东江水利枢纽工程C20混凝土配合比试验设计

翟伟宝

1 工程概况

广东惠州东江水利枢纽工程位于东江下游惠城区河段的泗湄洲处,上距惠州市惠城区约9.4 km,下距博罗水文站2.8 km。坝址以上控制集雨面积25 325 km2,河宽约480 m,是以改善水环境、发电,兼顾航运,并具改善城市供水和农田灌溉条件,发展旅游等多项综合利用效益而兴建的水利枢纽工程,是惠州市整治和发展“两江四岸”的配套工程项目。建成后将产生7大效益:改善灌溉条件效益;改善供水条件效益;房地产增值效益;旅游效益;拉动惠州市经济增长效益;航运效益;发电效益。工程属Ⅰ等,工程规模为大(1)型。本工程所在地的地震基本烈度为6度,采用设计烈度为6度。

电站为低水头河床式电站,设计水头7.1 m。最低工作水头4.94 m,最大工作水头10.21 m。发电流量1 043 m3/s(开始),平均水头为7.58 m。机组型号为GZ1250A-WP-590型贯流式灯泡机组,单机额定容量1.15万kW,总装机容量为4×1.15万 kW。多年平均发电量26 709万kWh。枢纽建筑物主要由拦河水闸、河床式厂房、船闸、挡水坝段及库区两岸防护工程等组成。坝轴线总长约820 m,坝顶高程17.3 m。设计总工期为3年,总投资为93 228万元。该枢纽工程水库正常蓄水位为▽10.5 m,相应水库库容1.164亿m3。拦河水闸设计下泄洪峰流量为10 910 m3/s,校核洪峰流量为13 000 m3/s,设计水位为正常高水位10.5 m。

2 配合比材料试验

2.1 水泥

选用了5种水泥进行水泥的物理性能试验,通过对比我们选用了湖南金磊水泥有限责任公司生产的P.C32.5普通硅酸盐水泥。水泥28 d龄期抗压强度平均强度值为37.2 MPa,抗折强度平均强度值为7.5 MPa,水化热低,满足东江水利枢纽工程施工技术要求。

2.2 粉煤灰

由于大坝混凝土使用的骨料是人工混合骨料,为了减少混凝土用水量,在进行配合比试验时掺加了二级粉煤灰,粉煤灰选用沙角电厂生产的二级粉煤灰,粉煤灰需水量比为89.6%,细度为16.8%,三氧化硫为1.85%,含水率为0.19%。

2.3 骨料

用于大坝混凝土的骨料采用长乐石料场石料,试验采用三级配,分别为5 mm～20 mm,20 mm～40 mm,40 mm～80 mm三种级配的骨料组成。其中5 mm～20 mm级配骨料的表观密度在2 600 kg/m3～2 690 kg/m3之间,吸水率在0.39%～1.43%之间,针片状含量在1.2%～8.0%之间,压碎指标为3.9%～11.2%;20 mm～40 mm级配骨料的表观密度为2 620 kg/m3～2 660 kg/m3,吸水率为0.4%～1.1%,针片状含量为2.1%～8.4%;40 mm～80 mm级配骨料的表观密度为2 600 kg/m3～2 680 kg/m3,吸水率为0.3%～0.7%,针片状含量为0.8%～8.2%。

1)细骨料。试验用东江砂为细骨料,细度模数为2.60,属于中砂区,级配合理。其余相应的指标均符合施工技术要求。

2)粗骨料。试验用混合后粗骨料,按粒径分为小石5 mm～20 mm,中石20 mm～40 mm,大石40 mm～80 mm,其余相应的指标均符合施工技术要求。

表1 不同组合粗骨料级配混凝土拌合物性能试验比较结果

3)不同组合粗骨料级配对混凝土拌合物和易性的影响。采用同一配合比,粗骨料总重量不变,相同组合粗骨料级配,两种骨料不同比例,进行混凝土拌合物性能试验,来判定不同组合粗骨料对混凝土用水量的影响,配合比参数:水胶比0.52,煤灰掺量30%,砂率30.5%,设计坍落度5 cm～7 cm。从不同组合粗骨料级配混凝土拌合物性能试验比较结果可以看出,在骨料总重不变的前提下,不同组合大石和中石混凝土拌合物影响不大,本次大坝混凝土配合比设计采用骨料混合比例 2.5∶1.5∶1试验。不同组合粗骨料级配混凝土拌合物性能试验比较结果见表1。

2.4 外加剂

外加剂的选择本着在降低混凝土原材料成本的基础上,保证混凝土符合设计要求,满足混凝土施工和易性要求,易于振捣、不泌水、有利于温控等综合因素考虑,在大型水利工程中使用过且满足大体积混凝土施工要求。根据业主推荐原材料情况,选定缓凝高效减水剂EP-7,按照GB 8076-1997混凝土外加剂进行掺外加剂混凝土性能试验。

掺外加剂混凝土性能试验,试验项目主要包括减水率、含气量、凝结时间差、抗压强度比等性能指标,缓凝高效减水剂EP-7掺量按1.4%,1.5%和1.6%试验。通过试验结果比较,缓凝高效减水剂 EP-7掺量在1.5%时,减水率 10.2%,28 d抗压强度比125%;其余各项掺外加剂混凝土性能指标均满足规范要求。

3 混凝土配合比设计

3.1 混凝土抗压强度与水胶比和粉煤灰掺量的关系

根据东江水利枢纽工程常规混凝土设计指标,水胶比为0.52,0.54,粉煤灰掺量选择范围为20%,25%,30%,提供7 d,28 d龄期的混凝土抗压强度与水胶比和粉煤灰掺量的关系试验。选用湖南金磊水泥有限责任公司生产的P.C32.5普通硅酸盐水泥,沙角电厂生产的二级粉煤灰、东江砂及缓凝高效减水剂EP-7进行试验,采用最优砂率和最佳级配,三级配设计坍落度5 cm～7 cm。混凝土抗压强度与水胶比(W/C+F)和粉煤灰掺量用二元回归方程计算,结果可以看出,对于不同水胶比和粉煤灰掺量条件下,混凝土抗压强度与水胶比和粉煤灰掺量都有较好的相关性。

3.2 混凝土配合比试验研究

混凝土拌合物的各组成材料按一定比列配料,应达到质量均匀、不泌水、不离析的要求,以便更好的保证施工质量。采用 100 L自落式搅拌机拌和,每次拌合量按搅拌机容量的20%～80%,试验严格按照DL/T 5150-2001水工混凝土试验规程的相关规程进行。施工配合比应用过程中各项原材料的相融较好,能够满足混凝土拌合物各项技术指标,混凝土强度满足技术要求,混凝土配合比满足设计和现场施工工艺要求。施工配合比见表2。

表2 施工配合比的设计参数及抗压结果

4 结语

目前,推荐使用的施工混凝土配合比已在东江水利枢纽工程应用,从出机口混凝土拌合物和易性及现场施工情况来看,混凝土强度和各项拌合物性能均满足技术要求,表明该配合比具有较高的可行性。