西龙池电站修复用无收缩自流平混凝土配合比试验

何先治， 赵小东，李向东，吴紫娟

（1.中国水利水电第三工程局有限公司，山西 五台 035503；2.浙江华东工程咨询有限公司西龙池监理中心，山西 五台 035503）

1 问题的提出

西龙池抽水蓄能电站厂房为地下式，装机容量1 200 MW，安装4台300 MW混流可逆式蓄能机组，额定水头640 m。

机墩采用圆筒式混凝土结构，底部固结在水轮机层蜗壳外包大体积混凝土上，上部与风罩连接，圆筒内径6 800 mm，外径12 600 mm，机墩壁厚2 900 mm，机墩设一宽1.5 m的基坑通道，机墩混凝土设计标号为C25F50。定子基础位于圆筒式机墩的顶部，在机墩731.250 m高程环向均匀布置6个基础埋件，每个埋件由4个预埋螺栓固定于机墩混凝土内，每个基础埋件处均预留一个2.1 m×1.4 m×0.65 m的二期槽，预埋件安装完成后再采用M60无收缩自流平灌浆材料进行灌浆回填。

2009年10月16日，1、2号机组一管双机甩负荷调试试验中，由于机组设备设计制造原因，转子与定子发生严重碰撞，产生了远远超出设计标准的巨大作用力，导致定子基础二期无收缩自流平灌浆材料和部分一期混凝土破坏。经过检测发现，定子基础二期混凝土完全破坏，其附近一期混凝土局部表层破坏严重，破坏主要集中在钢筋保护层，一期混凝土主体结构总体完好。经设计、监理、业主及行业专家专题会议讨论研究，决定采用无收缩自流平混凝土进行修复及回填。

无收缩自流平混凝土是利用无收缩自流平灌浆材料 （水泥、砂、外加剂）、石子、水按一定比例配制而成，其流动性、稳定性好，在自重作用下达到密实，具有较强的通过钢筋间隙的能力，早期强度高。为了保证修复质量，设计下发了1、2号机组定子基础无收缩自流平混凝土试验任务书，拟定了3种配合比试验方案，分别测试其无收缩自流平混凝土的流动度、抗压强度、混凝土回填密实性及石子分布的均匀性，西龙池施工局试验室根据试验任务书要求进行了认真的试验研究与分析。

2 原材料试验

2.1 灌浆材料

试验所用的灌浆材料为SikaGrout 214型无收缩自流平灌浆材料，由业主方提供，生产厂家为广州达高建材科技有限公司。该材料为混合材料，呈灰色，固化后为砂浆胶结体。试验依据GB/T 50448—2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》和生产厂家的产品技术要求进行，检测结果满足规范要求 （见表1）。

表1 SikaGrout214型无收缩自流平灌浆材料检测结果

2.2 粗骨料

试验采用的粗骨料为5～10 mm天然卵石，由业主方提供，产地为忻州豆罗。检测依据JGJ 53—92《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》进行，检测结果满足标准要求 （见表2）。

表2 粗骨料检测结果

3 混凝土配合比试验

3.1 推荐的配合比参数

根据试验任务书和经监理批复的试验大纲，利用厂家说明书推荐的配合比参数 （水灰比0．15，SikaGrout214 1 875 kg/m3， 水 283 kg/m3）， 按照灌浆材料与骨料质量比分别为 1∶0．5、 1∶0．2、 1∶0 的比例进行配合比试验 （骨料为外掺料），参数见表3。

表3 3种配合比设计方案

整个试验均在标准试验条件下进行，试验依据为DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》和相关的技术标准，采用人工拌和，3种方案的拌和物性能检测结果见表4。

表4 混凝土、灌浆材料拌和物性能检测结果

根据定子基础无收缩材料施工技术交流专题会议纪要要求，拌和物性能应满足GB/T 50448—2008中第4．1．1条的要求。以上3种设计方案，按照厂家说明书推荐的用水量试拌结果，初始的流动度、坍落度和坍落扩展度均未达到要求。

3.2 配合比参数调整

西龙池试验室借鉴在该电站机电安装工程标中蜗壳阴角回填自密实混凝土配合比设计的成功经验，结合前期成功进行的1、2号机下机架无收缩自流平灌浆材料的施工工艺，在厂家推荐的用水量的基础上进行了调整，调整后混凝土、灌浆材料配合比参数见表5。

表5 调整后的混凝土、灌浆材料配合比参数

3.2.1 混凝土拌和物性能试验

混凝土试拌是在同等标准条件下进行的，试拌方法均采用人工拌和，试验依据DL/T 5150—2001和相关的技术标准，结果见表6。由表6可知，按照调整后的用水量，3种设计方案拌和物性能均满足 GB/T 50448—2008 第 4．1．1 条款的要求。

3.2.2 混凝土强度试验

根据DL/T 5150—2001的要求，混凝土成型采用 100 mm×100 mm×100 mm 和 150 mm×150 mm×150 mm两种试模。成型龄期分别为1、3、7、28 d，按照该标准对抗压强度和劈裂抗拉强度进行试验。3种方案的试验结果均能满足GB/T 50448—2008第4.1.1条的要求 （见表7）。

表6 调整后的混凝土、灌浆材料拌和物性能检测结果

表7 调整后的混凝土、灌浆材料强度检测结果

4 现场工艺试验

现场工艺试验的试件尺寸与1、2号机组定子基础二期槽相同，按1∶1尺寸设计，试验环境与现场施工环境基本相同。试件内的钢筋型号、数量及安装位置、基础埋件也与1、2号机组定子基础二期槽内的布设情况完全相同。

4.1 混凝土浇筑方法

为了保证模拟试验质量，搅拌机布置于模拟试件跟前，利用350 L自落式搅拌机进行拌和，拌制好的无收缩自流平混凝土由人工用铁桶连续、平缓、均匀地灌入仓内，浇筑到定子基础埋件水平板下部时，采用竹片抽拉将气泡排出，直至基础埋件水平板4个通气孔均泛浆为止，混凝土浇筑高度与定子基础埋件表面齐平。

4.2 性能及强度检测

按照技术标准要求，混凝土入仓之前，对拌和物的流动度、坍落度、坍落扩展度进行了检测，各项指标均符合规范和设计任务书的要求 （见表8）。

混凝土强度试验采用100 mm×100 mm×100 mm和150 mm×150 mm×150 mm两种试模成型，每块一次性连续灌满试模，并贴上标签，禁止扰动，12 h后拆模，然后将每组混凝土试块编号，放入标准养护室进行养护，标养温度控制在20±2℃，相对湿度大于90%。到龄期时分别进行强度检测，检测结果均满足GB/T 50448—2008要求 （见表9）。

表8 现场模拟试验混凝土、灌浆材料拌和物性能检测结果

表9 现场模拟试验混凝土、灌浆材料强度抽检结果

4.3 混凝土内部密实性、石子分布均匀性检查

现场混凝土养护期达到28 d后，对混凝土试件进行切割，观察混凝土的内部密实性和石子分布的均匀性。观察表明，方案1的混凝土密实性较好，用肉眼观察有少量明显气孔，混凝土中石子分布均匀；方案2混凝土密实性好，用肉眼观察没有明显气孔，混凝土中石子分布均匀；方案3混凝土密实性较好，用肉眼观察有一些微小气孔。

根据试验，方案2即 SikaGrout214∶石子=1∶0.2的配合比为最优配合比。该配合比通过设计、监理、业主的会审并批复后被采用，经现场施工验证，混凝土流动性、密实性非常好，混凝土修复和定子基础回填已达到设计要求的最佳效果。

5 结论

通过对无收缩自流平混凝土配合比的优化试验研究，有效解决了定子基础回填和修复施工中采用同标号同时施工、保证结构整体性的问题；同时也解决了定子基础回填混凝土不密实而出现脱空的难题。采用无收缩自流平混凝土施工速度快、方便，能够有效减轻劳动强度。

［1］ 赵均.自密实混凝土的研究和应用［J］.混凝土， 2003（6）:9-17.

［2］ 李清和.高强与免振自密实混凝土［J］.建筑技术开发，1997（12）:34-38.

［3］ 纪建林，胡竟贤，王毅.自密实混凝土性能及其在三峡三期工程中的应用［J］.西北水电， 2005（4）:33-36

［4］ DL/T 5150—2001 水工混凝土试验规程［S］.

［5］ GB/T 50448—2008 水泥基灌浆材料应用技术规范［S］.

［6］ JC/T 986—2005 水泥基灌浆材料［S］.