光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用市公開課一等獎省賽課獲獎課件

魏建忠

（中國水利水電第十六工程局有限企業(yè)）光照水電站大壩碾壓混凝土光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第1頁1.工程概況光照水電站位于貴州省關嶺縣和晴隆縣交界北盤江中游，是北盤江干流龍頭梯級電站。工程以發(fā)電為主，其次航運，兼顧澆灌，供水及其它等任務。工程樞紐由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪表孔、放空底孔、右岸引水系統(tǒng)及在面廠房等組成。電站裝機1040MW（4×260MW），水庫正常蓄水位745m，死水位691m，總庫容32.45億m3，調整庫容20.37億m3，為不完全多年調整水庫。工程等級為大（1）型工程，壩頂全長410m，最大壩高200.5m，壩頂寬12m，共分20個壩段，壩體混凝土量280萬m3，其中碾壓混凝土量約240萬m3。光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第2頁2.混凝土原材料2.1水泥

本工程配合比試驗時推薦使用水泥為暢達42.5普通硅酸鹽水泥，該水泥化學分析結果見表2.1.1，物理力學性能檢測結果見表2.1.2。

表2.1.1暢達P.O42.5水泥化學分析結果

樣品批號燒失量(%)SO3(%)CaO(%)Fe2O3(%)Al2O3(%)TiO2(%)SiO2(%)fCaO(%)MgO(%)堿含量(%)水化熱(kJ/kg)3d7d28d暢達P.O42.51.752.2254.965.845.990.8923.261.132.600.84175275338光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第3頁表2.1.2暢達P.O42.5水泥物理力學性能檢測結果

項目品種細度(%)標稠(%)安定性凝結時間抗折抗壓初凝終凝3天28天3天28天暢P.O42.51.026.2合格5:026:184.78.723.151.7從以上檢測結果可知,暢達P.O42..5水泥各項指標都能滿足規(guī)范要求，其3天、7天水化熱均低于中熱硅酸鹽水泥標準，且初凝時間超出3h，利于碾壓混凝土澆筑，水泥脆性系數(shù)較低為5.9，水泥本身抗裂性和抗磨性很好。光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第4頁2.2粉煤灰

采取安順Ⅱ級灰和盤縣準Ⅰ級灰進行配合比試驗。兩種灰檢測結果見表2.2.1和表2.2.2。表2.2.1粉煤灰物理力學性能檢測結果項目品種細度(%)需水量比(%)含水率(%)燒失量(%)SO3(%)28d抗壓強度比(%)密度（g/cm3）安順Ⅱ級灰14.888.90.156.800.9067.22.43盤縣準Ⅰ級灰7.796.30.55.85/72.02.37光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第5頁表2.2.2粉煤灰化學分析結果

從以上兩種粉煤灰檢測結果可知兩種灰都能滿足Ⅱ級灰指標，安順灰需水量比較低，對降低混凝土用水量和膠凝材料用量有利。成份品種SO3(%)Fe2O3(%)TiO2(%)Al2O3(%)CaO(%)MgO(%)fCaO(%)SiO2(%)燒失量(%)堿含量(%)不溶物(%)安順Ⅱ級灰0.8014.902.3324.082.861.420.0643.477.323.0980.34盤縣準Ⅰ級灰0.428.442.2123.963.911.210.4454.864.511.1584.95光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第6頁2.3粗骨料本工程使用粗骨料為水電八九聯(lián)營體生產(chǎn)灰?guī)r碎石三檔料，檢測結果見表2.3。

表2.3粗骨料物理、力學性能檢測結果

項目粒徑（mm）表觀密度（kg/m3）堆集密度（kg/m3）緊密密度（kg/m3）飽和面干密度（g/cm3）飽和面干吸水率（%）裹粉量（%）泥塊含量（%）針片狀（%）壓碎指標（%）5～202720152016702.710.450.5402.86.320～402730146016202.720.220.3302.140～802730144015802.720.180.2207.7DL/T5144-≥

2550///≤2.5不允許≤15≤16光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第7頁2.4人工砂

人工砂采取半干法生產(chǎn)，人工砂物理性能檢測結果見表2.4表2.4人工砂物理性能檢測結果

項目取樣日期表觀密度(kg/m3)飽和面干密度(g/cm3)飽和面吸水率(%)堆積密度(kg/m3)細度模數(shù)(%)石粉含量(%)設計院檢測27102.671.5216002.7914.18（＜0.15mm）.02.1126902.651.5815702.9411.8.04.1226902.651.5815702.8811.1.03月//3.07（平均）9.1（平均）光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第8頁2.5外加劑本工程碾壓混凝土使用南京瑞迪高新技術企業(yè)生產(chǎn)HLC-NAF緩凝高效減水劑、山西黃河新型化公有限企業(yè)HJUNF-2C緩凝高效減水劑及HJAE-A引氣劑。貴陽院前期試驗時，減水劑進行了系統(tǒng)試驗，使用引氣劑為上海麥斯特AIR202。減水劑和引氣劑物理力學性能檢測結果見表2.5。光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第9頁表2.5減水劑和引氣劑性能檢測結果注：HLC-NAF(1)、HJUNF-2C和AIR-202為設計院配合比設計時檢測結果。試驗項目HLC-NAF(1)HJUNF-2C(1)HLC-NAF(2)HJUNF-2C(2)AIR-202HJAE-A國家標準（GB8076-1997）一等品(緩凝高效減水劑)一等品(引氣劑)減水率(%)18.318.020.021.27.28.1≥12≥6泌水率比(%)55.257.266.725.354.030.7≤100≤70含氣量(%)2.31.94.53.24.56.0＜4.53.5~5.5凝結時間(min)初凝+387+392+566+966+88-4＞+90－90～＋120

終凝+440+451+650+1043+62-37＞+90－90～＋120抗壓強比(%)3d1351361301359590≥125≥957d1311391361459689≥125≥9528d1251401301409287≥120≥90收縮率比(%)28d120124≤135摻量0.6%0.6%0.5%0.6%0.01%0.005%光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第10頁3．碾壓混凝土配合比優(yōu)化光照水電站大壩是一座高200.5m世界級碾壓混凝土大壩，大壩質量能否滿足首先取決用于碾壓混凝土質量。在碾壓混凝土性能滿足各項指標條件下，盡可能降低混凝土單位體積用水量，降低水泥用量，降低混凝土絕熱溫升，提升混凝土防裂性能。依據(jù)試驗結果，每立方混凝土降低10kg水泥用量，混凝土絕熱溫升可降低1.2℃左右。同時降低Vc值，采取適當漿砂比，使混凝土有很好可碾性及層間結合能力。光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第11頁光照水電站設計院推薦及第二次工藝試驗使用碾壓混凝土配合比見表3.1。3.1設計院推薦及第二次工藝試驗使用碾壓混凝土配合比3光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第12頁表3.1光照水電站設計和工藝試驗采取碾壓混凝土配合比序號設計強度等級級配水膠比灰摻量(%)粉煤灰代砂(%)砂率(%)單位體積材料用量(kg/m3)外加劑Vc值(s)理論容重kg/m3備注水泥粉煤灰灰替砂砂5~20mm20~40mm40~80mm水減水劑(%)引氣劑1C9025W12F150二0.4545安順灰38105.18681760974486JG-30.7AIR20225/萬3.92447設計推薦配合比2C9025W8F100三0.4550安順灰3284.584.570345553053076JG-30.7AIR20220/萬3.724633C9020W6F100二0.4855安順灰3880.698.681961174686JG-30.7AIR20220/萬4.224414C9020W10F100三0.4855安順灰3271.287.170545653253276JG-30.7AIR20220/萬3.824595C9015W6F50三0.5060安順灰3360.891.273845352952976JG-30.7AIR20215/萬3.924776C9025W12F150二0.4550盤縣灰4%3410710632.477759472696HLC-NAF/HJUNF-2C0.8HJAE-A8/萬3~52438第二次工藝試驗配合比7C9025W8F100三0.4555盤縣灰5%38901103770042957242990HLC-NAF/HJUNF-2C0.8HJAE-A8/萬3~52457光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第13頁3.2.1提出水泥熟料礦物成份及早期水化熱指標

眾所周知，水泥中C3A在四種水泥主要礦物成份中水化速度最快，C3A含量高，不但水泥早期水化熱高，且水泥收縮大，脆性指數(shù)也較高；C3S含量高，水化熱也較高；而C2S和C4AF水化速度較慢，水化熱也較低。所以必須限制C3A和C3S含量。對用于光照大壩使用暢達水泥，提出以下指標：水泥熟料中C3S＜60%，C3A＜6%，C4AF＞14%；水泥:3d水化熱≤251kJ/kg，7d水化熱≤293kJ/kg。3.2碾壓混凝土配合比設計優(yōu)化光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第14頁3.2.2采取低需水量比粉煤灰,降低膠凝材料用量前期混凝土試驗主要采取安順灰和盤縣灰。安順灰在安順電廠使用風送系統(tǒng)后，粉煤灰需水量比降至約90%。相對于盤縣灰，當安順灰摻量為50%、水膠比為0.45時，碾壓混凝土用水量降低了13kg/m3，混凝土中水泥用量降低14.4kg/m3。依據(jù)相關資料表明，每降低10kg水泥用量，混凝土絕熱溫升降低約1.2℃，則降低14.4kg/m3水泥可降低絕熱溫升約1.73℃。光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第15頁3.2.3使用緩凝高效減水劑和高性能引氣劑a.采取緩凝高效減水劑能顯著降低混凝土單位用水量，提升混凝土可塑性，延長混凝土凝結時間，推遲混凝土水泥水化熱峰，滿足高溫季節(jié)混凝土施工需要，加緊施工進度；同時可提升混凝土容重、耐久性、抗裂性。光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第16頁b.提升緩凝高效減水劑質量，合理調整緩凝減水劑摻量在碾壓混凝土性能滿足要求條件下，增加緩凝高效減水劑摻量雖可降低碾壓混凝土膠凝材料用量，但減水率過高，混凝土膠凝材料用量較低，漿砂比較小，影響了混凝土可碾性。依據(jù)教授意見，對于C9025碾壓混凝土，膠凝材料宜控制在180kg/m3左右。將減水劑摻量調整至0.5%，既可滿足碾壓混凝土凝結時間及VC值要求，又能滿足混凝土性能，同時又降低了成本。光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第17頁C.使用高性能引氣劑

使用高性能引氣劑，在相同混凝土含氣量下，能有效降低引氣劑摻量。在使用山西黃河HJAE-A引氣劑后，引氣劑摻量降至膠凝材料用量3/萬。光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第18頁3.2.4采取粉煤灰代替部分砂提升漿砂比光照電站人工砂石粉含量較低，石粉含量在10%～13%之間。依據(jù)教授意見，人工砂中石粉含量應到達16%～20%、砂中＜0.08mm細粉含量大于8%比較適當。為提升碾壓混凝土漿砂體積比【漿砂體積比=（水泥+水+灰+＜0.08mm細粉+混凝土含氣量）體積∕（砂漿+混凝土含氣量）體積】，使混凝土碾壓后泛漿充分，提升碾壓混凝土層間結合及密實性，采取2%粉煤灰代替（后因人工砂石粉含量降低提升至3%）人工砂，提升人工砂中細顆粒含量。依據(jù)計算（見表3.2.4），摻入3%粉煤灰替換人工砂后，漿砂體積比提升了0.02。從現(xiàn)場碾壓效果看，采取粉煤灰替砂后，混凝土泛漿充分、密實性好。光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第19頁表3.2.4光照水電站碾壓混凝土漿砂體積比混凝土設計等級級配漿砂比灰替石粉0%灰替砂2%灰替砂3%含氣量按2%計算含氣量按3%計算含氣量按2%計算含氣量按3%計算含氣量按2%計算含氣量按3%計算C9025W12F150二0.410.420.420.430.430.44C9025W8F100三0.410.420.420.430.420.44C9020W8F100二0.390.410.410.42C9020W6F100三0.390.400.410.42C9015W6F50三0.380.400.400.41光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第20頁3.2.5提升水膠比，降低膠凝材料用量

依據(jù)設計院試驗研究結果、結合第一二次工藝試驗結果、教授咨詢意見以及室內(nèi)混凝土試驗結果，C9020和C9015混凝土超強較多，在混凝土性能滿足設計要求下，適當提升水膠比，降低了膠凝材料用量。

3.2.6優(yōu)化后碾壓混凝土配合比

優(yōu)化后碾壓混凝土配合比見表3.2.6光照水電站大壩碾壓砼施工配合比優(yōu)化及應用第21頁表3.2.6光照水電站優(yōu)化后大壩碾壓混凝土配合比序號設計強度等級級配水膠比灰摻量(%)粉煤灰代砂(%)砂率(%)單位體積材料用量(kg/m3)外加劑Vc值(s)理論容重kg/m3備注水泥粉煤灰灰替砂砂5~20mm20~40mm40~80mm水HLC-NAF/HJUNF-2C(%)HJAE-A1C9025W12F150二0.4550238929215799545818

830.53/萬3~524444月12日之前使用2C9025W8F100三0.455023583831473244859944975