龙滩工程坝体上游面防渗变态混凝土试验研究

龙滩工程坝体上游面防渗变态混凝土试验研究

在过去十年中的混凝土压力施工经验中，变革法可以解决不同混凝土组合不良的问题。虽然变态混凝土已经在荣地、普定、山仔、江垭、石漫滩等多座碾压混凝土坝中得到应用,但由于国内目前对变态混凝土还没有形成系统的理论和成熟的经验,各工程建设单位对变态混凝土用变态材料、变态加浆量、变态混凝土的工作度以及变态混凝土的性能要求各异,因此,为了更好地掌握变态混凝土的特性,使其更有效地应用在碾压混凝土大坝中,还需要对变态混凝土进行试验研究。设计研究中的龙滩碾压混凝土重力坝,工程规模巨大,电站装机5400MW,最大坝高216.5m,上游迎水面面积7.71万m2,水库库容为272.7亿m3,是一个多年调节水库。由于库大水深,放空机会少,检修条件差,要求防渗结构可靠、耐久、简单,并且对施工进度影响最小。本试验研究是针对龙滩工程拟在上游面采用1.5m以上厚度的二级配变态混凝土防渗方案而考虑的。内容包括:变态混凝土的变态方式、采用的变态材料、成型工艺以及力学性能、耐久性能、绝热温升、抗剪断特性等。1水泥增强和价值混凝土配合比试验变态混凝土目前没有规范可循,因此,本试验研究按以下基本试验原则进行:(1)变态混凝土是指在已拌制好的碾压混凝土的基础上,通过加入一定比例的水泥浆等变态材料,使其演变成具有一定塌落度的混凝土。(2)参照原龙滩工程“八五”科技攻关二级配常态混凝土和碾压混凝土配合比[RIVC25(90d)],采用柳州525(R)普通硅酸盐水泥,田东Ⅱ级粉煤灰,大法坪灰岩料场人工砂及人工碎石和ZB-1RCC15、DH9、BSⅡ(水剂)外加剂,进行配合比验证调整试拌工作,使常态混凝土拌和物塌落度达到6～10cm,碾压混凝土拌和物VC值达到3～6s。(3)变态混凝土变态用胶材量按碾压混凝土与常态混凝土胶材总量的差值控制。(4)变态混凝土变态采用材料分别考虑了水泥浆和高性能掺合料浆两种。(5)变态混凝土的变态方式分别考虑机口变态、一次装模变态(碾压混凝土层厚15cm)和二次装模变态(碾压混凝土层厚7.5cm)3种形式。(6)变态混凝土的成型工艺主要从不同的变态方式和不同的成型振动时间等方面进行考虑。(7)常态混凝土试验遵循《SD105-82水工混凝土试验规程》进行。(8)碾压混凝土试验遵循《SL48-94水工压混凝土试验规程》进行。2种变性材料的抗渗抗裂性能根据文献报道,目前已经应用变态混凝土的碾压混凝土大坝中,主要有两种变态材料:水泥浆和水泥粉煤灰浆。除了江垭工程采用水泥浆作变态材料外,其他工程均采用水泥粉煤灰浆(水泥+粉煤灰+减水剂)作变态材料。变态加浆量不等,一般在2%～10%范围内。由于上述各工程坝高不是很高,采用上述两种变态材料基本上能满足变态混凝土的性能要求。而龙滩工程最大坝高216.5m,上游迎水面面积7.71万m2,对上游面防渗材料有更高的要求。若龙滩工程采用变态混凝土防渗方案,则要求变态混凝土具有良好的抗渗防裂性能,即要求变态混凝土用变态材料必须有良好的抗渗抗裂性能。各工程变态混凝土采用的变态材料及配合比比较见表1。本试验研究用水泥浆和高性能掺和料浆性能比较见图1。采用水泥浆作变态材料,变态混凝土平均抗压强度为39.26MPa,平均劈拉强度为3.32MPa,拉压比为8.46%;采用高性能掺和料浆作变态材料,变态混凝土平均抗压强度为32.10MPa,平均劈拉强度为3.11MPa,拉压比为9.69%。本试验通过水泥浆和高性能掺和料浆两种变态材料比选试验,得出采用水泥浆比采用高性能掺和料浆,对于变态混凝土的抗压强度和劈拉强度而言,均有所提高,故大部分研究工作以采用水泥浆为主。初步试验表明,使用这两种变态材料均可使变态混凝土的强度指标满足C25强度等级要求。由于高性能掺和料较水泥的水化热值低得多,故其掺入不会引起变态混凝土绝热温升值提高,且价格比水泥便宜,变态混凝土的拉压比值又可提高14.4%,这对提高变态混凝土的抗裂性非常有利,因此,可进一步研究其用作变态混凝土变态材料的可行性。3种新结构混凝土抗压强度对于变态混凝土变态方式,结合施工状况共考虑了3种形式:即碾压混凝土出拌和机时在机口立即进行变态(机口变态)、碾压混凝土层厚控制在150mm时进行装模变态(一次装模变态)和碾压混凝土层厚控制在75mm左右分二次进行装模变态(二次装模变态)。在上述3种变态方式下,变态混凝土的平均抗压强度分别为37.60MPa,34.75MPa,39.26MPa,一次、二次装模变态的平均劈拉强度分别为3.13MPa和3.32MPa。试验成果如图2所示。经比较变态混凝土的工作性能、抗压强度和劈拉强度等,我们认为采用二次装模变态的方式较好。4微观变形混凝土变态混凝土成型工艺的选择主要从不同的变态方式,不同的成型振动时间,不同的变态用材料等方面考虑。初步试验成果表明,由于变态混凝土的变态方式不同、成型振动时间不同、使用的变态材料不同等,都将直接影响变态混凝土的质量。从选择的变态方式来看,成型插捣装模时变态方式以分两层为好。也就是说,要控制变态混凝土的变态层厚度,初步试验认为以75mm左右为好,水泥浆易渗入混合,试件均匀性较好。从选择的成型振动时间来看,宜控制在2倍VC值左右。对各工况配成的常态混凝土、碾压混凝土、变态混凝土的强度指标进行比较,发现变态混凝土的强度值接近常态混凝土而高于碾压混凝土,并且变态混凝土强胶比(抗压强度与胶凝材料总量的比值)与常态混凝土相近。试验成果如图3所示。5价值研究的成果为了探讨变态混凝土的性能,我们根据前述变态混凝土变态方式、成型振动时间、变态用材料等初步试验研究成果,选择了不同的工况进行变态混凝土的抗渗等级与相对渗透系数试验、变态混凝土力学性能试验、变态混凝土绝热温升试验、变态混凝土抗剪断试验。由于时间和经费关系,试验组数有限,但还是能在一定程度上说明一些问题,为我们今后进一步研究变态混凝土成型工艺与性能奠定了基础。初步试验成果表明,变态混凝土的抗压强度和抗渗等级较高,同时相对渗透系数基本上与常态混凝土相近。变态混凝土的抗压弹性模量为3.67×104MPa、极限拉伸值为87×10-6、泊松比为0.296。试验成果表明,上述各参数均能满足设计要求。表2给出了本试验研究成果与其他工程的成果比较。另外选一组进行变态混凝土的绝热温升试验。绝热温升过程曲线见图4。试验成果表明,变态混凝土在28d时,每千克胶凝材料产生的温度升高值约为0.108℃,碾压混凝土为0.08℃,常态混凝土为0.119℃,变态混凝土介于两者之间。选15cm×15cm×15cm尺寸的试件进行变态混凝土抗剪断试验,取最大正应力3.0MPa,采用多点法进行。初步成果表明,其抗剪断指标F′为1.69,C′值等于3.39MPa,且能满足龙滩坝体上游面防渗混凝土的要求。6土的变质方式及性能(1)变态混凝土变态用材料,可以是水泥浆,也可以是高性能掺和料浆。为了提高变态混凝土的抗渗防裂等性能,应在变态用材料及其配合比上做进一步试验研究工作。(2)变态混凝土的变态方式,采用装模时变态比在机口变态更接近实际情况,且以二次装模变态方式为好。(3)变态混凝土的成型振动时间不宜太长,宜控制在2倍VC值左右。(4)对于变态混凝土的性能,按二次