龙滩碾压混凝土重力坝关键技术
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2.5 研究小结

在充分研究200m级碾压混凝土重力坝在材料方面设计要求的基础上,通过对龙滩碾压混凝土重力坝配合比设计特点、设计原则和设计方法的研究,以及对大坝碾压混凝土、碾压混凝土层面垫层材料和变态混凝土的配合比进行了大量的试验研究,确定了采用富胶凝材料碾压混凝土的技术路线,试验推荐配合比的各项性能指标均满足建造龙滩200m级碾压混凝土高坝的要求。

龙滩水电站大坝碾压混凝土、碾压混凝土层面垫层材料和变态混凝土施工配合比和设计推荐配合比基本参数在原材料品种发生较大变化的情况下略有差别,但均非常接近,证明了多年来设计工作中开展的配合比研究工作及成果在施工实践中得到检验,设计工作中开展的配合比研究工作为200m级碾压混凝土重力坝的施工实践奠定了稳固的基础。

2.5.1 大坝碾压混凝土研究小结

(1)碾压混凝土的密实程度,直接影响其物理力学性能,含5%空隙时,强度约降低30%,即使空隙为2%,强度也降低10%以上。

(2)抗压强度随水胶比的增大而降低,符合水胶比定则;碾压混凝土强度随龄期的发展规律符合对数曲线,龙滩碾压混凝土抗压强度强灰比28d以后几乎是常态混凝土的一倍,而强胶比基本相等,表明碾压混凝土充分发挥了水泥和粉煤灰的效益;龙滩碾压混凝土抗压强度的发展,在180d龄期以后强度增长速度较为缓慢。

(3)龙滩碾压混凝土的绝热温升与常态混凝土相比具有低热的优越性,由于采用石灰岩作为粗骨料,碾压混凝土的线膨胀系数较低,在5×10-6℃的左右,对碾压混凝土的温控和防裂有利。

(4)碾压混凝土的抗拉弹模略大于抗压弹模,拉压弹模比为1.06,碾压混凝土本体和常态混凝土弹模基本相当,二者抗拉弹模之比为0.98,抗压弹模之比为1.03。

(5)碾压混凝土的轴拉强度大于劈拉强度,轴拉强度与劈拉强度之比为1.196,碾压混凝土与常态混凝土的轴拉强度之比为1.05,碾压混凝土与常态混凝土的劈拉强度之比为1.10,碾压混凝土高于常态混凝土。

(6)龙滩水电站碾压混凝土和常态混凝土的极限拉伸值之比为0.934,常态混凝土略高。

(7)以K2来评价,龙滩水电站碾压混凝土28d龄期的抗裂能力为常态混凝土的74%~83%,但是,把碾压混凝土的绝热温升也考虑进去,由K4可以看出,碾压混凝土的抗裂度高于常态混凝土,考虑二者实际施工和水化热散发条件因素,碾压混凝土和常态混凝土两者的抗裂度可能基本接近。

(8)龙滩水电站碾压混凝土具有良好的耐久性,抗渗等级均大于W11,相应的渗透系数均小于10-9cm/s,与常态混凝土具有相同的数量级;抗冻等级可满足F100~F150。

(9)层面的存在对碾压混凝土的密度和抗压强度没有影响,但是,抗拉强度、弹性模量明显降低,碾压混凝土材料具有一定程度的横观各向同性性质。

(10)现场试验10种工况含层面试件的平均拉压比为0.058,比一般拉压比偏低;4个工况(A、C、E、F)层面劈裂抗拉强度与本体劈裂抗拉强度之比为0.59;由于试件层面抗拉强度较低,层面的存在导致拉、压强度比值较低。

(11)含层面芯样试件的静、动力试验结果统计,动态弹模与静态弹模之比为1.10;动态抗压强度与静态抗压强度之比为1.13;动态抗拉强度与静态抗拉强度之比为1.27;动、静态极限拉伸应变基本相等,动态下的强度性能有所提高。

(12)含层面芯样试件在受压状态下,无论是慢速加载,还是快速加载都呈现应变软化特性,静态的软化段曲线可近似地用一条直线来代替,快速加载的软化段曲线可用双线性来逼近。

(13)碾压混凝土本体断裂韧度大于层面断裂韧度,本体的断裂能大于层面试件的断裂能,层面断裂韧度约为本体的0.87;芯样各复合型断裂试件及纯Ⅱ型试件均属于拉伸断裂;当应力强度因子水平较高(K1/K1C=0.95、0.90)时,这一类的试件断裂具有瞬时断裂的性质;当应力强度因子水平较低(K1/K1C=0.75)时,试件历时6个月尚未破坏;当应力强度因子水平K1/K1C=0.85,0.80时,徐变可分为3个阶段,第一阶段为徐变速率减速阶段,第二阶段为徐变稳定阶段,第三阶段为徐变加速的断裂阶段,这一类型属典型的徐变断裂。

2.5.2 碾压混凝土层面垫层材料研究小结

(1)通过试验研究提出了适用于龙滩碾压混凝土的水泥砂浆垫层材料和小骨料常态混凝土垫层材料配合比,砂浆垫层材料具有强度高、变形性能好、抗渗性好的特点;小骨料常态混凝土采用一级配混凝土,其强度高于上、下层的碾压混凝土,拌和物坍落度控制在0~20mm之间,具有强度高、变形性能好等一系列优点。

(2)采用丙乳砂浆、防水剂砂浆、普通砂浆作为垫层材料的含层面碾压混凝各龄期相应的抗压强度相差不大,与本体碾压混凝土接近,劈拉强度均低于本体碾压混凝土;丙乳砂浆与普通砂浆相比能有效地提高碾压混凝土的层间结合强度;防水剂砂浆垫层处理的含层面碾压混凝土的抗渗能力比普通砂浆垫层处理的碾压混凝土提高27%~36%,丙乳砂浆垫层处理的含层面碾压混凝土的抗渗能力比普通砂浆垫层提高42%~52%,3种砂浆含层面碾压混凝土的抗渗性均大于W30;采用上述垫层材料的含层面碾压混凝具有较好的抗冻性,完全能满足F150的要求;掺入丙乳对砂浆抗压强度和弹模有降低的影响,对层面抗剪不利,其实用性还有待进一步研究。

2.5.3 变态混凝土研究小结

(1)研究配制的几种改性外加剂可有效提高粉煤灰水泥浆流动性、静置稳定性、减少用水量。高性能掺合料浆与普通浆液配制的变态混凝土相比较,早期强度和极限拉伸值得到较大幅度提高。

(2)变态混凝土浆液的质量控制可通过对浆液流变性能进行控制,Marsh流动度仪和锥形漏斗法(普里帕克漏斗)均可适用于现场制浆质量控制。变态混凝土浆液采用Marsh流动度仪测量流动度适用范围是6~12s,采用锥形漏斗法(普里帕克漏斗)控制浆液流出时间应在22~32s范围内,这种流动度的浆液在变态过程中能充分液化,具有良好的贯入充填空隙效应。

(3)二级配碾压混凝土改性为变态混凝土的最优加浆量为4%~5%(体积比)。

(4)变态混凝土的水化温升值较碾压混凝土略高,远远低于常态混凝土。

(5)粉煤灰对变态混凝土的极限拉伸值、弹性模量、拉压比、抗裂性能等均有一定影响,建议龙滩大坝的变态混凝土应采用优质粉煤灰。

(6)对变态混凝土底部、中部和造孔加浆法以及表层加浆和2层加浆等5种加浆方式的试验证明:变态混凝土成型试件时浆液的均匀性对混凝土的性能有一定影响,表层掺浆不利于浆液在碾压混凝土内充分扩散,2层加浆效果最好。