光照水电站厂房结构工程高流态自密实混凝土配合比的设计与应用

光照水电站厂房结构工程高流态自密实混凝土配合比的设计与应用

吴润林1周骑山2王平3

中国水利水电第九工程局中心试验室贵州贵阳550008

摘要：为解决厂房结构蜗壳层二期混凝土用常态混凝土浇筑不易振捣密实，易出现架空、脱空现象。经过试验分析论证，对高流态自密实混凝土进行配合比设计试验，希望高流态自密实混凝土能在结构较复杂、配筋较密集等相应部位得到推广和应用。

关键词：高流态自密实混凝土；配合比试验设计；光照水电站

1引言

光照水电站位于贵州省关岭县和晴隆县交界的北盘江中游，是北盘江干流的龙头梯级电站。工程枢纽由混凝土重力坝、坝身泄洪表孔、放空底孔、右岸引水系统及地面厂房等组成。厂房结构工程主要分检修廊道层、尾水管层、蜗壳层、水轮机层、发电机母线层、出线层、封闭母线层、厂变层、主变层及其以上结构部分。电站装机容量1040MW（4×260MW）光照水电站厂房结构工程蜗壳层二期混凝土设计等级C20，混凝土方量约2000m3/机组；蜗壳外包钢筋直径Φ32、Φ25，间排距15×20㎝；外层钢筋直径Φ28、Φ22，间排距20×20㎝。由于钢筋密集，加之蜗壳安装的支撑件较多，采用常态混凝土施工难以保证混凝土振捣密实。尤其是座环与蜗壳的连接部位不易填充密实，造成“脱空”现象。

2高流态自密实混凝土的工作特性

高流态自密实混凝土，它属于高性能混凝土的一种，其主要特点是混凝土拌合物不需要振捣靠自重密实。该混凝土不离析、不泌水，具有一定的塑性粘度；混凝土具有较强的内在均匀性、填充性、骨料均匀分散；混凝土坍落度经时损失小，和易性好、良好的流变性能、可泵性能好、良好的体积稳定性，混凝土硬化后具有良好的力学性能和耐久性。适用于现场浇筑的混凝土工程和预制构件的生产，尤其适用于薄壁、钢筋密集、结构形状复杂、振捣困难的结构以及施工噪声有特殊要求的工程。

3、高流态自密实混凝土配合比试验设计

3.1技术指标的确定

根据光照电站蜗壳二期混凝土设计要求和施工条件要求，参照《自密实混凝土应用技术规程》（CESC203：2006）的配合比设计原则，拟定自密实混凝土配合比技术指标如下：

（1）强度等级：C20～C25；（2）性能等级：二级；（3）坍落度：240～270mm；（4）适用范围：钢筋最小净间距为60～200mm；（5）坍落扩展度：550～650mm；（6）T500流动时间：3s≤T500≤20s；（7）中边差：≤50mm；（8）U型仪试验（△h）：高差△h≤50mm；（9）L型仪试验（H2/H1）：（H2/H1）≥0.8。

3.2自密实混凝土原材料的选择

本次试验所用原材料均满足《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001对各类原材料的要求。水泥：选用贵州明达水泥有限公司生产的“明鹰”牌普通硅酸水泥。掺合料：选用安顺火电厂II级粉煤灰；砂石骨料：用工地右岸砂石料场生产的粗细骨料；外加剂：由于自密实免振捣混凝土的性能特点不同于普通混凝土和一般的高性能混凝土，它所具备的高流动性、抗离析性、间隙通过性和填充性等要求都需要选用优质的外加剂来实现；因此对外加剂的主要要求为：与胶凝材料的相容性好、较高的减水率、缓凝保塑、砼坍落度和坍落扩展度经时损失小。选用江苏博特新材料有限公司生产的JM-SCC高效减水剂（萘系）和山西黄河新型化工有限公司生产的HJSX-A聚羧酸盐进行对比试验，引气剂选用山西黄河新型化工有限公司生产的HJAE-A。

3.3自密实混凝土配合比试验基本参数的选定

自密实混凝土性能与普通混凝土性能有很大的差别，其自密实性是新拌混凝土的重要综合性能。由于厂房结构工程窝壳二期自密实混凝土的设计强度等级较低（C20），在确定水胶比时还需考虑胶凝材料用量应能满足自密实混凝土性能要求，而不能简单仅从水胶比与强度关系确定。砂率过大或过小对自密实混凝土拌合物影响都很大，通过试验确定满足自密实混凝土性能要求砂率，二级配砂率46～48%，一级配砂率48～50%。比常规泵送混凝土多4%～6%。根据级配选择试验，二级配石子比例小石：中石=60：40较为适宜，与常规混凝土确定级配的原则有较大的区别。

3.4自密实砼配合比及性能试验成果

试验过程使用U型箱和L型箱检验高流态自密实混凝土拌和物性能，U型箱检测反映了混凝土拌合物的屈服应力、塑性粘度以及拌合物的填充能力、在有阻挡情况下的抗离析性能和间隙通过能力。L型箱是针对施工实际情况设计的测试混凝土拌合物的自密实填充性、抗离析性能和钢筋通过能力。

3.4.1HJSX-A和JM-SCC对比试验结果

通过对HJSX-A聚羧酸盐和JM-SCC高效减水剂的性能比较以及在掺量为1.0%，粉煤灰掺量35%，超量取代系数1.5的试验比较，HJSX-A聚羧酸盐拌制的混凝土综合性能优于JM-SCC高效减水剂拌制的混凝土。通过试验比较可知：聚羧酸盐型外加剂无论在强度还是在工作性能方面均优于萘系外加剂，特别是在混凝土拌合物的保塑性方面，在相同的条件下，减水率高于萘系；在相同的大流动度条件下，混凝土不离析，不泌水，不产生砂石骨料下沉，整体流动性好。

3.4.2外加剂与水泥的适应性和混凝土凝结时间

通过试验，HJSX-A聚羧酸盐和JM-SCC高效浮流动能力和抗离析性，其值越小表明这些性能越好。减水剂与贵州普定明达水泥厂生产的明鹰牌P.042.5普通硅酸盐水泥相适应。混凝土凝结时间见表1。

表1混凝土凝结时间

由表1可知：由于自密实混凝土加大粉煤灰掺量，坍落度大等因素影响，凝结时间比常规的混凝土长，对大体积混凝土施工尤其是夏季混凝土的施工是有利的。外加剂凝结时间可通过外加剂生产厂家调整。工程应用情况自密实混凝土配合比确定后，于2007年1月28日在光照水电站厂房结构4#蜗壳及外包混凝土正式使用。顺利解决由于钢筋密集，蜗壳安装的支撑件较多，采用常态混凝土施工难以保证混凝土振捣密实的施工难题。到2007年10月30日厂房结构工程4个机蜗的蜗壳二期及外包混凝土浇筑自密实混凝土约8000m3，机口成型混凝土28d强度试件37组，最大值35.0Mpa，最小值24.7Mpa，平均值31.7Mpa，标准差2.3。经检查已完工部位填充密实，脱空部位少、面积小，施工质量得以保证。由于自密实混凝土在性能和施工方面的优越性，是常态混凝土无法替代的。

4几点结论

4.1粉体材料

由于厂房结构工程自密实混凝土设计等级较低，在满足混凝土强度的条件下，要满足工作性能要求，必须保证粉体材料的用量，粉体材料是由水泥、粉煤灰和砂料中的石粉（<0.075mm）含量三部分组成，由于砂料中的石粉含量偏少，采用粉煤灰超量取代部分砂。超量系数为1.5，同时加大了粉煤灰掺量，以改善混凝土和易性，增加流动性，降低水泥用量。

4.2混凝土耐久性

从本次试验可知，自密实混凝土抗压强度、劈拉强度、抗折强度、抗拉强度、弹性模量的发展规律和普通混凝土相似和水胶比关系密切相关，其强度比同强度等级的普通混凝土要高；28天极限拉伸值和普通混凝土接近，28天干缩变形比普通混凝土小。自密实混凝土的耐久性在今后的试验和施工中需进一步充实、完善。

4.3自密实混凝土施工应重视的问题

（1）自密实混凝土的搅拌应采用强制式搅拌机，搅拌时间应比普通混凝土延长30s，时间应能满足120s。

（2）聚羧酸外加剂必须单独存放、单独计量，各环节中不得与萘系外加剂接触，否则失效。

（3）装卸自密实混凝土前后的罐车必须对罐体内进行彻底清洗，并放净余水。

（4）自密实混凝土从搅拌结束到施工现场应合理安排调度，避免在浇筑过程中混凝土积压或供应不足。

（5）混凝土面层浇筑完毕后，应在混凝土初凝后终凝前进行二次抹压。混凝土浇筑完毕，应及时养护，并适当延长预养护时间，养护时间不得少于14天。