O 2.2l 2.53 6 8 10 0.40 0.40 0.40 O 20 30 1.73 1.67 1.6O 2.13 2.47 2-33 3-3O 3.5O 3.73 2.48 2.43 2-29 2.79 2.8l 2.95 2.84 3.O7 3.1O 粉煤灰掺量为30%的情况下,达到配制强度 30.8MPa时,混凝土最大水胶比为O.42。 表8面板混凝土28 d龄期抗压强度R与胶水比(C+F)/W 的关系 Table 8:Relation between the 28一day compressive strength(R) 限拉伸值后期增长较快,这说明粉煤灰有利于提高 混凝土后期的极限拉伸值。 混凝土的抗渗性能及抗冻性能与水胶比、外加 剂及掺和料的品种、掺量等因素有关,所以考虑设 and(C+F)/Wratios 粉煤灰掺量/% O l5 20 30 回归方程 R=14.5[(C+F)/W】+5.91 R=17.9[(C+F)/W】-5.93 R=30.5[(C+F)/W卜40.3 R=32.9[(C+F)/W]-45.8 相关系数, O.98 O.95 1.0o O.96 计指标抗渗等级WIO及抗冻等级F20o的要求,留 有一定的富余量,混凝土试验水胶比取O.4O,I粉煤 灰掺量为3O%。 2.5混凝土配合比设计结果 根据试验确定的配合比参数,采用绝对体积 法计算出混凝土原材料单位体积用量,计算结果见 表1O。 对于面板混凝土,防止混凝土开裂是非常重要 的,而提高混凝土抗裂性的主要措施之一就是提高 混凝土的极限拉伸值。面板混凝土极限拉伸值及其 增长率的试验结果如表9所示。 3混凝土的性能试验 对推荐混凝土配合比进行全套性能试验,试验 内容包括:抗压强度、劈拉强度、弹性模量、极限拉 从表9可以看出,掺粉煤灰混凝土的极限拉伸 值略有降低,且随粉煤灰掺量的增加,混凝土极限 拉伸值下降幅度逐渐增大,但掺粉煤灰混凝土的极 伸值、抗渗性能、抗冻性能及干缩率等,试验依据 D T515o-2001《水工混凝土试验规程》相关方法进 表9面板混凝土极限拉伸值及其增长率的试验结果 Table 9 Experimentresults ofultimate tension andgrowth rate ofslab concrete 极限拉伸值(×l01 编号 水胶比 粉煤灰掺量/% 7 d l 3 5 6 8 lO 0.45 0.45 0.45 0.40 0.40 0.40 0 20 30 O 20 30 ll2 99 98 109 lO7 103 极限拉伸值增长率/% 90d l35 ll3 l14 13O ll5 I32 28 d ll5 lll l1O ll8 l08 II7 7 d 97.4 89-2 89.1 92.4 99.1 88.O 28 d l0o l0o loo 1o0 loo Ioo 90d ll7 102 l04 llO lo6 Il3 (下转第8页) 一\一 Dam and Sa脚2007.2 \^n^n^,.dam.com.CR 维普资讯 http://www.cqvip.com By ZHOU Li-ping:Difference resolution to pressure seepage in anomalous region 势线上的值分别为0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0-3、 差分可以对二维恒定渗流进行有效的模拟,这种方 0.2、0.1。图中虚线为电模拟实验的结果。从图7 法易于掌握,程序编制简单,对工程有一定的应用 中可以看出,实验点和计算点吻合较好。 价值。 ■ 参考文献: 【l】徐正凡冰力学【MJ.高等教育出版社,1986. 【2]吴持恭.水力学【M].高等教育出版社,1986,2. 【3]郑邦民,槐文信,齐鄂荣.洪水水力学【M].湖北科学技术出版 图7差分法计算流网图 社,2000,5. Fig.7 Current net map of diference calculation 【4]周雪漪.计算水力学【M].清华大学出版社,中国水利水电出 版社,1995,9. 5结论 收稿日期:2007—03—14 作者简介:周力平(1962一),男,浙江富阳人,工程师,主要从事 计算结果表明,采用映象点法处理边界,有限 水利工程管理工作。 鼗 鼗 鼙 业 逝 鼙业 鼗 逝 (上接第4页) 表10面板混凝土的推荐配合比 Table 10.Recommendedmixproportion ofslab concrete 粉煤灰 KDN0F—II JM一2000 每m’混凝土材料用量/kg 水胶比 掺量砂率 /% 减水剂/% 引气剂/% 水 水泥 粉煤灰 砂 石 0.40 30 38 0.7 0.0040 132 231 99 711 1 186 表11推荐配合比混凝土的28d龄期性能结果 Table 1 1:28一day curing age properties of the concrete made with recommended mix proportion 抗压强度 劈拉强度 抗拉强度 弹性模量 极限拉伸值 干缩率 项目 /MPa /MPa /MPa /GPa (X10 ) 抗渗等级 抗冻等级 (×1O_6) 试验结果 39.3 2.40 3.O2 26.4 l13 >W1O >F10O 360 设计要求 30.8 100 W10 F100 行[31,试验结果见表1 1。从表1 1的试验结果可以看 际施工时应根据工地原材料的变化和现场施工试 出,推荐配合比的混凝土性能均能达到白莲河水电 验,对配合比进行适当调整。 ■ 站面板混凝土的设计要求。 参考文献: 4结语 【1]DL/T5144—2001,水工混凝土施工规范【S].北京:中国电力出 版社,1997. (1)混凝土中引气剂j 以使混凝土达到4.5% 【2】杨华全,李文伟.水工混凝土研究与应用【M】.北京:中国水利 5.5%的含气量为准,在加强对品质控制的同时,注 水电出版社,2005. ~意引气剂的引气能力随储存时间、温度的变化。 【3]DL/T5150-2001,水工混凝土试验规程【S].北京:中国电力出 版社,2002. (2)根据混凝土性能试验成果和混凝土强度、弹 【4]陈建奎,王动民.高性能混凝土(HPC)配合比设计新法—— 性模量、极限拉伸值及干缩率的发展规律,推荐了面 全计算法【J].硅酸盐学报,2000,(4):194 ̄198. 板混凝土的配合比参数。在保证施工质量的前提 下,可以满足设计强度、极限拉伸值、抗渗和抗冻的 收稿日期:2o06一l2—26 要求。 作者简介:周世华(1979一),男,安徽东至人,硕士,工程师,主 (3)推荐配合比参数是通过室内试验确定的,实 要从事水工混凝土的研究和应用。 vwvw.dam.com.ca 

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