白莲河抽水蓄能电站大坝混凝土面板抗裂性能研究

马 祥

（湖北白莲河抽水蓄能有限公司，湖北 罗田 438600）

0 引 言

湖北白莲河抽水蓄能电站挡水建筑物由1座主坝、3座副坝组成，主坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程312.5 m，趾板底部高程250.00 m，最大坝高59.7 m，坝顶长300.18 m，宽6.0 m，坝体上、下游坡比均为1∶1.4。面板为0.4 m等厚，两岸受拉区每块面板宽8 m，共20块，中间受压区每块宽16 m，共8块，最大面板长度100.7 m。

1 混凝土面板抗裂性能试验

1.1 试验内容及目的

试验采用强度等级为C30的混凝土。先进行混凝土配合比试验，确定基准配合比；在选定的基准配合比的基础上，再进行掺加聚丙烯腈纤维、钢纤维、减缩剂等抗裂材料的混凝土力学、变形、早期开裂、耐久性能等试验，比较各种材料改善面板混凝土性能效果，提出能有效防止面板裂缝的技术方案。

1.2 混凝土配合比试验

采用引气剂、高效减水剂和粉煤灰 （粉煤灰掺量为20%）等外加剂，针对不同水胶比 （水胶比为0.37、0.40和0.43）进行混凝土配合比优化试验。在满足混凝土和易性和含气量条件下，求得混凝土用水量、胶凝材料用量、外加剂掺量、最佳砂率等基本参数，并进行混凝土7、28、90 d龄期的抗压强度试验。通过试验最终选用的混凝土基准配合比各项性能试验结果见表1。

表1 混凝土基准配合比及性能试验结果

表2 混凝土性能试验配合比

1.3 混凝土性能试验

1.3.1 试验方法及内容

掺聚丙烯腈纤维、钢纤维、减缩剂混凝土配合比见表2。试验内容包括力学性能、变形性能、耐久性及热学性能研究。

1.3.2 变形性能

（1）抗压强度。抗压强度试验结果见表3。各混凝土28 d抗压强度均在39.4～42.9 MPa范围内，满足C30混凝土的配制强度要求。与基准混凝土相比，掺入聚丙烯腈纤维、钢纤维和减缩剂均对混凝土抗压强度影响不大，其强度发展特性与基准混凝土相类似。

表3 混凝土抗压强度试验结果

（2）抗拉强度。劈拉和轴拉强度试验结果见表4，与基准混凝土相比，掺聚丙烯腈纤维和减缩剂对混凝土劈拉和轴拉强度影响均不大，掺钢纤维使混凝土劈拉和轴拉强度有所增加，增加幅度分别为5%～9%和5%～11%。

（3）抗弯强度。混凝土抗弯强度试验结果见表5。各种混凝土28 d抗弯强度为4.21～4.70MPa。掺聚丙烯腈纤维和减缩剂对混凝土抗弯强度影响不大，其强度发展特性与基准混凝土类似；掺钢纤维可使混凝土抗弯强度有所增加。

表5 混凝土抗弯强度试验结果

1.3.3 混凝土力学性能

（1）极限拉伸值。混凝土极限拉伸试验结果见表6。结果表明，各种混凝土的极限拉伸值均较高，与基准混凝土相比，掺入聚丙烯腈纤维和减缩剂对混凝土的极限拉伸值影响不大；掺入钢纤维可使混凝土极限拉伸值略有提高，提高幅度为3%～9%。以28 d极限拉伸值为基准，混凝土7 d极限拉伸值增长率为88%～94%，90 d极限拉伸值增长率为103%～109%，极限拉伸值随龄期增长幅度不大。

（2）弹性模量。混凝土抗压弹性模量试验结果见表7。结果表明，各种混凝土28 d抗压弹性模量为 3.69×104～3.86×104MPa， 差异不大； 28 d 轴拉弹性模量为 3.00×104～3.28×104MPa， 混凝土轴压弹性模量高于轴拉弹性模量约14%。与基准混凝土相比，掺入钢纤维、聚丙烯腈纤维和减缩剂对混凝土的轴拉弹性模量无明显影响。

表4 混凝土抗拉强度试验结果

表6 混凝土极限拉伸试验结果

1.3.4 耐久性能

（1）抗渗性。基础、掺聚丙烯腈纤维、掺钢纤维、掺减缩剂混凝土在逐级加压到最大水压1.1 MPa并保持8 h后的平均渗水高度分别为2.5、2.6、2.0、4.0 cm，均较低，抗渗等级均大于W10，均能充分保障面板混凝土的抗渗能力。

（2）抗冻性。当混凝土中含气量控制在4.0%～6.0%时，300次冻融循环后，混凝土的相对动弹性模量均在90.0%以上，混凝土抗冻等级均大于F300，各混凝土均具有良好的抗冻性能。混凝土中掺入纤维材料及减缩剂对混凝土的抗冻性无明显影响。

1.3.5 热学性能

（1）混凝土绝热温升。混凝土的绝热温升测定在日本全自动MIT-686-0型混凝土热量测定仪上进行，温度跟踪精度为±0.1℃，试件尺寸φ400 mm×400 mm。由于各配合比混凝土的胶凝材料用量及水泥用量相同，而纤维材料基本不会影响混凝土的绝热温升。因此，选择基准混凝土和掺减缩剂混凝土进行了混凝土绝热温升试验。试验结果表明，基准混凝土最终绝热温升值与掺减缩剂混凝土拟合最终绝热温升值分别为45.0℃和44.4℃。掺减缩剂并不会影响混凝土中水泥的水化进程。

（2）混凝土的早期抗裂性能。各配比混凝土的早期抗裂性试验结果见表8。从表8可以看出，掺聚丙烯腈纤维和减缩剂对混凝土的早期裂缝有良好的抑制效果，可显著减少混凝土早期塑性收缩裂缝和早期干燥收缩裂缝的数量，限裂等级均为一级。掺钢纤维对混凝土的早期裂缝也有较好的抑制效果，限裂等级为二级。

2 结 语

根据试验成果，确定后期电站大坝面板采用的混凝土优化配合比见表9。电站2008年蓄水前对大坝面板混凝土裂缝进行全面检查处理，共计发现裂缝24处，均为宽度小于1 mm的三类裂缝，与国内同类工程相比处于较好水平。目前电站大坝总渗水量最大值为1.56 L/s，远小于设计值5.9 L/s，面板混凝土最大压应变236.35 με，最大拉应变173.24 με，均较小。监测数据表明，该优化配合比方案有效防止了大坝混凝土面板裂缝的产生，对改善面板的抗裂性效果明显。

表7 混凝土抗压弹性模量试验结果

表8 各配比混凝土早期抗裂性试验结果

表9 面板混凝土优化配合比

［1］ GB/T 50080—2002 普通混凝土拌合物性能试验方法标准［S］.

［2］ GB 50119—2003 混凝土外加剂应用技术规范［S］.

［3］ YBT 151—1999 混凝土用钢纤维［S］.

［4］ GBT 107—87 混凝土强度检验评定标准［S］.