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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流单掺火山灰碾压混凝土配合比试验与研究.精品文档.单掺火山灰碾压混凝土配合比试验与研究中国水利水电第三工程局有限公司侯彬罗伟(中国水利水电第三工程局有限公司)【摘要】本文依托水电三局云南弄另项目部碾压混凝土单掺火山灰试验研究及应用科研项目,简单介绍了单掺火山灰碾压混凝土配合比的试验与研究,并阐述了经现场优化后的混凝土配合比试验成果.【关键词】单掺火山灰碾压混凝土配合比试验与研究1前言弄另水电站工程位于云南省西部的(孔雀之乡)德宏州龙江瑞丽江中段的的干流上,是该流域梯级开发规划的第11级电站.电站以发电为主,兼顾防洪,灌溉,总装机180MW,属I
2、I等大(2)型工程.水库总库容为2.32亿m.,正常蓄水位为V962.Om.拦河坝为碾压混凝土重力坝,坝顶高程964.5m,最大坝高90.5m.坝体常态混凝土约5.3万m.,坝体碾压混凝土29.76万m.由于弄另水电站地处云南边陲德宏州境内,当地无粉煤灰,电站可研阶段及招投标设计阶段混凝土胶凝材料均为硅酸盐水泥+双掺料(50%凝灰岩灰,50%磷矿渣灰).因磷矿渣需从昆明采购,运距远,磷矿渣供应不稳定,经测算较难保证高峰期施工强度的需要.而且施工现场无掺和料掺2000t胶凝材料储罐一座,拌和楼需增加储料,衡量系统一套,增加难度大,费用高.针对上述难题,我们对周边的原材料产地进行了调研,腾冲县盛产
3、火山石(凝灰岩)且储量丰富.根据本流域第九级腊寨水电站常态混凝土单掺火山灰的成功经验,水电三局有限公司委托河海大学共同对加工后的火山灰进行了深入研究,提出了碾压混凝土单掺火山灰的思路.采用单掺火山灰后可大幅度降低工程成本,简化施工程序.2火山灰掺和料性能试验本次配合比试验所用掺和料为云南省腾冲县华辉石材有限公司生产的火山灰.选取褐色的火山灰块石,经破碎机破碎后,由球磨机磨至所需合设施,如采用双掺料方案,拌和系统需增加粒径.掺和料的化学成分分析结果如下表2-1:表2-1火山灰化学成分分析结果化学成分及含量(wt%)样品名称SiO,fAl2ofFe203CaOMgO.K,OlNa20ITiO,IP
4、20,lMnOIsoIFI烧失量火山灰56.95l19.4I6.265.62.313.49I3.43I1.13l0.5010.11lo.03I/10.542.1火山灰品质检验结果及火山灰细度与强度比关系火山灰品质检验结果及火山灰细度与强度比关系见表22.表22火山灰品质检验结果及火山灰细度与强度比关系强度比(%)样品生产需水量比细度密度含水量7d28d编号厂家(%)(%)(g/cm3)(%)抗折抗压抗折抗压H一1腾冲华辉石材lO01O.92.7OO.275.161.375.667.7I1-2腾冲华辉石材10013.O2.71O.274.261.172.665.0H-3腾冲华辉石材10017.O
5、2.720.266.755.670.763.6水电施工技术2010?第4期总第62期2.2火山灰细度与强度比关系分析从以上试验结果可以看出,该细度段不同细度的火山灰在短龄期(7d)抗压和抗折强度比相差都不大,并且没有明显的规律性;而28d抗压和抗折强度比相差较大,规律性也很好.这说明在短龄期内,由于水泥及火山灰水化不充分不彻底,强度还没有完全被激发和提高.2.3火山灰细度与活性关系研究总结析可以得出在该细度段的以下几个关系:(1)该细度段的火山灰细度由大到小发生变化,其强度比是一个由小到大的发展趋势.(2)该细度段不同细度的火山灰随着龄期的增长其强度比也随之增大.(3)该细度段的火山灰细度越小
6、强度比越大,也就是说火山灰越细它的活性也越高,而且随着龄期的增长其强度也呈增长趋势.3单掺火山灰碾压混凝土配合比及性能试验经过对火山灰细度与活性关系试验结果的分3.1碾压混凝土设计技术指标表3-1碾压混凝土技术指标表设计指标下部RI上部RII上游面Rill设计强度等级C15C1OC2O180d强度指标(MPa)151020(180d,保证率80%)抗渗等级(180d)W4W4W8抗冻等级(180d)F50F5OFlo0极限拉伸值(.p)(180d)0.8xl0-40.75xl0-40.8x10Vc值(s)/坍落度(cm)5-75757最大水胶比<O.5<0.5<0.45层面原
7、位抗剪断f,1.O1.11.01.11.0强度(180d,保证星基RnC(MPa)1.9-1.71.41.22.0容重(kg/m3)>2400>2400>_2400相对压实度=98.5%=98.5%=98.5%注:90d强度指标是指按标准方法制作养护的边长为150m的立方体试件,在90d龄期用标准试验方法测得的具有80%保证率的抗压强度标准值.凡采用变态混凝土的部位,其90d龄期的有关强度和技术指标应满足下列要求:原上部RII的变态混凝土不低于表1中CII的要求;原下部RI的变态混凝土不低于表1中ClII的要求.表3-2大坝碾压混凝土参考配合比配合比参数下部RI上部RII上游
8、面RIII设计强度等级C15C10C20水胶比0.42O.510.42最大骨料粒径/级配80/三80/三40/二粉煤灰掺量(kg/m3)11O105140水泥用量(kg/m.)9060100Vc值(S)/坍落度(crl1)575757注:变态混凝土现场掺入的水泥及掺和料浆液体积为该部位二级配碾压混凝土体积的5%一10%.可参考上表的有关数据进行试验,通过试验3.2碾压混凝土配制强度择优选择配合比参数.中国水利水电第三工程局有限公司表3-3碾压混凝土配制强度一览表强度保证率P(t)与要求保证率对应的标准平均偏差配制强度强度等级Jh-,d十u0(%)概率度tCI8o10800.843.5l2.9C
9、l801580O.843.517.9Cl8020800.844.O23.43.3碾压混凝土配合比试验在进行碾压混凝土配合比参数选择时,必须根据实际工程和施工条件,以及设计要求的技术指标,选定混凝土拌和物稠度(即VC值)的控制范围,骨料级配,混凝土的保证强度等基本配合条件,据此来确定混凝土的单位用水量,水胶比,砂率等参数.(1)砂率与VC值的关系碾压混凝土砂率与VC值的关系见表34.表3-4碾压混凝土砂率与VC值的关系级配情况砂率(%)vC值(S)备注28.59.48用水量为89kg/m.,火山灰掺三级配29.73.5和料比例为55%.3O.74.63621.63416.6用水量为89kg/m,
10、火山灰掺二级配3212.3和料比例为55%.3029.1从表3-4可以看出砂率对VC值的影响,因此,对于二级配碾压混凝土,砂率选用32%;对于三级配碾压混凝土,砂率选用30%;(2)单位用水量与VC值的关系影响碾压混凝土单位用水量的因素较多,如骨料品种,级配,吸水率,细骨料的细粉含量,掺和料的品种及细度等.碾压混凝土用水量与Vc值的关系见表35.表3-5碾压混凝土用水量与VC值的关系级配情况用水量(kg/m)VC值(s)备注8325.O三级配894.6砂率3O.7%974.586.521.6二级配8912.3砂率32,火山灰掺和料比例为55%.994.8从表3-5的试验结果看出,三级配单位用水
11、量为89kg/m3时,VC值比较合适,因此确定碾压混凝土三级配单位用水量为89kg/m.;二级配碾压混凝土单位用水量定为99kg/m.(3)VC值经时损失碾压混凝土拌和后停放时间与VC值的关系见表3-6.从表3-6可以看出碾压混凝土VC值经时损失情况,另外,环境温度,阳光直射均会导致VC值的增大,因此,施工现场应根据具体的现场施工条件,得出碾压混凝土VC值经时损失规律,用以指导碾压混凝土的施工安排.阳光直射下混凝土失水可导致VC值迅速降低,需要采取必要的措施,比如喷雾补水,保温覆盖等.81水电施工技术2010?第4期总第62期表3-6碾压混凝土VC值经时损失停放时间(h)VC值(S)备注O3O
12、.5519环境温度18C215326(4)三级配碾压混凝土(C帅l5w帅4F5O)1)三级配碾压混凝土(C15W9.4F50)试验配合比.三级配碾压混凝土(cl54F50)试验配合比见表37.表37碾压混凝土试验配合比表水外加剂引气剂掺和料单位材料用量编号胶(%)(%)比例砂率(kg/m3)(%)比HC-3HC-9(%)水水泥火山灰磷矿渣砂小石中石大石C9o15W%4F905O一1O.53O.7O.O26029.8886799645456609456C15w铷4502O.53O.7O.O25529.8887591645456609456C.015W904F.o508.70.49O.70.O25
13、83079684747654457609457C15W9o4F9o508.22O.49O.70.02583O.7796896|669452604452测试2)混凝土拌合物及抗压,劈拉强度等性能性能测试结果见表38.表3-8三级配碾压混凝土(C.154F.50)性能测试结果VC值抗压强度(MPa:劈拉强度(MPa)抗渗等级抗冻等级强度等级及性能要求(S)7d28d60d90d7d28d60d90d90d90dC9o154Fl蚰5015.99.514.ll9.1O.661.O2i1.26W4F50C9o15W904F905025.510.715.521.5O.841.23lI39W4F50C901
14、5W9o4F9o508.76.511.6l7.122.526.7O.721.181.291.8OW4F50C15W4F蛐508.227.014.918.722.2f0.851.121.40W4FSO(5)二级配碾压混凝土(C20W.8F.100)1)二级配碾压混凝土(C20W8F100)试验配合比二级配碾压混凝土(C9o208F蚰100)试验配合比见表39.表3-9碾压混凝土试验配合比表水外加剂引气剂掺和料单位材料用量(kg/.)比例砂率编号,胶lC一3HC-9(%)(%)水水泥火山灰磷矿渣砂小石中石大石C902ow8F蛳1001O.50.7O.O3573294821O7l678685756i
15、C2081002O.5O.70.03573294825353678685756C208F帅1008.80.480.7O.036034806874257336767462Ow鲫8F蚰1008.23O.450.7O.O35834989l12671O654723l测试822)混凝土拌合物及抗压,劈拉强度等性能测试结果见表3一l0.中国水利水电第三工程局有限公司表3-10二级配碾压混凝土(C.20W.8F.100)性能测试结果抗压强度劈拉强度抗渗抗冻强度等级及性能要求VC值7d28d60d90d7d28d60d90d90d90dC20Wgo8Floo一16.2l1.217.322.9O.561.297
16、1.63W8FlOOC20W908Flo26.O13.319.5f26.8O.821.521.91W8F1OOC20W8F.8.85.77l8.222.5I1.351.76|W8FIO0Cowo81008.233.916.722.4ff1.3O1.82lW8F10O(6)混凝土极限拉伸与轴拉强度试件进行试验,变形用电测干分表测得.试验结混凝土极限拉伸采用lOOmmlOOmm515mm果见表3一l1.表3-11混凝土极限拉伸与轴拉强度极限拉伸(10-)轴拉强度(MPa)编号配合比情况28d28dc蚰l5w蚰4F蚰501Rcc15T60%O.791.27C9o15W9o4F502Rcc15T55%
17、O.781.42c,o20W908Fl1Rcc20T57%0.741.49(7)混凝土干缩柱体试件进行试验,试验结果见表312.混凝土干缩采用lOOmmlOOmm515ram棱表3-12混凝土干缩试验结果不司龄期干缩率(10)试验编号配合比情况1d2d3d5d7d14d19d2ldC9015W904F502Rcc15T55%32.266O.2281.72126.88146.24197.85236.56268.82c如l5w蚰4F如501Rcc15T60%38.7155.9155.91l41.94148.39247.31258.06270.97f|24d27d28d4ldll?C9o15W904
18、F502Rcc15T55%266.67292.47320.43341.94|lC9o15Wo4F501Rcc15T60%292.47309.68341.94376.34fflI1d3d5d7d14d18d21d28dC902OW908Floo-1Rcc20T56.6%47.3168.46113.98144.09245.16260.22339.78348.39Rcc20c9020W908F.24O.8664.46l13.98150.54238.7l292.47307.53311.83T28.3%+P28.3%35dfffCgo20W.oSF1oo-1Rcc20T56.6%359.14fIljfR
19、cc20C9o20W9o8F.2346.24f|ffT28.3%+P28.3%注:混凝土千缩龄期以试件成型后两天为基准.由表312的试验结果可见,混凝土7d的干缩率在144.0910150.5410之间,28d的干缩在311.8310348.3910之间,双掺磷矿渣和火山灰碾压混凝土干缩与单掺火山灰碾压混凝土的干缩未见明显差别.可见,单掺火山灰没有明显加大碾压混凝土的干缩.(8)混凝土的热学性能1)导温系数混凝土导温系数的测定结果见表3-12.2)比热83水电施工技术2010?第4期总第62期比热试验结果见表3-13.表312混凝土导温系数测定结果编号配合比情况导温系数(m/h)C9015Wo
20、4F90501Rcc15T60%0.003565C.20W.8F100-1Rcc20T56.6%0.003532表3-13比热测定结果编号配合比情况平均比热(kJ/kg?)C9015W904F905O一1Rcc15T60%O.9517C9o20W9o8Flo01Rcc20T56.6%0.97613)导热系数通过试验测得混凝土导温系数,比热和容重后,可通过公式计算导热系数.=一pCK一混凝土导热系数(kJ/m?h?);一混凝土容重(kg/m);C一混凝土比热(kJ/kg?).各项热学性能参数的试验结果汇总列于表式中:一混凝土导温系数(m./h);314.表314导热系数计算结果编号配合比情况导温
21、系数比热容重导热系数c9015w帅4F501Rcc15T60%0.0035650.951724208.2lC9o20w蛐8F100-1Rcc20T56.6%0.0035320.976124028.284)绝热温升进行绝热温升试验.C154F.5Ol与C154F502相比,绝热温升试验结果见图l及图2.C15W4502水泥用量大,故对c帅15w蚰4F帅502图1C15W.4F50-2绝热温升随龄期变化曲线从图1,图2可以看出,C15碾压混凝土绝热温升在14d龄期后趋于平缓,C20碾压混凝土绝热温升在20d龄期后趋于平缓,其28d绝热温升值均在20以内.在前期混凝土配合比工作的基础上,水泥调整为奥
22、环水泥,对碾压混凝土配合比进行了复核,图209o20W,8F,1绝热温升随龄期变化曲线结合现场碾压情况,对部分配合比进行了适当调整及优化,推荐用于现场施工,见表315.3.4碾压混凝土性能试验结果混凝土拌合物及抗压,劈拉等性能试验结果见.表18.中国水利水电第三工程局有限公司表315单掺火山灰碾压混凝土配合比强度等级及水掺和料单位材料用量(kg/m)胶砂率比例外加剂(%)火山火山灰性能要求(%)水水泥砂小石中石大石比(%)lC一3l1C一9灰代砂C18O1OW4F5OO.553065O.8O.O2875510310638458612458C18015W4F5O0.493055O.8O.O279
23、73883062445861O458C18O2OW8F1O00.453250O.8O.O3981O9109f6686747457注:1.所用原材料均由工地现场送至试验室.2.水泥为奥环P.O42.5水泥.3.骨料为饱和面干状态,当以干燥状态为基准时,用水量需增加.4.砂为中砂,细度模数2.9;小石:中石=47.5:52.5.现场应根据原材料级配情况做适当调整.砂细度模数变化O.2,混凝土砂率按(12)%调整.5.减水剂HC.3的掺量可视VC值要求在胶凝材料用量的0.7%一1.2%范围内适当调整;引气剂HC.9的掺量根据现场混凝土含气量变化适当调整.表3-16碾压混凝土性J,II试结果VC值抗压
24、强度劈拉强度抗渗抗冻极限拉伸强度等级及性能要求(MPa)(MPa)等级强度(10)(S)28d90d180d28d90d180d90d90d90dCl8Ol0W4F5O5.57.81O.2O.590.85W4F50O.79C180159/4F504.211.7l6.122.61.O21.311.87W4FS0O.90C18O2OW8F1OO5.314.42O.126.60.881.471.9lW8F100O.93现场应加强原材料的质量控制,并根据原材料的级配,含水率等变化对配合比作相应的调整.4现场单掺火山灰碾压混凝土配合比优化场施工情况对原碾压混凝土配合比进行了复核试验,并在此基础上对配合比
25、中的掺和料掺量和砂率做了相应的调整.从已有的试验结果可以看出,调整后的配合比能够满足设计要求.具体试验结水电三局弄另项目部根据现场原材料以及现果见表3-17.表3-17单掺火山灰碾压混凝土现场优化配合比及试验结果水减水剂引气剂火山灰水泥VC值抗压强度(MPa)强度等级胶tlC-3HE-9掺量掺量砂率水(%)(S)7d28d90d180d比(%)(%)(%)(%)C.8010W4F500.55O.8O.03704332805.5f7.O1O.6C.15W4FS00.5OO.8O.O3606432808.6713.Ol7.4在施工过程中对RCC.10,RCC.15两种内部碾压混凝土进行了优化,试验
26、结果表明:在原材料相对稳定的情况下RCC.10混凝土的单位用水量降至80kg时水泥用量为43kg:RCC.15混凝土的单位用水量降至80kg时水泥用量为64kg;其9O天龄期的抗压强度均满足设计要求(RCC10的90d抗压强度为10.6MPa:RCC.15的90d抗压强度为17.4MPa).从上述试验结果可以看出,单掺火山灰碾压混凝土配合比仍然有一定的优化空间,在以后的碾压混凝土施工中仍需作进一步的试验研究工作,为以后的推广应用提供依据.在混凝土配合比试验中还进行了:砂率与VC值的关系;单位用水量与VC值的关系;Vc值经时损失;混凝土极限拉伸与轴拉强度;混凝土干缩;混凝土的热学性能等试验研究.
27、通过试验均满足设计要求,目前已成功应用于弄另电站的碾压混凝土施工中.5结语85水电施工技术2010?第4期总第62期单掺火山灰碾压混凝土配合比在弄另水电站大坝工程中成功浇筑碾压混凝土29.76万立方米.从室内配合比试验以及现场取样检测结果来看,单掺火山灰碾压混凝土各项性能指标均能够满足设计及现场施工要求.所达到的具体技术性能指标有以下几点:1)从该细度段火山灰试验检测结果来看,火山灰活性指标满足规范要求.2)从单掺火山灰碾压混凝土配合比室内试验检测结果来看,单掺火山灰碾压混凝土配合比满足设计所要求的强度性能,耐久性能,力学性能,变形性能和热学性能等设计指标.3)从单掺火山灰碾压混凝土现场施工情
28、况来看,单掺火山灰碾压混凝土现场碾压效果良好,能够达到有泛浆,有弹性,有光泽的三有要求,压实度合格率达到了100%.4)弄另水电站碾压混凝土大坝内部最高温度为32.2C,对应的自然温度29.OC;趋于稳定温度25.6C;设计单位提供的坝内极限温度为34;经检查目前大坝碾压混凝土未发现裂缝.单掺火山灰碾压混凝土配合比试验的成功,可简化碾压混凝土拌和生产工艺,减小拌和系统的建厂投入,降低碾压混凝土原材料成本,特别是对云南滇西南的中,小水电站和怒江流域的水电站建设,可以提供新的掺和料选择.弄另电站的上一级电站等壳水电站已采用单掺火山灰碾压混凝土进行施工.因腾冲县火山灰矿产资源丰富,可就地取材,充分利
29、用现有资源,对拉动当地经济建设起到积极作用,社会效益显着.焦作项目部完成安阳城东南生产桥箱梁浇筑任务11月4日,南水北调河南焦作项目部安阳城东南生产桥箱梁浇筑完成.安阳城现浇箱梁全长80米,以满堂红扣件式支架作为支撑体系.箱梁顶板宽度4.5米,底板宽度2.5米,设计方量222.9立方米,分两次浇筑,此次浇筑的部位为底板及腹板,采用泵车入仓.此次浇筑引起了项目部领导以及焦作2段项目监理部的高度重视,项目副经理王建军和总工杨小兵在开盘前就早早来到现场进行指挥,从资源分配到浇筑方式以及浇筑过程中的注意事项都无一遗漏的交待各职能部门和施工人员.开仓前,焦作2段项目监理部总监刘克强一行人来到现场进行检查
30、,在横平竖直的钢筋以及高平整度的模板面前,刘克强对钢筋安装以及模板安装给予高度的评价.焦作项目部第一片箱梁成功浇筑10月21日,南水北调中线焦作二段3标演马庄公路桥笫一片箱梁开仓浇筑混凝土,标志着大规模预制箱梁的序幕已经拉开.演马庄公路桥作为今年结构物施工的重点,项目部领导高度重视,精心组织,从桥梁灌注桩施工,预制梁场征地,基础建设到施工人员材料进场都做了大量细致具体的工作,项目部各部门员工也齐心协力,默契配合,现场施工,测量,试验,调度等各项工作有条不紊,有效解决了施工中存在的难题,使预制梁场在最短时间内投入生产,确保了第一片箱梁的成功浇筑.演马庄公路桥32根灌注桩已全部完成施工,该桥上部结构为预应力钢筋混凝土箱梁,20米箱梁12片,35米箱梁3O片,首片预制箱梁为20米箱梁,混凝土浇筑量22.8立方米.目前,后夏庄排水渡和张田河公路桥灌注桩,后夏庄预制场T型梁预制及张拉施工正在如火如荼进行,全线结构物各项施工正在有序开展.86