查日扣水电站工程混凝土试验研究

邱城春，林万旭

(1.青海玉能电力开发有限公司，西宁 810007；2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

文章编号：1006—2610(2015)05—0071—04

查日扣水电站工程混凝土试验研究

邱城春1，林万旭2

(1.青海玉能电力开发有限公司，西宁 810007；2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

查日扣水电站地处高原寒冷地区，经试验天然砂为具有潜在碱-硅酸反应的活性骨料，天然砾石为不具有潜在碱-硅酸反应的非活性骨料，天然砂掺入不低于20%的粉煤灰可有效抑制碱-硅酸反应。经各标号混凝土配合比参数选择与混凝土性能试验研究，初选各标号混凝土拌和性能较好，抗压强度、抗冻、抗渗及极限拉伸值均满足规范要求。

查日扣水电站；混凝土配合比；骨料碱活性

1 工程概述

查日扣水电站是青海玉树地震灾后恢复重建项目，位于青海省玉树县境内，是澜沧江干流(扎曲)一级支流子曲河上规划的第三级水电站，工程主要任务为发电，水库正常蓄水位为3 992.0 m，电站装机容量为49.5 MW。枢纽建筑物由坝高122 m的混凝土面板堆石坝、左岸溢洪洞、左岸引水隧洞、右岸泄洪洞及岸边厂房组成。工程选用混凝土骨料为大坝左岸下游3.8 km处砂砾石Ⅰ区料场的天然砂砾石料，料层砾石岩性以灰岩为主，次为石英砂岩、砂质板岩和花岗岩类，砂的主要成分为石英、长石、少量矿物碎屑及云母，骨料中含有一定数量的石英，该矿物具有潜在碱硅酸有害反应的可能。为此，进行了骨料碱活性及抑制试验、混凝土配合比及混凝土性能试验。

2 原材料性能试验

(1) 水泥。水泥选用青海省大通水泥厂生产的42.5中热硅酸盐水泥。经试验除碱含量略有超标外，其他力学、化学及物理性能各项指标满足规范要求。

(2) 粉煤灰。粉煤灰选用甘肃连城电厂生产的Ⅱ级粉煤灰。其烧失量为1.28%，碱含量为1.59%，细度(45 μm方孔筛余)为5.8%，需水量比为95.2%，三氧化硫含量为1.7%，游离氧化钙含量为0.8%，安定性为1.0，密度为2 460 kg/m3。粉煤灰品质较为优良。

(3) 骨料。天然砂的细度模数为2.31，属中砂。砂经冲洗后的含泥量为1.65%，坚固性为0.9%，饱和面干密度为2 660 kg/m3，饱和面干吸水率为1.18%，轻物质含量为0.1%，硫化物及硫酸盐含量为0.06%，云母含量为0.03%。粗骨料的压碎指标为0.6%、不同粒径颗粒粗骨料坚固性指标值为0.3%～3.9%、不同粒径颗粒粗骨料饱和面干密度2 680～2 710 kg/m3、不同粒径颗粒粗骨料饱和面干吸水率0.45%～0.89%、不同粒径颗粒粗骨料针片状1.1%～5.4%。骨料各项指标均满足规范要求。

(4) 外加剂。减水剂TB-16由河北同邦建材有限公司生产，其推荐掺量为胶材用量的1.5%。引气剂DH9由石家庄外加剂厂生产，其掺量为胶材用量的0.04‰。减水剂和引气剂各项性能满足规范要求。

3 骨料碱活性及抑制试验

试验采用DL/T 5151-2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》中的“砂浆棒快速法”。骨料碱活性试验结果见表1。

表1 骨料碱活性评定及抑制试验(砂浆棒快速法)

由表1试验结果可知：① 天然砂(编号X-0)砂浆试件14 d膨胀率为0.182%，大于0.1%判定标准，试件测试延长至28 d时其膨胀率为0.345%，增幅较大，依据骨料碱活性砂浆棒快速法评价标准，判定天然砂为具有潜在碱-硅酸反应的活性骨料。② 砾石(编号C1-0、C2-0、C3-0)砂浆试件14 d膨胀率分别为0.099%，0.084%、0.033%，均小于0.1%的判定标准，依据骨料碱活性砂浆棒快速法评价标准，判定天然砾石为不具有潜在碱-硅酸反应的非活性骨料。③ 随着粉煤灰掺量的增加，砂浆棒试件的膨胀率逐渐减小，说明粉煤灰对碱-硅酸反应有较好的抑制作用。④ 天然砂(编号X)活性骨料砂浆试件，胶材中掺入20%的粉煤灰后试件的28 d膨胀率降至0.055%，小于0.1%的抑制有效性评价标准。因此，掺入不低于20%的粉煤灰可有效抑制天然砂的碱-硅酸反应。

4 混凝土配合比参数选择

(1) 混凝土配制强度fcu,0。

fcu,0=fcu,k+tσ

(1)

式中:fcu,k为混凝土设计龄期强度标准值，MPa；t为概率度系数，保证率按95%，相应t=1.65；σ为混凝土强度标准差，C20 、C25混凝土取4 MPa，C30混凝土取4.5 MPa。

本工程初步选定混凝土标号分别为C20W6F200,C25W6F200,C25W8F300,C30W12F300，相应配制强度分别为26.6、31.6、31.6、37.4 MPa。

(2) 粗骨料级配和砂率选择。经试验确定粗骨料二级配：中石∶小石 = 50∶50, 粗骨料三级配：大石∶中石∶小石 = 40∶30∶30。砂率选择采用固定用水量变砂率的方法，试验确定二级配混凝土最优砂率为32%，三级配混凝土最优砂率为28%。

(3) 水胶比。混凝土强度、水胶比和粉煤灰掺量关系曲线试验结果见式(2):

(2)

(4) 塌落度、含气量及外加剂参量。二级配混凝土塌落度按90～110 mm控制，三级配混凝土塌落度按50～70 mm控制。含气量按DL/T5144-2001《水工混凝土施工规范》不同抗冻等级混凝土含气量参考值选取，二级配F300混凝土按5.0%控制，三级配F300混凝土按4.5%控制。减水剂掺量取胶材用量的1.5%，引气剂掺量以满足抗冻要求F200～F300取胶材用量的0.03‰～0.04‰。

(5) 初选配合比主要参数

通过上述粗骨料级配、砂率、水胶比的试验选择，同时满足抑制碱硅酸、耐久性及降低水化热，初选混凝土配合比见表2。

表2 混凝土初选配合比表

5 混凝土性能试验

混凝土性能试验内容主要为混凝土拌和物性能试验、混凝土物理力学性能试验、混凝土的耐久性能试验。

(1) 混凝土拌和物性能试验

混凝土拌和物性能试验结果见表3。

表3 混凝土拌和物性能测试结果表

(2) 混凝土物理力学性能试验

混凝土物理力学性能包括抗压强度、劈拉强度、抗压弹性模量和极限拉伸值等。混凝土抗压劈拉强度试验结果见表4，混凝土静力抗压弹性模量测试结果见表5，混凝土混凝土极限拉伸试验结果见表6。

表4 混凝土强度测试结果表

表5 混凝土抗压弹性模量测试结果表

表6 混凝土极限拉伸值测试结果表

试验结果表明：

1) 初选配合比混凝土的抗压强度均满足设计强度等级要求。

2) 混凝土28 d静力抗压弹性模量在28～32 GPa之间，90 d静力抗压弹性模量在32～36 GPa之间。

3) 混凝土的轴拉强度较劈拉强度高。

4) 混凝土28 d拉伸弹性模量在31～36 GPa之间，90 d拉伸弹性模量在35～40 GPa之间，比抗压弹性模量高约3～4 GPa。

(3) 混凝土的耐久性能试验

混凝土的耐久性能试验包括抗冻和抗渗试验。混凝土抗冻试验结果见表7，混凝土抗渗性能试验结果见表8。试验结果表明初选配合比混凝土抗渗等级及抗冻等级均满足设计要求。

表7 混凝土抗冻融试验结果表

表8 混凝土抗渗试验结果表

6 结 语

天然砂主要成分为石英、长石、少量矿物碎屑及云母等组成，天然砂为具有潜在碱-硅酸反应的活性骨料，掺入不低于20%的粉煤灰可有效抑制天然砂的碱-硅酸反应；天然砾石以灰岩为主，次为石英砂岩、砂质板岩和花岗岩，为不具有潜在碱-硅酸反应的非活性骨料； 初选配合比详见表2，初选配合比各标号混凝土拌和性能较好，抗压强度、抗冻、抗渗及极限拉伸值均满足规范要求。

[1] GB 200-2003,中热硅酸盐水泥[S].北京：中国标准出版社,2004,01.

[2] DL/T 5144-2001,水工混凝土施工规范[S].北京：中国电力出版社，2002,05.

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[5] DL/T5150-2001,水工混凝土试验规程[S].北京：中国电力出版社，2002,05.

[6] DL/T 5330-2005,水工混凝土配合比设计规程[S].北京：中国电力出版社，2006,06.

[7] 林万旭,张军锋.青海玉树查日扣水电站工程初步设计研究施工组织设计报告[R].西安：中国电建西北勘测设计研究院有限公司，2013,12.

[8] 毕亚丽,李晓玲.查日扣水电站工程初步设计阶段骨料碱活性及配合比试验报告[R].西安：中国电建西北勘测设计研究院有限公司，2014,05.

[9] 李光伟 邓长军. 复掺石灰石粉和粉煤灰在西藏地区水工混凝土中应用试验研究[J].西北水电，2012，(5)：78-80.

Study on Tests of Concrete for Charikou Hydropower Project

QIU Cheng-chun1, LIN Wan-xu2

(1. Qingha Yneng Power Development Co., Ltd., Xining 810007，China;2. POWERCHINA Northwest Engineering Co., Ltd., Xi'an 710065，China)

Charikou Hydropower Project is located in the plateau and cold region. Approved by tests, the natural sand here is the active one with potential alkali-silicic acid reaction. The natural gravel is the non-active one without potential alkali-silicic acid reaction. The alkali-silicic acid reaction can be restrained by mixing 20% flyash in the natural sand. Through selection of concrete with different classes and study of the concrete performance tests. The selected concrete with different classes is with the expected mixing performance. Their compressive strength, freezing resistance, impermeability and ultimate extension all satisfy requirement. Key words:Charikou Hydropower Project; concrete mix ratio; aggregate alkali activity

2015-05-26

邱城春(1972- )，男，安徽省灵璧县人，工程师，从事水利水电工程建设管理工作.

TV222.2

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.021