混凝土面板原材料选用及配合比研究

王永德，朱 武，谢勇兵

（1.云南省水利水电科学研究院，650228,昆明；2.中国水利水电第十四工程局有限公司，650041,昆明）

钢筋混凝土面板作为大坝的防渗体，防止各种原因引起的漏水，对保证坝体正常运行十分重要。面板产生严重裂缝是导致坝体漏水的主要原因之一，裂缝产生原因是多方面的，究其本质是由于外界和内部引起的拉力超过混凝土本身的抗裂能力所致。因此，防止面板发生裂缝的主要措施之一就是提高面板混凝土的抗裂性，这要从混凝土原材的选择、配合比设计和施工措施等几个方面予以保证。

一、上库钢筋混凝土面板堆石坝概况

某抽水蓄能电站上库库区盆地的集流面积5 km2,多年平均流量0.209 m3/s， 最枯流量 0.05～0.08 m3/s，正常库容2 450万m3。面板坝枢纽由4个主要的水工建筑物组成，即钢筋混凝土面板堆石坝、侧槽式溢洪道、施工导流隧洞和上库进水口。坝型为混凝土面板堆石坝，坝高68 m，坝顶长 337 m、宽 7 m。

面板堆石坝是上库枢纽的主体水工建筑物，上下游边坡均为1∶1.4，后坝坡在高程760 m、780 m及800 m处设有宽度为2 m的马道。

大坝上游防渗体由趾板及钢筋混凝土面板组成。钢筋混凝土防渗面板下厚上薄，厚度由公式T=0.3+0.003H的变截板计算所得，式中T为板厚，H为水头。下部面板的最大厚度为50 cm，顶部厚度30 cm,面板下为垫层，垫层由级配砾石和碎石组成，最大粒径小于100 mm，垫层料厚度为2.5 m。垫层料下部为过渡层，过渡层为洞渣料，最大粒径小于300 mm，过渡料厚度为4 m。过渡料下游为主堆石体，最大粒径控制在800 mm。主堆石体下游为次堆石体，最大粒径控制在1 000 mm，坝下游最外层为干砌石护坡。

沿钢筋混凝土面板周边与趾板相接处设有周边缝，趾板下端，面板与岩基相接处设有小区料。小区料的作用，因参建各方认识不统一，对其做法和质量指标存在分歧，设计方建议小区料由级配碎石料掺加5%的水泥组成，最大粒径控制在40 mm以下。为防止坝面开裂并便于施工，钢筋混凝土防渗面板除在底部设有周边缝之外，沿坝轴方向每隔12 m设有垂直缝，在高程785 m处设有一道水平施工缝。坝体典型断面见图1。

二、原材料的选用

良好的混凝土拌合物性能依赖于良好的原材料的性能，以及它们之间的相互作用。因此混凝土工程原材料一定要根据工程特点、气候条件、原材料特性及供应情况，进行科学的选择。原材料的选择包括水泥、外加剂、掺合料、粗细骨料等。

1.水泥

从混凝土抗裂要求出发，应选用水化热较低、收缩性较小的水泥品种，同时也要考虑供货地点的远近，经过对比后选用某某牌52.5 MPa普通硅酸盐水泥，其特性见表1。

2.掺用引气剂

从国外所建的面板坝资料看，无一例外地在面板混凝土中都掺用引气剂，其作用是显著提高混凝土的耐久性，同时对改善混凝土合易性和提高混凝土抗裂性、降低渗水性等均有显著效果。抽水蓄能电站上库坝的面板混凝土中掺有FDN440及DH9引气剂，效果很好。

3.粉煤灰

在混凝土中掺入优质粉煤灰，不仅可以节省水泥，降低水化热，而且可以降低混凝土的干缩性，防止开裂，甚至在发生微小裂缝的情况下粉煤灰可以起弥合作用。根据对工程附近粉煤灰灰源的调查及试验分析，选用火电厂的Ⅰ级粉煤灰作为混凝土的掺合料。粉煤灰物理及化学成分特性见表2。

在抽水蓄能电站工程上库坝的施工中，由于混凝土细骨料的级配缺少小颗粒，为了增加混凝土的合易性。在配制时，利用粉煤灰替代3%的砂量，还可防止混凝土砂量过大导致干缩裂缝增加。从施工情况来看，面板裂缝很少，效果很好。

表1 某某牌52.5 MPa水泥化学成分及矿物成分

表2 粉煤灰物理及化学成分

表3 砂石骨料特性

4.砂石骨料

混凝土骨料的热膨胀系数对混凝土的抗裂能力影响很大。混凝土热膨胀系数随着其骨料热膨胀系数增大而线性增大，对混凝土早期开裂有直接影响。在条件允许的情况下应尽量选用热膨胀系数较低的骨料，如石灰岩、花岗岩骨料热膨胀系数比砂岩、石英岩骨料低，其抗裂能力高出一倍左右。本工程对混凝土骨料料源调查后，选用距工地50 km处的天然砂砾石为主要混凝土骨料的料源，其特性见表3。

表4 上库面板混凝土配合比

表5 面板混凝土试验成果

三、面板混凝土设计指标

混凝土设计指标按照设计要求及施工条件，面板混凝土的特性如下：

设计标号R28=20 MPa;抗渗标号S8～S6；坍落度：晴天 6～7 cm，阴天 3～5 cm；粗骨料级配：2级配，最大骨料粒径40 mm；砂子的细度模数2.4～2.8。

四、配合比研究

针对设计提出的面板混凝土指标，结合原材料的选用情况，对混凝土的水灰比、用水量等进行了大量配合比试验研究，最后提交施工使用的配合比，详见表4。

五、面板混凝土浇筑取样试验成果

面板混凝土浇筑取样试验成果，详见表5。

从表5看出，面板混凝土强度超强，强度保证率很高，从均方差和离差系数看，面板混凝土均匀性达到优良。

六、结 语

混凝土面板施工前，为了获得施工特性良好的混凝土，反复进行了配合比试验，确定了合理科学配合比，混凝土坍落度控制在3～7 cm范围内，在坝面浇筑的溜槽中能自然流淌，并不分离。严格混凝土振捣工艺，杜绝漏振现象，严防滑模被混凝土上抬现象发生，使滑模与侧模接触部位呈似离非离状态。对坍落度大于10 cm的混凝土，严禁入仓位，移作他用。浇筑完毕后，及时复盖草席洒水养护，施工后的面板平如镜面，有少量表面裂缝，无贯穿裂缝。

蓄水前，对上库坝钢筋混凝土防渗面板做了全面检查，检查结果表明面板混凝土的质量很好，外观光滑，没有发现贯穿性裂缝，除最早浇筑的#7块和#10块有少量的不连续浅层裂缝和裂纹外，其他各块均未发现裂缝。#7块及#10块的裂缝，经开凿后，发现裂纹深度只有2 cm，对这样的浅层裂缝一般不需要进行处理，为了安全可靠，所有的表面裂缝凿开后，用环氧砂浆进行嵌填。

蓄水后，水位高程790 m，根据仪表观测资料，面板周边缝的水平位移为8.23 mm（国内外统计资料为5～125 mm）；水位2/3高处的面板最大沉陷量为55 mm （国内外统计资料为5～125 mm）。上库坝的全部变形变位观测成果，基本都在统计资料的范围内，说明坝的填筑质量和面板混凝土施工质量良好。

总之，选用优质、适用于面板的原材料和按照试验确定配合比配制混凝土是满足设计要求抗裂的重要条件。通过混凝土机口取样试验和面板检查表明，采用低水化热、低收缩性水泥，掺入引气剂和Ⅰ级粉煤灰能减少混凝土裂缝，有效防止渗漏。工程经过多年运行，混凝土面板表面平整光滑，无新裂缝产生，无渗漏增加现象，为电站正常运行提供了蓄水保证，发挥了较好的社会和经济效益。