文得根水利枢纽混凝土防渗墙骨料碱活性抑制措施

王大勇,教婷婷

(1.黑龙江省三江水利建设管理有限公司,哈尔滨 150000;2.黑龙江省龙头桥管理处,黑龙江 双鸭山 155600)

1 工程概况

引绰济辽工程是国务院172项重大节水供水项目之一,是内蒙古自治区水利一号工程,由文得根水利枢纽和输水工程组成。文得根水利枢纽大坝采用沥青混凝土心墙砂砾石坝,坝基防渗体系采用刚性混凝土防渗墙+墙下帷幕灌浆形式。水库总库容19.64亿m3,灌溉面积5×104hm2,电站装机容量36MW。输水工程389.52km,起点为文得根水利枢纽,全线自流输水,经过隧洞段和PCCP管道段,最终到达通辽地区莫利庙水库,工程等别为大(1)型。

文得根水利枢纽工程受环境和经济因素制约,建设用砂石料只能就地取材。库区内有B1和B2两处砂石料厂,骨料经检测存在不同程度的碱活性,而使用碱活性骨料,在一定的环境条件下,会导致大坝防渗墙混凝土发生不均匀膨胀和开裂破坏,因此需要进行骨料的碱活性抑制效能试验。

2 骨料碱活性的判定

骨料碱活性反应是混凝土中的含有活性的骨料与水泥中的碱发生一系列的化学反应,生成一种复杂的碱-硅凝胶,这种物质包围着混凝土中的骨料,当它吸收了水分以后会立刻膨胀,造成混凝土体积增大,体积的改变会引起内应力从而导致混凝土开裂,严重时会使得整个结构受到破坏,从而影响建筑物的使用寿命。

本工程的料场勘察报告显示,料场中含有未风化的玄武岩无法清除,骨料的表观密度和吸水率偏大,试验室在监理单位的见证下现场取样,依据DL/T5151—2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》采用快速砂浆棒法进行了试验,检测结果如表1。

表1 骨料碱活性检测结果

从检测结果看,库区料场细骨料14d龄期的膨胀率实测值为0.268%,>0.2%;粗骨料28d龄期膨胀率实测值为0.233%,>00.2%,依据SL677—2014《水工混凝土施工规范》、DL/T5151—2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》,判定该骨料具有潜在危害反应的活性骨料,如果工程中使用,需要进行抑制性试验。

3 抑制性试验方案

一般发生碱骨料反应需要具备3方面条件:①混凝土的原材料水泥、掺合料、外加剂中含碱量高;②骨料中有相当数量的活性成分;③湿润潮湿的环境,有充分的水分或者湿空气供应。目前在控制碱骨料反应方面,一般是在混凝土配合比中采取措施,使混凝土不具备碱骨料反应的条件,主要有以下5种措施:①控制水泥含碱量;②控制美m3混凝土中的总碱量;③对骨料选择使用;④掺入掺合料;⑤隔绝水和湿空气的来源。

文得根水利枢纽大坝基础防渗墙工程附近的砂石料场存在不同程度的碱活性,骨料无法选择,而地下工程隔绝水和湿空气的方案也不容易实现,因此在尽可能控制水泥和混凝土中含碱量的前提下,选择掺入抑制材料的方案,控制混凝土碱骨料反应是可行的。

4 骨料碱活性抑制措施

文得根水利枢纽大坝基础防渗墙设计要求采用混凝土型号为C25F100W8,28d抗压强度≥25Mpa,27GPa≤E≤29GPa渗透系数

1)严格控制水泥中的碱含量,水泥中的碱含量主要决定了混凝土发生反应的可能性。工程中与水泥厂家联系,选用低碱水泥,最终选用内蒙古扎赉特旗山水水泥厂的P.O42.5水泥,总碱含量<0.6,从而尽可能的避免碱反应的发生;

2)对引气剂、减水剂、施工用水等进行检测,选用合格的低碱的材料进行混凝土拌合。施工用水取自现场绰尔河水过滤沉淀使用。引气剂和减水剂厂家是吉林省某建材有限公司,引气剂掺量为0.95%,高性能减水剂掺量为2.2%;

3)掺加一定数量的掺合料抑制活性骨料的碱反应。具体为通过添加20%、25%的粉煤灰,采用快速砂浆棒法测定不同龄期的膨胀率,根据28d膨胀率试验结果选定粉煤灰的掺量,从而选择有效的经济的粉煤灰掺入量抑制骨料碱反应,工程现场选用的内蒙古某发电厂的F类二级粉煤灰,28d骨料碱活性抑制检测结果,结果见表2。

表2 28d骨料碱活性抑制检测结果

从检测结果看,当采用低碱水泥,添加20%、25%的粉煤灰均能抑制骨料碱活性,28d膨胀率均<0.10%,满足设计及相关规程规范要求[1]。

5 最终确定配合比结果

在实际施工中,混凝土强度受客观因素的影响会产生波动,因此在配制过程中,强度需要高于设计强度等级,地下连续墙的属于水下自密实混凝土,与普通混凝土不一样的指标为坍落度20～24cm,扩散度34～40cm,初凝时间≥5h,终凝时间≤24h,密度≥2100kg/m3。施工中采用内蒙古方圆土木检测有限公司进行配合比设计,选用陕西秦海检测科技有限公司对配合比进行验证,C25F100W8混凝土配合比及性能检测结果,见表3。

表3 C25F100W8混凝土配合比及性能检测结果

6 结 语

1)综合骨料碱活性抑制试验结果和混凝土配合比设计结果,采取掺入25%的粉煤灰对抑制本工程的骨料碱活性是可行的,满足工程混凝土技术要求,同时也是最经济的。

2)加强早期混凝土的养护,控制混凝土每m3中的总碱含量十分的必要,所以在工程施工过程中,要对水泥、水、引气剂、减水剂等材料进行碱含量检测,选用最合理最经济的材料十分重要。

3)骨料的碱活性对地下的混凝土防渗墙的破坏机理,建议下一步还需要加大试验和研究。