大坝面板采用流纹岩高吸水率骨料配合比的研究与应用

田 聪

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，成都，611130)

1 工程概况

老挝南公1水电站以防洪、发电、灌溉、旅游为开发目标，目的是促进当地社会经济发展，主坝校核洪水位高程为320.80m，相应库容6.51×108m3；正常蓄水位高程为320.00m，相应库容6.33×108m3；死水位高程为280.00m，相应库容0.97×108m3；调节库容5.36×108m3，具有多年调节能力。工程为Ⅱ等大(2)型工程，电站装机容量160MW，装机2台，单机容量80MW，主挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，布置于主河床，坝顶长409.946m，坝顶宽8.8m，坝顶高程为325m，最大坝高为90m。坝体上游坝坡1∶1.4，下游坝坡1∶1.35。混凝土面板顶部厚度0.3m，渐变至面板底部，底部厚度0.66m，面板垂直缝间距12m。

2 研究目的

老挝境内常年气温较高，某混凝土面板堆石坝施工完后，检查发现面板有多条温度裂缝，裂缝缺陷的处理花费了较长时间，同时还造成了大量的经济损失。由于受疫情影响，老挝南公1水电站面板混凝土浇筑不得不在老挝最高温时段(4月-7月，平均气温达38℃，最高气温达53℃左右)进行。同时由于本工程混凝土用骨料为施工现场开采的流纹岩加工的砂石骨料，由于人工砂，中、小石骨料的表观密度都偏小，而吸水率都很大。人工砂表观密度为2400kg/m3，吸水率达到5.3%；小石、中石的表观密度为2500kg/m3，吸水率为3.28%和3.09%。由于现场开采的流纹岩的吸水率较大，且料场岩石裂隙较多、产状复杂，加大了作为混凝土骨料使用的质量控制难度。

为了吸取同类型工程出现较多裂缝的经验和教训，将流纹岩高吸水率骨料配合比进行分析、研究，通过优化调整施工配合比，同时根据现场实际情况采取相应的降温措施，降低高温地区面板混凝土裂缝缺陷率，确保大坝面板混凝土施工质量，有效提高混凝土面板的防渗作用，保证大坝安全运行，同时为后期混凝土裂缝处理节约成本和工期，为实现下闸蓄水节点目标创造有利条件。

3 主要原材料品质试验检测

3.1 水泥

水泥各项化学成分及物理力学性能检测结果见表1-2。

表2 水泥物理力学性能检测结果

3.2 粉煤灰

粉煤灰物理品质检测结果见表3。

表3 粉煤灰物理品质检测结果

3.3 砂石骨料

3.3.1砂石骨料常规检测

砂石骨料的物理性能直接影响到混凝土的用水量、水泥用量及抗冻耐久性指标，级配筛分结果见表4。

表4 砂的颗粒级配试验结果

表4砂颗粒级配试验结果表明，人工砂、河砂的颗粒级配以及细度模数都能满足《水工混凝施工规范》(DL/T 5144-2015)的要求。

3.3.2 骨料的碱活性试验

骨料的碱活性试验按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》(DL/T 5151-2014)中骨料碱活性试验(砂浆棒快速法)执行，砂浆棒快速法的骨料碱活性试验结果见表5。

表5 骨料碱活性砂浆棒快速法试验结果

砂石系统生产的人工砂石骨料砂浆试件14d的膨胀率为0.042%，小于0.1%，骨料评定为非活性骨料；天然河砂砂浆试件14d的膨胀率为0.11%，大于0.1%，小于0.2%；28d试件的膨胀率为0.17%，小于规范要求的小于0.2%的标准，评定为非碱活性骨料。

3.3.3 骨料级配容重

混凝土骨料最佳级配是根据骨料按不同比例搭配后检测得的振实容重获得，试验结果见表6。

表6 不同骨料级配组合与容重关系

3.4 混凝土外加剂

老挝南公1水电站所用减水剂、引气剂、抗裂防水剂、聚丙烯纤维等外加剂经试验检测均满足设计及相关规范规定要求。

4 混凝土配合比设计试验

4.1 大坝面板混凝土设计技术要求

表7 面板混凝土设计技术指标

4.2 混凝土拌和试验

根据南公1水电站所处地理位置气候、工程施工特点及设计要求，同时考虑砂石骨料品质特点，采用饱和面干砂石骨料，配合比计算采用绝对体积法。天然河砂的粉煤灰掺量为20%、25%、30%，人工砂粉煤灰掺量为20%，试验过程中采用多种材料组合形式，室内拌和出机坍落度控制在80mm～100mm、含气量控制在3%～5%范围，对新拌混凝土测试了出机、延时30min坍落度、含气量以及混凝土工作性变化情况，同时成型了7d、28d抗压强度试件，对混凝土拌和物工作性、力学性能、变形性能等指标进行分析对比，选取结果较优者进行验证试验。

4.3 施工混凝土配合比水胶比选择

4.3.1 混凝土水胶比选择

根据《南公1水电站混凝土原材料与温控施工技术要求》、《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144-2015)中水胶比最大允许值规定，面板混凝土最大水胶比取值不大于0.45。

4.3.2 混凝土配制强度

根据面板混凝土设计强度等级要求，大坝面板混凝土配合比配制强度见表8。

表8 面板混凝土配制强度理论计算

5 大坝面板混凝土推荐施工配合比

5.1 面板混凝土推荐施工配合比

大坝面板混凝土推荐施工配合比是对通过前述相关试验参数，按照工程设计技术指标以及《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144-2015)要求，对提出的混凝土施工配合比用人工砂石骨料和外购河砂进行相关指标验证试验，根据各种材料组合的混凝土配合比对其用水量、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度、轴向抗拉强度、极限拉伸、抗渗等级、抗冻等级试验结果进行综合分析比较后，选择能够满足设计要求的最优配合比见表9。

表9 南公1水电站大坝面板混凝土推荐施工配合比

5.2 混凝土配合比相关物理力学、性能验证试验

混凝土拌和物主要是看其和易性是否能满足施工操作要求，拟推荐施工配合比混凝土力学、变形、耐久性能验证试验结果见表10。

表10 混凝土力学、变形、耐久性能验证试验结果

6 对大坝面板混凝土推荐施工配合比的专题论证

2019年11月，业主邀请三峡集团、中水电公司、中水八局、中水十二局、中电建建筑集团、昆明设计院等单位的专家对面板推荐施工配合比进行评审，经评审后的面板施工配合比见表11。

表11 南公1水电站大坝面板混凝土施工配合比

7 现场采取的温控措施

7．1 原材料温控措施

(1)由于老挝地区旱季气温较高，最高可达50℃左右，要求对中石、小石骨料仓全部采用遮阳棚遮盖，同时对料仓加装喷雾设施，对骨料进行不间断的喷雾降温；

(2)鉴于本工程骨料吸水率高，粗骨料进入拌和料仓前，要求提前对骨料进行洒水处理，降温保湿；

(3)面板混凝土要求全部采用制冷水(温度5℃～7℃)拌和，严格控制出机口混凝土温度。

7．2 运输过程所采取的温控措施

对混凝土运输罐车车体加装保温层，防止太阳直射，同时在拌和楼和现场卸料部位安装喷雾设备对运输罐车进行喷雾降温。

7．3 混凝土浇筑过程所采取的温控措施

(1)在溜槽上加装遮阳棚，避免太阳直射；

(2)在滑模模体上加装喷雾设施，降低局部环境温度;

(3)在面板埋入温度计，实时监测面板混凝土温度情况。

7．4 混凝土养护质量控制方面

要求承包人派专人对已浇筑混凝土及时活水养护，养护方式采用塑料薄膜先进行表层覆盖，再使用无妨布进行全断面覆盖，要求大坝面板混凝土全断面、全天候流水养护至大坝蓄水。

8 采取相应措施后取得的效果

8．1 大坝面板混凝土抽样试验检测成果

对大坝面板混凝土抗压强度抽样检测32组，其各项指标全部满足设计及规范规定要求，其中抗压强度最大值35.2MPa，最小值26.7MPa，平均值30.8MPa，强度保证率100%。

8．2 大坝面板混凝土检查存在的裂缝

通过对流纹岩高吸水率骨料配合比进行研究优化，同时通过现场采取相应的降温措施，大坝面板于2020年8月4日全部浇筑完成，2020年8月、9月各参建单位多次联合对面板裂缝进行了普查。同时业主委托清华四川能源互联网研究院对面板混凝土缺陷(裂缝、脱空等)采用人工检查+无人机(拍摄面板全景，进行三维建模分析，并精确定位裂缝位置)+超声波进行了检测，检测存在的混凝土裂缝见表12。

表12 面板混凝土裂缝检测成果(仅统计缝宽大于0.2mm以上)

通过上述检测得知，本工程面板混凝土裂缝共30条，均为非贯穿性浅层裂缝，总长86.7m(其中缝宽大于0.2mm以上的裂缝仅3条，累计长5.9m)，裂缝数量总体偏少。

8．3 大坝渗流监测成果

大坝于2020年9月10日下闸蓄水，截止2020年11月20日，大坝已蓄水至高程为306.80m，目前量水堰过流量监测数据保持在7.35L/s，基本保持稳定，无异常现象。通过大坝渗流监测数据分析得知，大坝渗流量较小，说明大坝面板及坝基防渗效果很好，大坝面板施工质量优良。

9 结语

老挝南公1水电站大坝面板混凝土施工通过采取对流纹岩高吸水率骨料配合比进行优化调整，同时在施工过程中采取了制冷水拌和、对砂石骨料提前洒水保湿和喷雾降温、对运输罐车加装保湿层及对装料和卸料过程进行喷雾降温、对混凝土溜槽搭设遮阳棚和对仓面喷雾保湿降温及全覆盖流水养护等严格有效的施工措施，使大坝面板混凝土在高温(53℃左右)环境施工情况下，达到高指标的质量要求，大坝面板混凝土温度裂缝缺陷率较小，渗流量较小(7.35L/s)，整个大坝面板防渗效果较好，这为高温环境进行大坝面板混凝土施工提供了工程实例，具有很好的借鉴作用。