官地水电站碾压混凝土材料特性及质量控制

陈磊 钟谷良 严尚源

（雅砻江流域水电开发有限责任公司，四川 成都610051）

摘要：官地水电站大坝碾压混凝土采用全玄武岩骨料。碾压混凝土原材料品质是保证碾压混凝土本体质量、层面结合以及提高碾压混凝土施工性能和防裂性能的基础。通过碾压混凝土原材料尤其是人工砂生产工艺优化和质量控制，优化了碾压混凝土施工配合比，碾压混凝土的各项性能满足设计要求，施工性能良好。

关键词：官地水电站；碾压混凝土；原材料特性；质量控制

1 引言

官地水电站位于雅砻江干流下游、四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的打罗村境内，系雅砻江卡拉至江口河段水电规划五级开发方式的第三个梯级电站，总装机容量为4×600MW。官地水电站大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高168m，是国内在建和已建的国内第三高坝。官地水电站大坝坝址附近属于川西高原气候区，主要受高空西风环流和西南季风影响，干、湿季节分明，多年平均相对湿度为74%最小值为8%多年平均气温为18.6℃，极端最高气温为39.4℃。根据设计要求，工程混凝土总量为471万m3，其中碾压混凝土大约297万m3，常态混凝土约174万m3，大坝碾压混凝土月最大浇筑强度15.99万m3。

官地水电站大坝碾压混凝土采用全玄武岩人工骨料，人工骨料裹粉严重。针对官地水电站工程地理气候、原材料及坝型特性，对原材料及配合比进行研究，优选出合适的最优原材料和配合比。同时，对碾压混凝土原材料进行质量进行全面控制，确保了工程质量，并降低了工程成本。

2 原材料特性

2.1 水泥

水泥选用四川嘉华（集团）股份有限公司锦屏基地（简称“嘉华水泥”）、湖南石门特种水泥有限公司（简称“石门水泥”）和四川峨胜水泥股份有限公司（简称“峨胜水泥”）生产的P.MH42.5中热硅酸盐水泥。为优化水泥性能及生产工艺，二滩水电开发有限责任公司委托中国建筑材料科学研究院牵头，组织了5次考核性生产，并提出了适合官地水电站碾压混凝土的水泥技术要求，适当提高C4AF含量，降低水泥脆性，并对水泥的强度的均质性提出要求，以提高碾压混凝土的抗裂性能。水泥的各项性能指标均满足《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣水泥》（GB 200—2003）及官地水电站水泥技术要求。根据官地水电站的特殊要求，各水泥厂组织了考核性生产，水泥物理化学性能见表1。

2.2 粉煤灰

官地水电站大坝碾压混凝土采用Ⅱ级粉煤灰。结合目前国内粉煤灰供应形势，以及前阶段试验成果，提出满足水电站粉煤灰技术要求。粉煤灰供应厂家有云南凯捷实业有限公司（简称“曲靖灰”）、甘肃平凉华茂粉煤灰有限公司（简称“平凉灰”）、泸州地博粉煤灰开发有限公司（简称“地博灰”）和四川省涛峰粉煤灰贸易有限公司（简称“涛峰灰”）。各厂家供应的粉煤灰均达到《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》（DL/T 5055—2007及官地水电站大坝碾压混凝土对粉煤灰的技术要求。各种粉煤灰的性能检测结果见表2。

2.3 外加剂

根据国内外碾压混凝土的施工经验和设计的要求，大坝碾压混凝土采用缓凝高效减水剂和引气剂。官地水电站工程通过试验和招标，确定浙江龙游五强混凝土外加剂有限公司（ZB—1 RCC15）和山东华伟银凯建材科技股份公司（NOF—2BRCC）为缓凝高效减水剂的供应商，江苏博特新材料有限公司（JM—2000C）为引气剂的供应商。各种外加剂均满足《混凝土外加剂》（GB 8076—2008）的要求。各种外加剂的性能检测结果见表3。

2.4 砂石骨料

砂石骨料母岩为右岸竹子坝料场的玄武岩，玄武岩骨料弹性模量较高，线膨胀系数较大，对碾压混凝土抗裂不利。粗骨料分级为大石（40～80mm）、中石（20～40mm）和小石（5～20mm），品质检验结果见表4。根据《水工碾压混凝土施工规范》（DL/T 5112—2009），人工砂的石粉（d≤0.16mm的颗粒）含量宜控制在12%～22%，其中 d＜0.08mm微粒含量不宜小于5%。最佳石粉含量应通过试验确定。设计要求人工砂的石粉含量控制在18%左右。细骨料检验结果见表5。

3 原材料质量控制

3.1 水泥

为了确保用于官地水电站的P.MH42.5中热硅酸盐水泥的质量，2009年二滩水电开发有限责任公司委托中国建筑材料科学研究院对供应大坝的水泥生产厂进行驻厂监督，并根据考核性生产试验成果制定具体的监控办法，对水泥生产全过程进行控制。具体的控制方法包括设计合理的配料方案，选择适当的生产工艺，切实做好煤、料、操作三对口工作，抓好出窖熟料的分料工作，严格控制粉磨过程和均化出厂工作。此外，为不断提升试验检测水平，二滩水电开发有限责任公司定期组织水泥厂家和承包商试验室进行水泥对比试验，确保试验数据的准确性。

水泥进场后，各承包商对每批次水泥性能进行检验，确保合格水泥用于大坝工程。截至2012年1月，所有出厂水泥合格率100%，水泥的各项性能均满足规范及设计要求，统计结果见表6～表8。

从统计结果来看，各厂家的中热水泥指标均满足《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣水泥》（GB 200—2003）及官地水电站水泥技术要求；水泥的各项性能指标比较接近，并且质量稳定，这对有效控制大坝碾压混凝土施工质量，降低碾压混凝土Cv值，保证碾压混凝土均质性是十分有利的。

3.2 粉煤灰

官地水电站大坝碾压混凝土需要粉煤灰量巨大，月最高需要需要粉煤灰2万t以上，主要供应厂家有贵州名川粉煤灰有限公司（简称“贵州名川粉煤灰”）、贵州粤黔电力有限公司盘南电厂（简称“贵州盘南粉煤灰”）、曲靖方圆环保建材有限公司（简称“云南曲靖粉煤灰”）和四川泸州地博粉煤灰有限公司（简称“四川地博粉煤灰”）等厂家。粉煤灰运输距离最远为1000km以上，为确保工程质量和进度，从源头对粉煤灰质量控制尤为重要。粉煤灰进场后，各承包商对每批次粉煤灰进行检验，确保合格的粉煤灰用于大坝工程。截至2012年1月，所有出厂粉煤灰合格率100%，粉煤灰的各项性能均满足规范和设计要求的Ⅱ级粉煤灰技术指标，检测结果见表9～表12。

从表9～表12的统计结果来看，4个厂家的粉煤灰烧失量和细度有差别外，需水量比变化范围为95 %～97%，基本保持一致。需水量比是影响碾压混凝土用水量的关键因素，因此采用不同厂家的粉煤灰，对碾压混凝土的和易性影响不大。

3.3 外加剂

官地水电站所用大坝碾压混凝土需要的外加剂由厂家直接供应至混凝土拌和系统。各种外加剂到场后，各承包商对每批次外加剂进行检验，确保合格的外加剂用于大坝工程。截至2012年1月，根据各承包商的抽检结果，混凝土外加剂的合格率为100%，检测结果见表13。

3.4 骨料

官地水电站大坝工程所用的砂石骨料由右岸的竹子坝加工系统提供。竹子坝系承担约400万m3混凝土和约2万m3喷混凝土的骨料生产，其中碾压混凝土约308万m3，常态混凝土约92万m3，共需生产成品粗骨料约640万t，碾压混凝土细骨料约265万t，常态混凝土细骨料约75万t。各承包商对每批次砂石骨料进行检验，确保合格的砂石骨料用于大坝工程。截至2012年1月，所有砂石骨料合格率100%。人工砂细度模数均值2.9，石粉含量均值16%。骨料的各项性能指标均满足设计和规范的技术要求，检测结果见表14、表15。

4 人工砂石粉含量及细度模数优化调整

官地水电站所有原材料建立了全过程的质量控制体系，截至2012年1月，未发生一起碾压混凝土质量事故。在前期可研阶段，由于竹子坝砂石系统没有建成，为了保证试验进度，试验所用的砂石骨料由打罗砂石系统生产。根据打罗砂石系统的设计，打罗砂石系统主要供应官地水电站引水发电系统工程用常态混凝土用砂石骨料，虽然生产人工砂细度模数满足设计要求的2.7～2.9，吸水率为2.1%，但是石粉含量仅为14%。

竹子坝砂石系统的人工砂生产采用半干法生产，人工砂主要由巴马克生产，棒磨机调整细度模数。为保证石粉含量在设计要求的18%左右，采用了陶瓷过滤机及吸尘器等设施进行石粉回收，外掺入人工砂中。通过这些措施，碾压混凝土的石粉含量到达了18%～22%。但是，根据试验检测结果，人工砂的吸水率高达3.5%，导致碾压混凝土单位用水量偏大，比可研阶段碾压混凝土用水量平均偏高7kg/m3左右，如保持混凝土胶凝材料用量不变，将导致碾压混凝土的水胶比增大，会降低碾压混凝土的抗压强度。根据碾压混凝土工艺性试验的结果，碾压混凝土的抗剪断强度指标不满足设计要求。

通过对人工砂成品和试验成果的深入分析，认为碾压混凝土人工砂吸水率偏大是根本原因，吸水率偏高、强度偏低与人工砂的裹粉含量偏高直接相关。由于人工砂的裹粉，导致不同的人工砂石粉含量检测方法试验检测结果差别较大，采用干筛法（标准法）比水洗法的细度模数检测结果最大相差-0.45（见图1），石粉含量最大相差12.7%（见图2）。基于这个原因，对竹子坝砂石系统进行优化，取消了部分石粉回收，干筛法石粉含量控制在15%～17%，裹粉含量控制在5%左右，降低碾压混凝土人工砂吸水率至2.3%，人工砂的其他指标均满足设计要求。系统优化后的碾压混凝土工艺性试验结果表明，碾压混凝土的各项性能指标均满足设计要求。

5 结语

官地水电站大坝碾压混凝土采用全玄武岩骨料，并对P.MH42.5中热硅酸盐水泥和Ⅱ级粉煤灰提出了较高的技术要求。官地水电站原材料经过优选，确定了合理的控制指标，建立了严格的质量控制体系，并及时对可能出现的问题进行分析总结，确保了所有原材料均满足设计和规范要求，保证了碾压混凝土的各项性能指标均满足设计要求。

参考文献

[1] 崔健，倪竹君，胡利民．三峡工程用中热硅酸盐水泥品质指标控制的意义及方法 [J]．水泥，2000:10,45-46.

[2] 官地水电站大坝碾压混凝土配合比设计报告 [R].

[3] DL/T 5112—2009水工碾压混凝土施工规范 [S].

[4] DL/T 5144—2001水工混凝土施工规范 [S].

[5] 官地水电站试验检测中心2011年度试验检测年报 [R].