刘兆飞 王鹏禹 王 永 米淑琴
中国水利水电第三工程局有限公司
摘要:象鼻岭水电站大坝为玄武岩骨料碾压混凝土双曲拱坝。玄武岩骨料属火成岩，密度大、质地硬脆，造成碾压混凝土用水量、拌和物性能与石灰岩骨料碾压混凝土相比，差别很大。为提出满足设计要求和现场施工要求且经济、合理的混凝土施工配合比，在对玄武岩骨料性能开展试验研究的基础上，采取降低水胶比、增加掺合料掺量和减水剂掺量等技术措施对混凝土配合比进行了优化设计，有效地改善了玄武岩骨料碾压混凝土的可碾性、液化泛浆和层间结合质量。机口混凝土性能检测和钻孔取芯检查表明，玄武岩骨料碾压混凝土的强度、变形性和耐久性均满足设计要求。
关键词:玄武岩骨料 碾压混凝土 配合比试验研究 现场施工 象鼻岭水电站
1 前言
象鼻岭水电站位于贵州省威宁县与云南省会泽县交界处的牛栏江上，电站枢纽建筑物由碾压混凝土拱坝、坝身泄洪表、中孔、右岸引水系统、右岸地下厂房等建筑物组成。电站装机容量240MW。大坝为抛物线双曲拱坝，坝顶高程1409.50m，最大坝高141.50m，坝顶长约450m，坝顶宽8m，坝底厚35m，厚高比0.258。坝体混凝土为C9020三级配碾压混凝土，其方量约为46.06万m3，坝体上游面采用C9020二级配碾压混凝土结合C9020二级配变态混凝土防渗，C9020二级配碾压混凝土方量约为15.95万m3。
象鼻岭水电站大坝混凝土采用全人工骨料，料源均为位于坝址右岸上游田坝小河冲沟右侧的玄武岩料场。玄武岩骨料属火成岩，密度大、质地硬脆，造成碾压混凝土用水量、拌和物性能与石灰岩骨料碾压混凝土相比，差别很大。为提出满足设计要求和现场施工要求且经济、合理的混凝土施工配合比，在对玄武岩骨料性能开展试验研究的基础上，采取降低水胶比、增加减水剂掺量等技术措施对混凝土配合比进行了优化设计，有效地改善了玄武岩骨料碾压混凝土的可碾性、液化泛浆和层间结合质量，确保玄武岩骨料碾压混凝土的强度、变形性和耐久性均满足设计要求。
2 原材料
（1）水泥采用华新水泥有限公司生产的P.O42.5水泥。其物理和化学指标均满足《通用硅酸盐水泥》GB175-2007要求。
（2）掺合料采用贵州烨煌环保材料科技有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰。各项指标均满足《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》DL/T5055-2007要求。
（3）粗、细骨料为水电三局象鼻岭水电站工程项目部砂石加工系统生产的玄武岩人工骨料。其各项品质指标均满足规范要求。
（4）外加剂采用石家庄长安育才建材有限公司生产的GK-4A萘系缓凝高效减水剂和GK-9A引气剂。各项性能指标均满足规范和施工要求。
3 混凝土配合比试验研究
3.1 试验依据
依据《牛栏江象鼻岭水电站工程大坝碾压混凝土现场试验技术要求》及《水工碾压混凝土施工规范》DL/T5112-2009、《水工混凝土配合比设计规程》DL/T5330-2005、《水工碾压混凝土试验规程》（DL/T 5433-2009）等现行的规程、规范。
3.2 骨料级配和最优砂率试验
按照不同的比例组合进行骨料的级配试验，以空隙率小、级配组合合理的原则选择最佳级配进行配合比试验。最优砂率试验是在水胶比与胶凝材料用量保持不变的条件下，测定混凝土拌和物的工作度。
在室内试验结果的基础上，结合现场施工具体情况，确定二级配骨料最佳级配为小石：中石=50：50，三级配骨料最佳级配为小石：中石：大石=30：40：30。在此基础上，研究确定混凝土最优砂率。经试验检测，二级配碾压混凝土砂率为37%、三级配碾压混凝土砂率为33%时，对应的VC值最小、密度最大，且工作性好。因此，二级配碾压混凝土砂率为37%、三级配碾压混凝土砂率为33%即为最优砂率。
3.3 混凝土配制强度的确定
根据《牛栏江象鼻岭水电站工程大坝碾压混凝土现场试验技术要求》及《水工混凝土配合比设计规程》DL/T5330-2005计算确定C9020W8F100（二级配）和C9020W6F50（三级配）混凝土的配制强度为23.4MPa。
3.4 不同掺合料掺量与胶水比～强度的关系
根据前期混凝土配合比设计试验成果，参考类似工程碾压混凝土配合比设计经验，分别选取0.45、0.50、0.55、0.60不同水胶比及40%、50%、60%不同掺合料掺量，开展不同掺合料掺量与胶水比～强度关系试验。
通过对强度试验结果的研究、分析，以及混凝土强度～胶水比～掺合料掺量的二元回归关系，计算确定混凝土水胶比和粉煤灰掺量。最终确定C9020W8F100（二级配）混凝土水胶比为0.47，掺合料掺量为50%；C9020W6F50（三级配）混凝土水胶比为0.47，掺合料掺量为50%。
3.5 混凝土性能试验
根据所确定的水胶比、掺合料掺量及设计要求，开展混凝土出机性能、抗压强度、劈裂抗拉强度、变形性能、耐久性能等试验研究工作。
混凝土出机口试验结果表明，拌和物泛浆效果良好，VC值、含气量及表观密度均满足设计和施工要求。
混凝土强度性能、变形性能及耐久性能试验结果见表3.5.1、表3.5.2。
表3.5.1 C9020W8F100（二级配）混凝土试验结果表
3.6 混凝土施工配合比
通过试验成果确定了混凝土、层间砂浆、变态浆液施工配合比见表3.6。
表3.6 混凝土、层间砂浆、变态浆液配合比表
注：1.配合比中碾压混凝土VC值控制在1s～4s，含气量控制在3.0%～5.0%；层间砂浆稠度控制在70mm～90mm。
2.配合比中混凝土以质量法计算，C9020W8F100/二混凝土密度为2560kg/m3；C9020W6F50/三混凝土密度为2580kg/m3。
3.配合比中水泥为华新（昭通）水泥有限公司生产的P.O42.5水泥，掺合料为贵州烨煌环保材料科技有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰，减水剂、引气剂分别为石家庄长安育才建材有限公司生产的GK-4A缓凝高效减水剂、GK-9A引气剂，骨料为水电三局砂石骨料系统生产的人工骨料。
4.配合比中骨料用量按饱和面干状态计；细骨料细度模数控制在2.2～2.9，石粉含量宜控制在16%～20%。
5.配合比中变态浆液密度为1750kg/m3，加浆量为混凝土体积的7%。
4 混凝土现场施工
2015年4月15日至2015年5月2日，象鼻岭水电站大坝主体工程完成了“一枯阶段”的碾压混凝土施工，浇筑混凝土约3万m3。
2015年12月22日至今，工程处于“二枯阶段”，截至2016年6月底，已浇筑混凝土约30万m3。
从混凝土拌和物出机到仓内施工，进行了全过程的控制及检测，使碾压混凝土施工质量得到有效保障。
4.1 VC值动态控制
针对工程所在地空气干燥、风大和气温温差较大的气候特点，碾压混凝土VC值损失快，为保证混凝土的液化泛浆效果和可碾性，保障工程施工质量，研究将出机口VC值控制在1s～2s，运输车辆设置遮阳蓬，并在施工现场采取喷雾措施，形成仓面小气候，降低VC值的损失；在阴雨天气，将出机口VC值控制在4s左右。
从现场施工的实际状况来看，通过对碾压混凝土VC值实施动态控制，有效保障了混凝土的现场可碾性、液化泛浆，有利于保障层间结合质量。
4.2 出机口混凝土性能检测
“一枯阶段”碾压混凝土共浇筑约3万m3，“二枯阶段”碾压混凝土截至2016年6月底浇筑约30万m3。碾压混凝土出机口性能检测结果统计见表4.2-1，碾压混凝土强度性能检测结果统计见表4.2-2，碾压混凝土变形及耐久性能检测结果统计见表4.2-3。
表4.2-1 碾压混凝土出机口性能检测结果统计表
以上统计结果表明，碾压混凝土出机口性能、强度性能、变形及耐久性能均能满足设计要求。
4 .3 现场混凝土质量控制
碾压混凝土现场质量控制主要检测入仓VC值、入仓温度、浇筑温度、环境温度及相对密实度。现场碾压混凝土质量控制检测结果统计见表4.3。
上统计结果表明，碾压混凝土入仓VC值能够满足现场施工要求，相对密实度能够满足98.5%的设计要求。
4.4 钻孔取芯检查
2015年6月和2015年10月，分别对“一枯阶段”EL1268.00～EL1279.00浇筑的碾压混凝土进行钻孔取芯。从钻孔取芯施工情况来看，芯样获得率高，在二级配区取出了长度为11.27m的完整芯样，且钻取的芯样（见图1）外观光滑、密实、骨料分布均匀，碾压混凝土与基础垫层混凝土、基础岩石胶结良好。通过对钻取芯样进行性能检测，结果表明，芯样强度、变形及耐久性能等各项指标均能满足设计要求。
图1 碾压混凝土芯样外观情况
5 结束语
象鼻岭水电站大坝已浇筑玄武岩碾压混凝土30多万m3，从现场质量检测结果来看，混凝土出机性能及强度、变形、耐久性能等各项指标满足设计要求，为后续工程施工积累了丰富经验，也为玄武岩骨料碾压混凝土在其他工程中应用具有借鉴意义。
（1）玄武岩骨料碾压混凝土配合比试验结果表明，混凝土单位用水量较高，使得胶材用量较高，需提高减水剂掺量降低用水量。
（2）适当降低混凝土水胶比，提高掺合料掺量，使混凝土各项指标能够满足设计要求，从而降低了单位水泥用量，有利于大坝温度控制。
（3）玄武岩人工砂在生产过程中，提高石粉含量，从而改善现场混凝土可碾性，保障施工质量。
（4）象鼻岭水电站大坝土建工程在施工过程中采用低VC值，且实施动态控制，运输过程中采取遮阳措施，施工现场采取喷雾机辐射式喷雾和冲毛枪移动式喷雾的措施，形成仓面小气候，有效地减少了碾压混凝土VC值的损失，从而使浇筑质量得到保障。
论文作者:刘兆飞,王鹏禹,王,永,米淑琴
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/28
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