大岗山水电站尾水隧洞顶拱混凝土配合比研究

侯 建 军, 刘 莉 萍, 陆 威

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611730)

1 概 述

大岗山水电站位于四川省雅安市石棉县挖角乡境内的大渡河中游上段，装机容量为2 600 MW(4×650 MW)[1]。由中国水电七局承建该电站的引水发电系统。

2011年下半年，作为整个电站核心组成部分的2号尾水隧洞进入混凝土全面衬砌阶段。但在前几仓浇筑后的混凝土表面不同程度地出现了水波纹现象，引起技术人员的重视。

大量工程经验及资料表明：水波纹的形成主要是由混凝土的泌水引起。而造成混凝土泌水的原因多种多样[2～4]。项目部所属工地试验室对浇筑用混凝土进行了取样试验，试验结果表明：取样成型后约1 h左右混凝土试件表面开始泌水，且泌水量较大，混凝土存在滞后泌水现象。为解决这一问题，试验室技术人员对混凝土配合比及原材料方面进行了分析。阐述了对大岗山水电站尾水隧洞顶拱混凝土配合比进行研究的过程。

顶拱混凝土使用的原材料：

(1)水泥采用四川皓宇水泥有限公司生产的峨塔P·O42.5水泥。

(2)粉煤灰采用四川宜宾元亨集团有限公司生产的元亨Ⅱ级粉煤灰。

(3)骨料采用大岗山水电站厂房回采骨料，岩性为花岗岩。

(4)减水剂、引气剂为山西凯迪建材有限公司生产的产品。

(5)拌和用水为大岗山水厂生产的施工用水。

2 原因分析及解决方案的确定

2.1 混凝土配合比设计

浇筑用C20W6F50泵送(设计坍落度为16～18 cm)混凝土骨料经监理工程师批复采用大岗山水电站厂房回采料。尾水隧洞边顶拱混凝土施工配合比见表1，每m3混凝土材料用量见表2。

表1 尾水隧洞边顶拱混凝土施工配合比表

表2 每m3混凝土材料用量表 /kg·m-3

2.2 采用现场原材料对配合比进行复核

经核实，现场用原材料与原报批配合比一致，试验室采用现场用各种原材料对2号尾水隧洞边顶拱所报批的配合比进行了复核。C20W6F50混凝土配合比复核试验结果见表3。

表3 C20W6F50混凝土配合比复核试验结果表

复核配合比所用的原材料均已经过检验，各种原材料检测结果满足相关技术要求。但从混凝土配合比复核试验结果看：大约在混凝土静置30 min后出现泌水且泌水率达到19.22%，混凝土表面出现水波纹现象，难以满足现场施工要求。

考虑到骨料级配和含石粉量的影响，在与其他参建单位进行探讨后，试验室决定采用更大石粉含量的骨料对现场用配合比进行复核试验。

2.3 采用棱子坝骨料替代厂房回采骨料进行配合比复核试验

针对上述问题，经试验室全体技术人员讨论后决定：在保持其他原材料不变的情况下，采用棱子坝骨料替代厂房回采骨料进行配合比复核试验，C20W6F50混凝土配合比复核试验结果见表4。

表4 C20W6F50混凝土配合比复核试验结果(棱子坝骨料)表

在保证混凝土含气量变化不大、坍落度满足要求的情况下，经与大岗山水电站厂房回采骨料相比，采用棱子坝骨料的混凝土泌水率从19.22%降至3.88%且混凝土不发黏、砂率适中、和易性好，该配合比完全能够满足现场施工要求，同时混凝土表面水波纹现象消失。

2.4 滞后泌水原因分析

从两次复核试验结果看：滞后泌水的主要原因在于骨料不同。从两种骨料的检测结果看，最大的区别在于两种细骨料的石粉含量指标存在一定的差异。两种细骨料检测结果统计情况见表5。

表5 细骨料检测结果统计表

从以上筛分结果的比对情况可以看出：棱子坝砂石粉含量较厂房回采砂石粉含量高3.7%。考虑到砂中的石粉含量对混凝土拌和物保水性的影响，初步确定：砂中的石粉含量偏低是引起混凝土滞后泌水的主要原因。

2.5 结论验证

针对上述试验结果，试验室采取人工调整原骨料石粉含量的方式对厂房回采砂进行了复配，复配后的厂房回采砂筛分结果见表6。厂房骨料中的石粉含量增加至13.6%，与棱子坝骨料中的石粉含量相当，且骨料的细度模数和颗粒级配也与棱子坝骨料相当。

表6 复配后的厂房回采砂筛分结果表

试验室对采用上述方式调整后的人工砂的混凝土配合比再次进行了复核试验，C20W6F50混凝土配合比复核试验结果(复配后厂房回采砂)见表7。试验结果表明：厂房人工砂的细度模数及石粉含量增加至13.6%，对混凝土滞后泌水现象具有较明显的改观，泌水率仅为4.25%，降低了78%，用此配合比浇筑的顶拱混凝土未出现水波纹现象，且施工和易性较好。

表7 C20W6F50混凝土配合比复核试验结果(复配后厂房回采砂)表

2.6 解决方案的确定

鉴于大岗山水电站引水发电系统招标文件中规定该标所需的砂石骨料均由厂房人工骨料加工系统供应，但砂中石粉含量的调整过程较为缓慢。为及时解决这一问题，确保工程质量，结合其他工程经验，试验室提出了采用粉煤灰替代砂的技术方案，即在保持配合比其他参数不变的情况下，下调1%的砂率，采用粉煤灰替代砂分别为2%、3%、4%进行室内混凝土拌制试验。粉煤灰代砂方案试验结果见表8。

表8 粉煤灰代砂方案试验结果表

由表8可以看出：随着粉煤灰替代砂量的增加，混凝土泌水率降低，且混凝土和易性较好。尤其是当其掺量大于4%时，泌水率仅为1.81%，与2%、3%粉煤灰替代砂相比，泌水率分别降低了38%、46%。其原因主要是由于在水泥水化过程中粉煤灰的一部分起到了石粉效果，另一部分则充当了胶材，吸附了更多水分子，抑制了水上浮；此外，粉煤灰呈球状、表面光滑[5]，与水泥和石粉相比，具有更好的流动性，因此混凝土流动状态好。

考虑到混凝土的经济性，增加1%的粉煤灰每m3混凝土的成本增加1.6元；在将经济性与现场试验效果结合后，最终决定采用下调1%砂率、采用粉煤灰代砂2%及下调1%砂率、采用粉煤灰代砂3%两个方案进行现场混凝土浇筑。

3 最终确定的配合比

采用下调1%砂率、用粉煤灰代砂2%的配合比浇筑振捣后，减轻了仓号混凝土的滞后泌水现象，消除了仓号表面的灰黑色粉尘。浇筑完毕的混凝土外观有了较大的改善。

采用下调1%砂率、用粉煤灰代砂3%的配合比浇筑振捣后，仓号混凝土无滞后泌水现象，浇筑完毕的混凝土表面光洁度较好、平整，无水波纹现象出现。

该仓号混凝土浇筑完毕，项目部最终决定2号尾水隧洞的混凝土浇筑均采用下调1%砂率、用粉煤灰代砂3%的方案。调整后的尾水隧洞边顶拱混凝土施工配合比见表9。每m3混凝土材料用量情况见表10。

表9 调整后的尾水隧洞边顶拱混凝土施工配合比表

表10 每m3混凝土材料用量表 /kg·m-3

4 结 语

该工程通过采用下调1%砂率、用粉煤灰代砂3%的配合比方案施工，使混凝土泌水率从19.22%降至3.94%，成功解决了顶拱混凝土出现的水波纹现象。实际工程案例说明：顶拱混凝土的浇筑一定要重视骨料中的石粉含量。在工程准备期应提前考虑原材料品质是否会影响到混凝土的质量。

该工程采用的粉煤灰代砂方案从经济成本的角度出发，无疑是提高了混凝土单价，但在无法改变原材料现状的情况下，其确实是一种改善混凝土浇筑质量的有效途径。