小湾水电站滑模混凝土的配合比设计
摘 要:文章通过介绍小湾水电站滑模混凝土配合比的设计过程,揭示并定量分析了影响混凝土凝结的各种因素,按照工地实际情况进行了滑模混凝土滑升速度的计算,对滑模混凝土的配合比设计和施工可供参考。
1 施工简介
由水电十四局和水电一局联营体(简称小湾141水电工程联营体)中标承建的云南小湾水电站地下厂房工程的混凝土约100万m³,目前正进入混凝土的施工高峰期。工程中采用液压滑动模板施工的项目有:发电厂房至坝顶交通通道的电梯井1条,衬砌直径为10.5 m,长265.2 m,混凝土等级C20;引水发电的压力竖井管道6条,衬砌直径为10.3m,长160 m,混凝土等级C25W10;2条倾角为32°的出线洞斜井,衬砌尺寸为5.5 m×6.649 m城门洞断面,长度各约500 m,混凝土等级C20。
采用滑模施工的混凝土,要求模板在滑升时混凝土已具有一定的出模强度或达到一定的贯入阻力,以保证自身的稳定,这要求对混凝土的出模时间有较好把握,否则,因滑升过早,混凝土会变形流淌甚至坍落,而滑升过晚则由于粘结力的增加,导致混凝土表面被拉裂的现象出现。因此,通过试验了解混凝土的凝结规律并掌握适宜的出模时间是做好滑模混凝土施工的前提。
混凝土的凝结状态一般可用贯入阻力或出模强度来表示,当贯入阻力达到3.5 MPa和28 MPa时定义为混凝土的初凝和终凝,所经历的时间称为初、终凝时间。文献〔1〕给出滑升时贯入阻力为0.3~1.05kN/cm2或出模强度为0.2~0.4 MPa,这正值混凝土初凝前后的状态,但仅是对垂直滑升体而言。而对于有一定倾角的斜井,由于顶拱部位受到重力的作用,混凝土的出模强度要求稍大于竖井标准。文献〔2〕给出的出模强度范围为0.7~0.8 MPa。
小湾电站工程由于采用滑模施工的项目较多,混凝土的滑模施工有可能跨于一年四季,而气温又是影响混凝土出模时间的主要因素,所以要满足同一滑升速度的施工,必须有可适应不同气温条件下施工的混凝土配合比。此外,在同一气温条件下施工,滑升较为顺利时希望混凝土的出模时间短一些以利于快速施工;而在施工中因处理问题需要停歇一定的时间时,又要求混凝土具有较长的初凝时间,以避免冷缝的出现,并省略混凝土施工缝的处理。
因此,滑模施工要求混凝土具备多种不同凝结时间的配合比供使用,这也是滑模施工的一大特点。
2 混凝土使用的原材料
(1)水泥:为祥云水泥厂生产的普通硅酸盐42.5水泥和中热硅酸盐42.5水泥,各项技术指标均符合国家规范的要求,其物理性能检验成果见表1。
(2)粉煤灰:为曲靖火电厂产生的一级灰,各项技术指标合格,其细度为0•045筛筛余量的8.6%,需水量比94%,SO30.13%,烧失量3.1%;
(3)减水剂和引气剂:分别采用江苏博特公司生产的缓凝高效减水剂JM-Ⅱ和非缓凝高效减水剂JM-A,掺量均为胶材重量的0.4%~0.8%;北京利力公司生产的FS引气剂,掺量为胶材重量的0.4~1.5/10 000,各项技术指标见表2的检验成果。
(4)砂石料:采用母材为黑云花岗片麻岩和角闪斜长片麻岩轧制的人工砂石,人工砂的细度模数为2.82,小于0.16 mm含量为14%,碎石分5~20 mm和20~40 mm两级,按5∶5比例使用,表观密度2 730kg/m³,针片状1%。
3 采用正交试验法分析影响混凝土凝结时间的因素
影响混凝土凝结时间的因素较多,根据小湾水电站的施工实际情况,影响因素大致有气温条件、水泥品种、减水剂品种和掺量、粉煤灰掺量、引气剂掺量等几种。为便于分析影响凝结时间因素的主次,混凝土凝结时间的试验采用L8(27)正交表安排进行,正交试验的因素水平见表3,试验成果及极差分析见表4。
从正交试验的极差分析可以得出以下结论:
(1)影响混凝土的初凝和终凝时间的主要因素是减水剂的品种和水泥品种,使用JM-A减水剂,混凝土的初凝时间可以比使用JM-Ⅱ缩短133min,终凝时间缩短162 min;使用普通水泥,混凝土的初凝时间可以比使用中热水泥缩短106 min,终凝时间缩短110 min;
(2)减水剂掺量对混凝土的凝结时间也有影响,掺量±0.1%,初凝时间±37 min,终凝时间±52min;
(3)气温高低对混凝土的凝结时间也有影响:气温升高5℃,初凝时间缩短30 min,终凝时间缩短57min;
(4)粉煤灰掺量对混凝土的凝结时间也有影响:粉煤灰掺量±10%,初凝时间±30 min,终凝时间±57 min;
(5)掺用引气剂会延长混凝土的初凝时间39min,延长终凝时间24 min。
4 滑模混凝土滑升速度的计算
根据正交试验得到凝结时间的成果,滑模混凝土性能的试验采用C20泵送混凝土的配合比,确定在‘JM-Ⅱ0.5%+Fs0.4/10 000’和‘JM-A0.5%+FS0.4/10 000’的两种外加剂组合方案中,粉煤灰的掺量分别选用20%和30%来进行混凝土的凝结时间及其它项目的试验。
4.1 滑模混凝土试验成果
滑模混凝土试验成果见表5。
4.2 混凝土的贯入阻力与出模强度的试验成果试验成果见表6。
把混凝土的初凝时间和终凝时间的贯入阻力
3.5 MPa和28 MPa代入上式后,可算得对应的出模强度为0.35 MPa和0.78 MPa。
4.3 滑模混凝土的滑升速度计算
滑模混凝土的滑升速度是根据模板的有效高度和出模时间,利用文献〔2〕的公式计算而得。
L′=V•T(2)
式中:L′—模体顶拱的有效高度m;V—模体滑动速度,宜为0.15~0.3 m/h;T—顶拱混凝土的脱模时间h。
取竖井滑模的模板高度为1.2 m,出模时间为表5中‘达0.8 MPa的凝结时间’,斜井顶拱的模板高度为1.8 m,出模时间为表5中的‘初凝时间’,滑模施工按每天23 h工作计算。表5中各个配合比可以满足的滑升速度,计算列于表7中。
从表7的计算结果可以看出,采用不同方案的配合比,可以得到不同的混凝土出模时间,能满足不同滑升速度的施工需要,这就为滑模在各种条件下的施工有了选择的余地。上述成果是利用C20混凝土配合比试验而得到的,但对C25或其它等级滑模混凝土的配合比设计和施工仍具有参考的价值。
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