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碾压混凝土试验.pdf

文档介绍

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亭子口电站碾压混凝土施工试验技术成果
【摘要】:为给大坝主体碾压混凝土施工提供各项技术资料和施工参数,按照
设计要求要进行碾压混凝土试验块施工试验,因此对碾压混凝土的原材料进行检
测、筛选、配合比设计、试验、施工及取芯试验,选择出最优单位用水量、水胶比、
砂率及力学性能指标满足设计要求的优化配合比,此优化配合比具有用水量小、
胶凝材料用量少、耐久性良好等特点。同时,在原材料检测过程中,首次检测出
假冒的I级粉煤灰,对于在水利工程中如何打假提供了范例。
关键词:亭子口碾压混凝土施工试验技术成果
1、概述
亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内,是嘉陵江干流开发中唯一的
控制性工程,是以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主,兼顾航运,并具有拦沙减
淤等效益的综合利用工程。,坝顶高程465m,最大坝高
115m;工程等别为Ⅰ等,工程规模为大(1)型,,电站装
机1100MW,通航建筑物为2×500t级;大坝Ⅱ标混凝土约102万m3,其中常态混
凝土约25m3,碾压及变态混凝土约77m3。
试验采用甲供的水泥、粉煤灰,左岸砂石系统生产的砂石骨料,碾压混凝土
专用特殊配方的江苏博特JM-Ⅱ(C)缓凝高效减水剂、JM2000引气剂,进行其品
质和适应性检测,通过室内试拌、调整,获取拌合物性能、抗压强度、劈拉强度、
极限拉伸、弹模、抗冻及抗渗性能等试验成果,确定满足设计技术要求、现场施
工要求和确保工程质量的碾压混凝土最优施工配合比。
碾压混凝土强的等级及主要设计指标见表1。
表1碾压混凝土主要强度等级及设计指标
抗冻等抗渗等限制水粉煤灰最大极限拉伸值
编号标号级配
级级胶比掺量(×10-4)
%≮
90:.
%≮
90
2、原材料检测


硅酸盐水泥,。

水泥物理力学性能
水化热(kJ/kg)
凝结时间
厂家细度比表面积稠度安抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)
h:min

(%)(m2/Kg)(%)性初凝终凝3d7d28d3d7d28d1d3d7d

:433:

合≥≤≥≥≥≥≥≥≥≥
GB200-2003≤12≥250//
格1:0012:
检测结果表明:《中热硅酸盐
水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》(GB200-2003)标准的技术要求。


粉煤灰玻璃微珠球体的作用是减少混凝土用水量、改善和易性,降低混凝土
的水化热温升,粉煤灰与水泥混合加水得到的扩散水泥颗粒和致密水泥浆体有利
于提高混凝土的密实性、强度和耐久性;粉煤灰在胶凝材料与水的二次反应和水
化过程中提升了混凝土的性能。
Ⅰ级粉煤灰烧失量低、颗粒细、球形颗粒含量高,10um左右的玻璃微珠球体
含量在90%左右。使形态效应、微集料效应和火山灰效应得以充分发挥,具有1+1
>2的效果。重庆珞璜Ⅰ级粉煤灰玻璃微珠球体成分比例分析见图1、图2。:.
图1图2
某厂家生产的粉煤灰玻璃微珠球体成分分析见图3、图4。
图3图4
Ⅰ级粉煤灰减水效果试验
Ⅰ级粉煤灰减水作用是由形态效应和微集料效应决定的。粉煤灰中的玻璃微
珠能使水泥砂浆粘度和颗粒之间的摩擦力降低,使水泥颗粒均匀分散,在相同稠
度条件下降低用水量;另外Ⅰ级粉煤灰颗粒较细,可改善胶凝材料的颗粒级配,
使填充胶凝材料这部分空隙的用水量减少,因而也降低用水量。
,采用江苏博特JM-Ⅱ缓凝高效减水剂(%)、JM2000
引气剂()、华珞Ⅰ级粉煤灰,混凝土用水量随粉煤灰掺量的增加
而减少,当粉煤灰掺量30%时减水率约13%,掺量为50%减水率约18%,可见良
好的Ⅰ级粉煤灰有显著的减水效果。
Ⅰ级粉煤灰掺量与混凝土用水量关系
粉煤灰掺量(%)基准混凝土(W/C=)JM2000:.
二级配用水量三级配用水量掺量
(Kg/m3)减水率(%)(Kg/m3)减水率(%)(‰)
000
120100
101145964
20108108911

4098188515
50
97198317
6096208218
图5粉煤灰掺量与减水率关系曲线
25
20
)
%15
(二级配

三级配
水10

5
0
010203040506070
粉煤灰掺量(%)

通过对不同品种的粉煤灰品质检测,排除了劣质Ⅰ级粉煤灰,选择了重庆华
珞粉煤灰开发有限公司生产的华珞Ⅰ级粉煤灰,。

密度细度烧失量需水量含水SO
粉煤灰品种3强度比(%)
(g/cm3)(%)(%)比(%)量(%)(%)

DL/T5055-2007/≤12≤5≤95≤1≤3/
检测结果表明:重庆珞璜粉煤灰所检测的各项指标符合DL/T5055-2007《水工
混凝土掺用粉煤灰技术规范》Ⅰ级粉煤灰的标准。
:.
。结果表明:水
泥胶砂抗压强度、抗折强度、水化热均随粉煤灰掺量增加而降低,且对抗折强度
的影响要大于抗压强度。

抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)水化热(kJ∕kg)
试验煤灰掺
编号量(%)
3d7d28d3d7d28d1d2d3d4d5d6d7d

A110/.1156199224245250254256
A220/
A330/.71421782002**********
A440/
A550/.6101127147158166169173
A660/.178103115125128135139

本次试验采用的减水剂为JM-Ⅱ(C)缓凝高效减水剂,是江苏博特新材料有
限公司生产的碾压砼专用配方减水剂,属于萘系类缓凝高效减水剂;引气剂采用
JM-2000,属于改性松香酸盐类,主要成分为非离子型树脂表面活性剂。

检验按《混凝土外加剂(GB8076-2008)》及《水工混凝土外加剂技术规程
(DL/T5100-1999)》进行,。

含气量泌水率比凝结时间差min抗压强度比(%)
外加剂品种掺量减水率(%)
(%)(%)
初凝终凝3d7d28d
JM-Ⅱ(C)%+189//131128
JM-20006/-14-25969892
GB8076-2008≥≥
≥14≤≤100≥+90//
缓凝高效减水剂125120
GB8076-2008引气剂≥6≥≤70-90~+120≥95≥95≥90

外加剂净浆流动度试验主要检测外加剂对水泥的分散效果。:.
所列试验组合进行,试验结果表明:在水胶比不变,单掺减水剂和联掺减水剂、
引气剂、粉煤灰的情况下,~%时,净浆流动度最大。

外加剂掺量粉煤灰掺量净浆流动度
JM-Ⅱ(C)(%)JM-2000/万%mm
---
--
--
--
--
--






外加剂的适应性试验,主要检验外加剂与水泥、粉煤灰以及两种外加剂相互
之间的相容性,避免现场施工中出现不正常现象。试验结果表明各种组合之间的
相容性良好。。

JM-ⅡJM-2000粉煤灰掺量标稠凝结时间
安定性
(C)%/万%%
初凝终凝
---:433:36
--:3516:18
:0517:57
:5618:48
检测结果表明:-Ⅱ(C)缓凝高效减水剂、
引气剂和20%重庆珞璜Ⅰ级粉煤灰联合掺用,均具有较高的减水效果,且与
JM-2000引气剂之间有良好的适应性。

:.
试验细骨料主要采用亭子口砂石系统生产的人工混合砂。试验用砂品质检验
-1、-2,砂颗粒级配分布曲线见
图3。
检测结果表明:该系统生产的天然砂,颗粒级配良好,符合DL/T5144-2001
《水工混凝土施工规范》要求对细骨料的技术要求。
-1砂品质检验结果
石粉饱和面干
细骨料细度堆积密度紧密密度坚固性
含量表观密度有机质
品种模数kg/m3kg/m3%
%Kg/m3
-
DL/T5144---≥2500//不允许≤
-2砂筛分试验结果
细骨料累计筛余百分数(%)
%

图3砂颗粒级配图

计100

80

百60
分40

20
%
0

筛孔尺寸(mm)
在碾压混凝土中,砂中适当的石粉含量(d≤),不仅能改善混
凝土的工作性、可碾性及抗分离性,同时由于砂中细颗粒的增加,进一步填充了
混凝土中的微小空隙,增加了混凝土的密实度,从而提高了碾压混凝土的抗压强
度及抗渗、抗冻等耐久性能。但砂中石粉含量过高时,碾压混凝土的工作性能变
差,VC值增大,不利于碾压混凝土施工,使混凝土的干缩增大,对于碾压混凝土
性能产生不良的影响。因此在进行碾压混凝土配合比设计时,在砂中掺入一定量
的石粉(%),检测结果满足石粉含量14%~20%的范围内。
-3、-4及图4。:.
-3掺石粉砂品质检测结果
石粉饱和面干
细骨料细度堆积密度紧密密度坚固性
含量表观密度有机质
品种模数kg/m3kg/m3%
%Kg/m3
-
DL/T5144--~20%≥2500//不允许≤
-4掺石粉砂筛分试验结果
累计筛余百分数(%)

%
混合砂+
图4掺石粉砂级配图
累100

80

余60
百40

20

%0

筛孔尺寸(mm)

试验用粗骨料为左岸葛洲坝砂石料系统生产的卵石,粗骨料品质检测结果见
-1。
试验结果表明:葛洲坝砂石料系统生产的天然粗骨料符合SL352-2006《水
工混凝土试验规程》要求对粗骨料的技术要求。
-1粗骨料品质检测结果
试验结果
试验项目
5~20mm20~40mm40~80mm
堆积密度(kg/m3)145014201430
表观密度(kg/m3)271027202730:.
紧密容重(kg/m3)173016501620
空隙率(%)%%%
吸水率(%)
含泥量(%)
压碎指标(%)//
针片状(%)
通过不同规格粗骨料组合容重试验,选择最佳的粗骨料级配组合,以利于降
低混凝土单位用水量,提高混凝土拌和物施工性能,本次试验在经验范围内进行,
-2。
-2粗骨料组合容重试验结果
容重(kg/m3)空隙率(%)
大石:中石:小石
堆积振实堆积振实
45:25:%%
50:20:%%
40:30:%%
30:40:%%
0:40:%%
0:60:%%
0:50:%%
0:55:%%
骨料级配以振实容重最大、振实空隙率最小为选择优原则。根据表12的试验
结果,结合其它工程的现场施工经验,为避免碾压混凝土在施工过程中易出现的
骨料分离现象,故混凝土中大粒径骨料不宜过多,因此选择混凝土骨料级配为:
碾压混凝土三级配比例为30:40:30(大石:中石:小石)
碾压混凝土二级配比例为55:45(中石:小石)

本次试验用骨料为左岸砂石料系统生产的人工混合骨料,按SL352-2006《水:.
工混凝土试验规程》,“骨料碱活性检验(化学法)”对骨料进行试验。本试验方法
通过测定溶液中溶出的二氧化硅浓度(Sc)和碱度减低值(Rc)来评定骨料的碱
活性,骨料活性评定标准:当试验出现Rc>70,而Sc>Rc或Rc<70,而Sc>
35+Rc/2中的任何一种,该试样就被评定为具有潜在有害反应。。

试样名称二氧化硅浓度(Sc)mol/L碱度减低值(Rc)mol/L结果评定

亭子口水利枢纽作为百年大计工程,对骨料的碱活性要有严格的要求,为了
保证工程的永久质量,又在混凝土的配合比中限制每方混凝土的总碱含量不超过
,更为重要的是在水泥中掺适量Ⅰ级粉煤灰取代相应量的水泥,
而Ⅰ级粉煤灰可以有效的抑制碱-骨料反应膨胀,这就做到了多重有效措施,确保
了工程质量。
3混凝土配合比设计


由于混凝土单位用水量随着减水剂掺量的增加而递减,对碾压混凝土而言,
减水剂掺量过高,胶凝材料用量过少使混凝土可碾性变差,极限拉伸值也难以达
到设计技术要求。因而根据前期工程的应用经验,选择本工程碾压混凝土缓凝高
%,引气剂掺量按控制混凝土含气量3~4%确定。

在水胶比不变的情况下,随着单位用浆量(胶材和水)的增大,拌和物中骨
料颗粒周围浆层增厚,游离浆体增多,故而导致混凝土拌和物的VC值减小。
试验条件:二、、粉煤灰掺量为50%,JM-Ⅱ(C)
%、JM-2000掺6/万,混凝土Vc值控制在3~5s,含气量控制3~5%,石
粉掺量控制在14%~20%范围。通过试拌二、三级配混凝土的单位用水量及与VC

:.
煤灰减水剂引气剂级砂率单方胶材VC值(S)
水胶比
(%)JM-ⅡJM2000配(%)用水量总用量实测减少值
(C)(kg/m713)(kg/m1483)

%6/




%6/


备注试验结果表明,在VC值控制在小于6S时,用水量每增加1kg/m3,。
根据以上试验结果,建立用水量与VC值关系曲线,如下附图所示:
附图VC值与单位用水量关系曲线
6
5
)4
s
(3

c
v2
1
0
808182838485
用水量(Kg/m3)

碾压混凝土的砂率直接关系到单位用水量的高低、拌合物工作性以及硬化后
混凝土的各项性能。因此必须通过试验选择在设定条件下工作性能好且单位用水
量较小的最优砂率。
本次试验采用二、三级配碾压混凝土,按石子最佳比例,固定一个水胶比和
用水量,分别对三个不同砂率进行试验,最终选择以拌合物用水量较低、工作性
能较好、拌合物密度较大的砂率为最优砂率,。

混凝土
级水胶JM-ⅡcJM2000粉煤灰用水量砂率VC值含气
湿密度外观描述
配比(%)(%)掺量(%)(kg/m3)(%)(s)量(%)
(kg/m3)


:.




由以上试验结果表明:在用水量一定的条件下,混凝土随着砂率的变化,其
拌合物VC值随之变化。根据本次试验成果并结合以往工程经验,二级配最优砂率
为33%,三级配最优砂率为30%。
、含气量经时损失试验
为了解碾压混凝土在掺用缓凝效果的减水剂和引气剂时在施工时的工作性,
以及含气量随时间延长的损失情况,以便于现场混凝土拌和机口控制,确保入仓
混凝土具有合适的VC值和满足设计要求的耐久性。
试验条件:二级配混凝土、、粉煤灰掺量为50%,JM-Ⅱ(C)掺
%、JM-2000掺6/万、混凝土Vc值控制在3~5s,石粉掺量控制在14%~20%
范围。。

项目Vc值(s)含气量(%)
时间
03060900306090
(min)

损失率%:.
图3VC值、含气量与停放时间关系曲线图
10
vc
值8
/
含6
VC损曲线

气损曲线
量4
2
0
0306090
(min)
试验条件:三级配混凝土、、粉煤灰掺量为60%;二级配混凝土、
、粉煤灰掺量为50%,JM-Ⅱ(C)%、JM-2000掺6/万,Vc值控
制在3~5s,含气量控制在3~5%,石粉掺量控制在14%~20%范围。在不同环境
下测定其凝结时间,测试分别在养护室、自然条件下进行,。

试验条件Vc值初凝终凝
环境水胶比备注
(s)(h:min)(h:min)
温度湿度
-℃98%18:2230:15

-℃60%~75%6:1317:34
-℃98%17:4829:52

-℃60%~75%7:4220:05

水胶比是决定混凝土强度的主要因素,针对不同强度等级选择水胶比之前,
须进行水胶比与强度关系的试验,本次碾压混凝土水胶比与强度的关系试验采用
二、三级配混凝土,粉煤灰掺量分别为50%、60%,、、
三个点进行抗压强度试验,同时还进行了相应的其它性能试验,以利于分析选择。
试验条件:JM-Ⅱ(C)%、掺JM-2000引气剂6/万、
VC值控制在3~5s,石粉掺量按14%~20%控制。,根据试验
结果回归分析得到的水胶比与强度关系曲线见图4~图7。:.

劈拉强度
煤灰JM-ⅡJM-含气抗压强度(MPa)
序水胶用水量砂率VC值(MPa)
掺量(C)2000级配量
号比(kg/m3)(%)(s)
(%)(%)(1/万)(%)7d28d90d28d90d
:
:
:
:40:
:40:
:40:
图6碾压混凝土90天强度与胶水比关系曲线图
40
35y=-
)
R2=
a
P
M30
(
度50%掺量
强25
压y=-%掺量
抗2
20R=
15

胶水比

根据混凝土配制强度,通过混凝土的水胶比强度关系试验成果,计算出初步
水胶比,再考虑原材料变化及各部位混凝土全面设计技术指标要求,综合选择确
定各强度等级的混凝土水胶比。确定后的水胶比不超出《水工混凝土施工规范》
(DL/T5144-2001)规定及设计要求的各部位混凝土极限水灰比。
根据配合比设计原则及本次试验成果分析,亭子口水电站大坝主体碾压混凝
土、。

每立方米混凝土/砂浆材料用量(kg/m3)
煤灰
强度级水胶湿容重
掺量
等级配比水粉煤小中大JM-Ⅱ(kg/m3)
(%)水砂JM2000
泥灰石石石(C):.
R150

F50W6
R200
.0982450
F100W8

变态混凝土是在碾压混凝土母体中加入一定量的胶材浆液后形成的一种混凝
土,在工程实际施工中,浆液的加入有多种方法,室内试验采用的方法是在碾压
混凝土搅拌120s后加入变态浆液再搅拌60s。
根据变态混凝土的技术要求,,粉煤灰掺量降低
5%,减水剂掺量为母体的1/2;要求加浆量应使变态混凝土坍落度达到1-3cm。
试验选择了净浆掺量为母体碾压混凝土体积的6%进行试验。
根据上述设计原则及本次试验成果分析,推荐亭子口水电站大坝主体碾压混
凝土、。

JM-Ⅱ(C)材料用量(kg/m3)浆液比重
配合比编号水胶比F掺量%
(%)水水泥粉煤灰g/cm3
R150

F50W6
R200

F100W8
4碾压试验段配合比的应用
为证明此配合比设计的合理性及适用性,拟在小坝沟渣场B区临建场地内布
设碾压混凝土现场工艺试验场块进行现场工艺试验,试验块平面尺寸38m×20m
(长×宽),结合碾压试验块结构以及混凝土分区情况,,每层
30cm,具体条带及分区规划见图7。试验块施工严格执行碾压混凝土施工规范各
项规定。:.


仓面碾压混凝土的VC损失包括运输过程中的损失和摊铺过程中的损失,VC
损失与气温,风向等都有一定的关系,。

检测内容
NxMAXMIN
名称
气温(℃)
砼温(℃)
湿度(%)
机口VC(s)
仓面VC(s)
摊铺后VC(s)

现场进行凝结时间的测试,保证混凝土满足具体的施工要求。其检测结果详