回填微膨胀自密实混凝土配制及单轴膨胀试验

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1、学兔兔www.xuetutu.com第6期水利水运工程学报No．62014年l2月HYI球0-Sa匝NCEANDGD咂E砌GDec．2014回填微膨胀自密实混凝土配制及单轴膨胀试验刘伟宝，陆采荣，王珩，梅国兴，戈雪良，杨虎(南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210029)摘要：某水电站采用平压水箱平衡蜗壳内水压力，虽已安全运行了数十年，但水箱内产生了严重锈蚀，检修条件困难，存在安全隐患。为研究回填微膨胀自密实混凝土替代水箱方案的可行性，开展了回填微膨胀自密实混凝土的配制及其单轴膨胀模拟试验研究。根据替代方案的设计要求，回填微膨胀自密实混凝土应具有合适的膨胀量，无

2、需振捣即可将水箱充填密实。采用工程当地原材料，通过拌和物性能试验及水胶比一强度试验，确定了水胶比、砂率等混凝土配合比参数。通过限制膨胀试验和模拟单轴膨胀试验研究了膨胀剂掺量与变形的关系。提出的微膨胀自密实混凝土流变参数在合理范围以内。提出的回填低热微膨胀自密实混凝土配合比及单轴膨胀模拟试验方法可供相关研究和工程参考。关键词：回填；微膨胀；自密实混凝土；混凝土配制；流变性能；单轴膨胀中图分类号：TU528．55文献标志码：A文章编号：1009—640X(2014)06—0016—06某设计水头18m的闸墩式电站，在电站机组段两侧的溢流坝宽缝内设置了与上游水库相连通的平压水箱，以抵消和平衡蜗壳的内

3、水压力，减少蜗壳外围钢筋混凝土结构应力。该方案使电站安全运行了数十年，但水箱内严重的锈蚀增加了安全隐患。而且水箱内存在支撑钢架，检修工作因空间小而实施困难，为此提出了采用回填微膨胀自密实混凝土的替代方案。该方案需要研究满足混凝土限制膨胀率、自生体积膨胀变形、蜗壳补加力等要求的最优配合比。同时，混凝土须满足自密实、缓凝、可泵性好等特点。由于自密实混凝土通常含有较多胶凝材料且水胶比较低，其自收缩和干缩也较大，配制微膨胀自密实混凝土需要掺加适量的膨胀剂。通过三维有限元分析，蜗壳放空，在平压水箱的水压力作用下，蜗壳外围混凝土向蜗壳方向产生0．15～0．25mm的法向变形；平压水箱放空，在蜗壳充水的水压

4、力作用下，蜗壳外围混凝土向平压水箱方向产生0．30—0．50mm的法向变形。回填混凝土水平方向长度为1m，对其水平方向的变形上下限要求可认为是：当混凝土膨胀量不大于200×10。。。、收缩量不大于400x10时，混凝土的变形在安全范围内。通常通过限制膨胀率试验和自生体积变形试验来优选膨胀剂掺量。但在室内试验中，混凝土的限制膨胀和收缩是在饱水条件和干燥条件下的状态，并不能代表实际工况。实际工况下，混凝土处于相对密闭状态，与外界没有水气交换。因此对于平压水箱内的微膨胀混凝土，从长期来看，其理想状态是在模拟的相对封闭状态下，混凝土早期膨胀且膨胀量在水平方向为200×10左右(还应考虑温度变形对水平方

5、向的影响)，后期允许有部分收缩，但最大不能超过400x10～。1混凝土配制方案根据对回填设计方案的技术需求分析，该混凝土特点是微膨胀性、自密实性及低发热量，而填充部位无收稿日期：2014—05—27基金项目：水利部公益性行业科研专项资金项目(201301052)作者简介：刘伟宝(1975一)，男，宁夏中卫人，高级工程师，博士研究生，主要从事水工混凝土材料及耐久性研究。E—mail：wbliu@nhri．1211学兔兔www.xuetutu.com第6期刘伟宝，等：回填微膨胀自密实混凝土配制及单轴膨胀试验17配筋，因此建议该混凝土设计指标为：强度等级C20，抗冻等级FIO0，抗渗等级W4，坍扩度

6、(600~50)mm。取28d龄期的强度保证率为95％，概率度系数为1．65，强度标准差为4．0MPa，计算可得混凝土配制强度为26．6MPa1J。II级粉煤灰掺量可按重力坝常态内部混凝土考虑，因此在掺用粉煤灰时，最大掺量可选50％。自密实混凝土是可以在自身重力作用下填充密实的混凝土，因此需要足够的浆体来满足流动性需求，要达到600mm左右的坍扩度。一般来说自密实混凝土的水胶比在0．35～0．45之间，如果骨料的粒型不够理想，就需要更多的胶材和用水量。水胶比必须同时满足混凝土强度和耐久性的要求。因此自密实混凝土的单位粉体量宜为0．16～0．23m，大致相当于450～650kg／m。的胶材用量J

7、。对于自密实混凝土，用水量一般为155—180kg／m。，砂率一般为50％左右，因为在大流动性时，混凝土的稳定性非常重要，高砂率有利于混凝土的稳定。另外，自密实混凝土的骨料最大粒径一般不大于25mm，粗骨料体积一般为0．28～0．33m，相当于粗骨料用量750—900k#m，所以，砂用量较一般常态混凝土高。混凝土含气量控制为4％左右，含气量与混凝土的塑性黏度呈反比关系，有一定的微小气泡可以提高混凝