龙首水电站碾压混凝土拱坝材料特性研究

　　龙首水电站碾压混凝土拱坝材料特性研究刘晓黎闰小淇何金荣2，曾正宾2（1.甘肃河西水电开发有限责任公司，甘肃张掖734000；贵阳勘测设计研究院，贵州贵阳550002）防渗、防裂和层面结合问题外，还需要解决碾压混凝土筑坝材料的抗冻、低温、高蒸发和高温差条件下的施工性能问题。从材料研宄出发，应使碾压混凝土配合比有较高的胶凝材料总量，宜将VC值控制在5s左右；并掺用强缓凝的高效复合减水剂，以及掺用在碾压混凝土中能引出满足抗冻耐久性要求的含气量的引气剂，适量提高砂率；采用外掺MgO技术，以防止和减少碾压混凝土裂缝。

　　龙首水电站位于甘肃省张掖市，坝址区为大陆性气候，夏季酷热，雨量较少，蒸发旺盛；冬季严寒，冰期达4个月。

　　气象资料表明，多年平均降水量为171.6mm，多年平均水面蒸发量为13787mm年平均气温为8 5C，绝对*高气温为37.2C，绝对*低气温为一33.0°C.日温差较大，*大冻土层深15m由于气候条件恶劣，对碾压混凝土材料的性能提出了较高要求。

　　围绕本工程坝体碾压混凝土材料的特殊要求：针对高蒸发量条件下的缓凝特性，高掺粉煤灰情况下碾压混凝土的高抗冻性，低温期施工材料的防冻措施以及碾压混凝土拱坝本身要求的混凝土材料防裂、防冻、层面结合等问题，进行了深入的研宄，提出了能够满足各项设计要求的碾压混凝土配合比。

　　1坝体碾压混凝土原材料特性研究水泥。龙首工程碾压混凝土选用永登水泥厂按GB175― 92规定生产的“祁连”牌525号水泥水泥厂家提供的水泥中MgO含量较低，希望含量能提高到3% ~45%.提高了MgO含量的水泥拌制的混凝土具有微膨胀性，有一定补偿温降收缩能力，有利于防治混凝土裂缝。水泥的其他物理力学性能均满足GB175―92的规定。

　　粉煤灰。粉煤灰是碾压混凝土的主要掺和料，经过对本工程附近地区的可供灰源点进行了调研比选后，确定选用永昌电厂生产的粉煤灰。

　　该电厂生产的原状灰品质较差，主要是灰太粗，细度太大，需水量比达105%以上，因此，不能直接使用原状灰，需要永昌电厂粉煤灰SiO2及Al23的含量高达80 81%~83.49%，远大于一般粉煤灰不小于75%的水平，说明该灰活性较好，其风选灰综合性能可达到国标U级灰标准。

　　砂石料。坝址附近有大量的古河床冲积层天然砂砾石骨料可作为碾压混凝土骨料使用。试验表明：粗骨料各项指标均满足设计要求；细骨料原状砂中016mm含量达到128%，进一步沉降分析表明，其中60%为小于0下的极细颗粒，这部份主要成份为戈壁滩上由风带来的极细黄土颗粒，经用水冲洗不同时间，其砂的细度模数及细颗粒含量变化以及对用水量的影响见表1.由表1可见，砂中极细颗粒对混凝土单位用水量影响很大，在砂的生产过程中，需尽可能减少极细颗粒含量，降低混凝土单位用水量。

　　在实际施工中，砂料筛分加工工艺分别采用了水冲洗法和风吹除灰法以降低砂中极细颗粒含量。

　　两种方法生产砂子的颗粒级配物理性能见表2外加剂。本工程碾压混凝土外加剂应具有强缓凝、高效减水和引气等综合性能，以满足高抗冻性、高蒸发量的要求。

　　―）男，甘肃兰州人，高级工程师，甘肃河西水电开发有限责任公司总经理；何金荣（1966―）男，四川开县人，高级工程师，贵阳勘测设计研究院科研所主任工程师；曾正宾（1963―）男贵州贵阳人，高级工程师，贵阳勘测设计研究院科研所室主任；闫小淇（970―）男，甘肃兰州人，高级工程师，甘肃河西进行选或磨细加工。*终建议厂家供髓风选灰此Publish水电开发有限责任公司计划工程部（主任。http://www.cnki.net表1冲洗时间对砂的细颗粒含量及混凝土用水量影响砂样累计筛余/%细度〈0单方混凝土用水量模数含量/%未冲洗注：表中为在同样原材料、同水灰比及砂率，达到相同VC值时的用水量。

　　表2两种生产方法对成品砂品质的影响生产方法统计量筛余/%细度模数湿法生产分计筛余累计筛余干法生产分计筛余累计筛余表3外加剂对碾压混凝土凝结时间及用水量的影响级配外品种剂品种掺量水胶比水泥粉煤灰用水量减水率28d抗压凝结时间/min强度/MPa初凝终凝表4MgO对碾压混凝土自身体积变形的影响MgO掺量养护温度/C自身体积变形G（/）X一96由于碾压混凝土中液相含量少，粉煤灰掺量大，粉煤灰中的碳对外加剂又有强力吸附作用，因此对碾压混凝土的含气量有较大的影响。经室内试验研宄，本工程选用了贵州高峡科技开发有限公司生产的具有高减水和强缓凝的碾压混凝土专用外加剂NF-A和引气能力强、气泡结构优良的NF-C引气剂，其对碾压混凝土用水量、强度、凝结时间的影响见表3.在抗冻要求较高的碾压混凝土中，如何在粉煤灰大掺量的情况下，保证引入足够的含气，而且气泡结构优良，是引气剂选用的关键。

　　试验表明，碾压混凝土中含气量的变化规律是：①在引气剂掺量相同情况下，随着粉煤灰掺量及粉煤灰含碳量的增加，含气量下降，说明粉煤灰中碳粒对引气剂有强烈的吸附作用，降低了液相中引气剂的有效浓度，相当于降低了引气剂的掺量；②在粉煤灰掺量以及引气剂用量相同情况下，VC值降低，将使含气量提高，反之下降；③随着水胶比降低，含气量下降；④室内多次试验证明，本工程当粉煤灰掺量达到50%时，碾压混凝土要达到40%~55%的含气量，引气剂NF-C用量要掺到0 4%~06%，这时引气剂掺量是常态混凝土的80~100倍。因此，对有较高抗冻要求的坝体碾压混凝满足抗冻要求。

　　设计要求坝体混凝土要具有一定的自身体积膨胀性能，部分补偿因温降而产生的混凝土收缩，以减少碾压混凝土裂缝。经室内比较选择，*经济和成熟的方案是外掺MgO，工程实际选用了轻烧MgO，在碾压混凝土中外掺，其自身体积变形可在20C下达到微膨胀4m，30~40C环境下可达到50~6（Fm，对防止和减少碾压混凝土裂缝起到了积极有利作用。其MgO品质对本工程碾压混凝土自身体积变形影响见表4 2坝体碾压混凝土配合比特性研究根据本工程不同部位碾压混凝土的要求，着重研宄了两种碾压混凝土配合比，即迎水面二级配20300.1高抗冻碾压混凝土和内部三级配C20、F100、W碾压混凝土配合比。

　　迎水面二级配碾压混凝土是坝体防渗、抗冻要求很高的混凝土，经大量的室内试验及现场复核调整，*后使用的配合比及其各项性能见表5、6、7、8和表9该配合比VC值取值较低，主要考虑本工程处在高蒸发量地区在运输、摊铺过程中失水较快；同时较长的初凝时间，有利于层面结合，土，必须采用烧失量很低的优质粉煤灰，在现场控制含气量防止层面渗水；选择低水胶比，保证含气量，以保证碾压混凝在你破%范围遗此毙引引滓时掺量益确保混lish表5坝体使用的碾压混凝土配合比配合比水胶比用水量水泥粉煤灰砂率MgO含气量容重迎水面二级配内部三级配注：二级配石子比例为中石：小石= =60：40三级配石子比例为大石：中石：小石=表6坝体碾压混凝土的力学性能配合比-抗压强度/MPa抗拉强度/MPa极限拉伸/X抗压弹模/X抗冻迎水面二级配内部三级配表7坝体碾压混凝土热学性能配合比热膨胀系数导温系数/（nh）导热系数比热容WkgD迎水面二级配内部三级配表8坝体碾压混凝土绝热温升配合比绝热温升/°C迎水面二级配内部三级配表9坝体碾压混凝土抗冻性能相对动弹模量/%重量损失/%配合比迎水面二级配内部三级配57一一0一一一碾压混凝土的抗冻性主要受水胶比、粉煤灰掺量以及混凝土中可冻结的水分以及有效空气含量的影响。试验表明，该配合比绝热温升较低，抗冻性能能满足设计要求。又外掺有MgO延迟膨胀性，其自身体积呈膨胀型。施工实践证明，对温控和防止混凝土裂缝是十分有利的。

　　内部三级配碾压混凝土配合比除应满足设计要求的各项性能指标外，主要是提高其抗裂性和层面结合。要求低绝热温升、微膨胀性以及较富裕的砂浆和较长的凝结时间。

　　经大量的室内试验以及现场调试和调整，其配合比及各项性能见表5、6、7、8和表9试验表明：坝体碾压混凝土配合比各项性能均能满足设计要求。VC值较低，有利于抗高蒸发；浆体富裕，有利于其层面结合。

　　3结语对于西北地区的碾压混凝土筑坝材料，研宄的重点是解决碾压混凝土的防渗、防裂、层面结合、高抗冻耐久性及高蒸发量问题。

　　对表面抗冻要求很高的碾压混凝土，可采用低水胶4%~6%的含气量，则可以满足严寒地区抗冻达到F300的要求。

　　试验研宄表明，由于碾压混凝土中高掺粉煤灰，其碳粒对引气性外加剂有极强的吸附作用，加之碾压混凝土中液相极少，引气非常困难，要达到4%~6%的含气量，引气剂掺量是常态混凝土的80~100倍，并且要维持稳定的含气量，须将VC值降到5s左右，选用烧失量低的粉煤灰，稳定和提高含气量。

　　为防止碾压混凝土裂缝，可采用大掺量粉煤灰，以降低碾压混凝土的绝热温升。同时，采用外掺MgO技术，补偿部分温降收缩，以提高碾压混凝土自身抗裂能力，减少混凝土裂缝。

　　戈壁滩天然骨料中的极细颗粒，有别于人工砂中的细颗粒，对混凝土的用水量影响较大，须慎重处理。

　　该工程处于严寒和高蒸发量地区。在碾压混凝土材料上如何解决负温施工问题，虽在室内进行了降低碾压混凝土冰点的初步试验研宄，但未能在现场实施。高蒸发问题，目前除了降低VC值之外，在现场是采用喷雾及混凝土入仓后覆盖湿麻袋以降低混凝土水份蒸发量及减少吸收太阳辐比、掺适当的优'顿混灰值（在1碾劫中c弓lish射弈1从而遵土reived.ht://www.cnki.net