低热微膨胀混凝土在长河坝水电站初期导流洞封堵中的应用研究

陈世文，王福托

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

长河坝水电站是以单一发电为主的大型水库电站，无航运、漂木、防洪、灌溉等综合利用要求。工程为Ⅰ等大(1)型工程，挡水、泄洪、引水及发电等永久性主要建筑物级别为1级，永久性次要建筑物级别为3级，临时建筑物级别为3级。电站采用水库大坝、首部式地下引水发电系统开发，总装机容量2600MW，水库正常蓄水位1690m，具有季调节能力。

初期导流洞位于大坝坝址右岸，初期导流洞为两条，分别为1#及2#导流洞，导流洞为城门洞型断面，断面最大尺寸为16m×16.5m，封堵部位断面尺寸12m×14.5m。1#导流洞长1061.076m，纵坡坡度0.66%；2#导流洞长1235.409m，纵坡坡度0.567%，进口高程为1482m，出口高程1475m。根据《长河坝导流洞下闸蓄水规划设计专题报告》中推荐的方案，两条导流洞封堵长度均为70m，其中临时堵头20m，永久堵头50m，1#导流洞堵头位于帷幕灌浆轴线处，2#导流洞通过将帷幕轴线下移后布置在帷幕轴线下游。封堵堵头布置详见图1、图2。

图1 封堵堵头平面布置示意

图2 封堵堵头剖面布置

2 混凝土设计要求

由于工程施工工期及施工要求，导流洞封堵混凝土浇筑量大，考虑到混凝土浇筑的连续性、耐久性、稳定性、水化热低等特点，且混凝土堵头施工的温度控制要求较高，故采用低热微膨胀混凝土，以减少裂缝、防止混凝土收缩、简化混凝土温控施工措施，满足封堵堵头混凝土的各项指标要求。

3 原材料对混凝土性能影响

3.1 低热水泥的性能指标要求

原材料是施工质量控制的源头，而水泥在水利水电工程、道路建筑工程中是最重要的建筑材料，应用十分广泛。目前，水工混凝土中常用的水泥品种主要有：普通硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥等。根据工程施工要求，采用P·LH42.5低热硅酸盐水泥，通过配合比优化，严格控制各项技术指标，有效降低了混凝土水化热升温并控制了混凝土质量波动，提高了混凝土低温硬化性能。

3.2 外加剂及掺和料对混凝土性能影响

导流洞封堵采用泵送混凝土进行浇筑，对控制混凝土入仓温度有较高要求。膨胀剂掺入混凝土中，通过产生一定的膨胀，补偿商品混凝土的收缩，有利于提高商品混凝土的抗渗防裂；膨胀剂使混凝土硬化过程中产生体积膨胀，补偿混凝土收缩，改善混凝土变形能力，而温湿度对膨胀剂的作用效率有重要影响。膨胀剂的早期膨胀效率提高，中后期膨胀效率则略有降低，经试验检测膨胀剂细度、抗压强度及限制膨胀率等各项指标均达到规范要求。

减水剂为江苏博特新材料有限公司生产的PCA(Ⅰ)聚羧酸高性能减水剂：掺量为0.7%～1.2%；引气剂为江苏博特新材料有限公司生产的GYQ型，根据《混凝土外加剂》(GB 8076-2008)中相关规定，对减水率，泌水率比、含气量等各项指标进行检测，均满足规范要求。掺外加剂的混凝土在多向约束条件下改善混凝土拌合物施工性能、起到增加混凝土后期强度和提高混凝土耐久性。

掺和料对膨胀剂混凝土的膨胀性能有一定的影响，掺和料作为混凝土胶凝材料的重要组成部分，掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，混凝土各项性能得到明显改善，起到增加混凝土后期强度和提高混凝土抗腐蚀的作用，但粉煤灰的掺入将削弱膨胀剂的膨胀功能。

骨料在混凝土中起骨架支撑的同时还可作为胶凝材料的廉价填充材料。细骨料(简称S)选择磨子沟骨料加工系统生产的人工砂，级配曲线优良，质地坚硬，含泥量、碱含量、石粉含量等各项指标均达到规范要求。粗骨料(简称G)采用磨子沟骨料加工系统生产的人工碎石，小石(5mm～20mm)、中石(20mm～40mm)质地坚硬，级配良好、超逊径(针片状)含量、压碎指标及其余指标均达到规范要求。

4 混凝土配合比设计

4.1 设计要求

根据工程施工设计，混凝土性能指标采用C25W10F150强度等级。

4.2 保证率和标准差确定

混凝土的概率度系数与强度保证率P之间的关系、混凝土标准差σ参照表1和表2。

表1 概率度系数t与强度保证率P之间的关系

表2 混凝土标准差σ值

根据表1、表2中的取值，混凝土配制强度计算结果如下：

Fcu.0=fcu.k+tσ=25+1.645×4.0=31.58MPa

4.3 配合比试拌

试验依据为DL/T 5330-2005《水工混凝土配合比设计规程》，为了确保混凝土的各种性能指标达到设计要求，在设计施工配合比时，充分考虑到施工质量的不均匀性，加强均匀性检测，考察低热微膨胀混凝土配合比单位用水量、最优砂率、混凝土抗压强度、抗渗性及抗冻性与水胶比之间的关系，混凝土配合比所掺的PCA(Ⅰ)聚羧酸高性能减水剂掺量占总胶材用量的0.7%，GYQ引气剂掺量占总胶材用量的1/万，(KT型UEA)膨胀剂掺量占总胶材用量的4%，粉煤灰替代水泥用量为总胶材用量的20%。混凝土拌和物出机口坍落度按140mm～180mm控制。混凝土配合比试拌情况见表3。

表3 混凝土配合比各项参数(设计坍落度140mm～180mm)

4.4 混凝土各项性能指标检测结果

配制不同水灰比的混凝土，制作标准试件并标准养护28d，混凝土在养护期间提供足够的水分，使其能充分发挥工作性能。测试混凝土试样的抗压强度、抗渗等级以及抗冻性能，具体检测结果表4。

表4 混凝土抗压强度、抗渗、抗冻性能指标检测结果

4.5 混凝土抗压强度与胶水比的关系

根据表4的试验结果分析，可以计算混凝土28d抗压强度与胶水比之间的回归关系及曲线，具体见图3。

图3 混凝土抗压强度与胶水比回归曲线

5 推荐混凝土配合比参数及复核

5.1 推荐混凝土配合比参数

根据上述试验结果，并充分考虑到所用原材料质量、现场质量控制水平与室内试验的差异，根据表3、表4的抗压强度结果特提出混凝土配合比参数，具体见表5。

表5 推荐混凝土配合比参数

5.2 推荐混凝土配合比参数复核

根据混凝土回归曲线与胶水比的关系确定的配合比参数对其进行复核，28d抗压强度结果见表6。

表6 推荐混凝土配合比参数28d强度复核结果

5.3 低热微膨胀混凝土的应用效果

通过配合比试验检测结果复核可以验证低热微膨胀混凝土的抗压强度，抗渗、抗冻性能指标能充分展示低热微膨胀混凝土在施工现场的优越性，有效降低混凝土升温，从而减少纵缝，有效抑制了混凝土表面温度过高产生的裂缝，对大体积混凝土浇筑非常有利，实现了大体积混凝土持续性浇筑的操作性。

6 结论

(1)通过选择原材料，充分利用微膨胀补偿收缩的性能，有效降低水化热混凝土的开裂性，浇筑后的混凝土与块体之间紧密结合，加强了混凝土低温硬化性能，提高了混凝土性能。

(2)适当增加了混凝土浇筑厚度，加快了施工进度，在保证强度的基础上，提高了混凝土的抗裂性、抗渗性和抗冲击性能，同时也提高了工程的施工质量，并节约了施工工期和管理费用。

(3)注意事项：①微膨胀混凝土在进行浇筑时需要进行全面合理地振捣，增大混凝土密实性，防止出现蜂窝麻面等现象，同时应加强混凝土养护方面的工作；②施工过程中不得随意更改各种材料用量，加强每个施工环节管理，如有变化，需重新进行混凝土配合比试验。