金沙江向家坝石灰岩骨料混凝土配合比试验研究

王新华，刘浩希

（1.中国水利水电第四工程局有限公司 勘测设计研究院；2.中国水利水电第四工程局有限公司 第五分局，青海 西宁 810007）

0 引言

向家坝水电站是金沙江梯级开发中的最后一个梯级电站，位于四川省与云南省交界处的金沙江下游河段，为一等大（1）型工程，工程枢纽建筑物主要由混凝土重力挡水坝、左岸坝后厂房、右岸地下引水发电系统及左岸河中垂直升船机等组成。 2010年1 月至2012 年3 月为向家坝工程混凝土高峰浇筑期，共浇筑混凝土770.03 万m3。 该工程混凝土骨料料源为太平灰岩料场，原岩性为二迭系灰岩，其饱和面干抗压强度平均值为95.60 MPa，岩石各项技术指标均符合有关规范要求，料场储存量丰富，满足工程需要[1]。 在进行混凝土配合比设计过程中，系统地完成了原材料检测、混凝土拌和物性能试验、力学性能试验、变形性能试验、耐久性试验等项目，提出了满足设计要求和施工要求的混凝土配合比。

1 原材料试验

1.1 水泥

对水泥各项检测指标的要求，在满足国家标准的基础上，工程标准对比表面积、氧化镁含量、碱含量、28d 抗压强度、水化热等检测项目，提出了更高的要求。 本试验选用强度等级为42.5 的中热水泥。经检测，各项性能均达到工程质量标准。

1.2 粉煤灰

工程选用I 级粉煤灰，实测粉煤灰需水量比为93%，细度为7.0%，烧失量1.86%。 考虑到工程的耐久性，对粉煤灰的碱含量做出了不超过2.5%的技术要求。

1.3 骨料

工程采用人工骨料，即把太平料场开挖的石灰岩加工为非活性骨料。 石灰岩中不含云母，表观密度在2 600～2 700 kg/m3范围内。

1.3.1 细骨料

人工沙细度模数为2.69，石粉含量为13.0%，属于中沙，级配合理。 粒径小于0.16 mm，尤其是小于0.08 mm 的石粉，能够产生石粉微集料效应，可改善拌和物的和易性、抗分离性，提高混凝土强度及抗渗性能。 不过小于0.08 mm 的颗粒对混凝土拌和物含气量略有影响，不宜过高，一般控制在≤11%范围内。

1.3.2 粗骨料

灰岩人工碎石骨料粒形较圆润、棱角少，在工作性、和易性要求相同条件下，同一配合比混凝土单位用水量低，填隙浆体消耗量少，且在混凝土浇筑过程中易振捣，混凝土内部气泡容易排出，混凝土外观不易产生麻面。 人工碎石针片状石块含量低，可确保施工和易性及混凝土强度。 工程用粗骨料按粒径分为4 级：小石（5～20 mm），中石（20～40 mm），大石（40～80 mm），特大石（80～150 mm），灰岩人工碎石压碎指标为9.5%，坚固性为1.0%，各项指标均符合工程技术要求。

1.4 外加剂

通过对外加剂进行掺减水剂水泥胶沙流动度试验、掺外加剂混凝土性能试验、外加剂适应性试验，对推荐的多个厂家、多个品种外加剂进行优选，试验最终采用JM-ⅡC 缓凝高效减水剂、JM-PCA高性能减水剂（用于高强度、大流动性混凝土）、ZB-1G 引气剂。各外加剂性能检测结果均满足规范及工程技术要求。

2 混凝土配合比试验研究

2.1 混凝土抗压强度与水胶比和粉煤灰掺量的关系

在进行混凝土抗压强度与水胶比和粉煤灰掺量的关系试验时，采用二级配，选用的水胶比分别为0.45、0.50、0.55、0.60，粉煤灰掺量分别为30%、35%、40%，减水剂掺量为0.6%，引气剂掺量根据含气量确定。 从不同龄期混凝土抗压强度与水胶比（W/C+F）和粉煤灰掺量的二元回归方程可以看出，在不同水胶比和粉煤灰掺量条件下，混凝土抗压强度与水胶比和粉煤灰掺量都有较好的相关性，相关系数R 在0.9791～0.9997 之间，具体情况如表1 所示。

表1 混凝土水胶比、粉煤灰掺量与抗压强度关系回归方程Table 1 Concrete water-binder ratio, fly-ash content and compressive strength regression equation

2.2 混凝土拌和物性能试验

混凝土拌和物性能试验主要包括混凝土和易性、坍落度、含气量、凝结时间、容重等。 试验严格按照《水工混凝土试验规程》(SL352-2006)进行，混凝土配合比计算采用绝对体积法。 由于灰岩骨料具有粒形圆润、针片状颗粒含量少、骨料总表面积相对减小等特性，在混凝土工作性达到设计要求时，单位用水量较其他岩性骨料混凝土少10～20 kg/m3、沙率降低2%～3%，拌和物和易性较好。 拌和物性能试验结果如表2 所示（工程主要混凝土配合比），各项性能检测结果均满足相关规范及工程技术要求。

表2 混凝土拌和物性能试验结果Table 2 Concrete mixing content performance test results

2.3 混凝土力学性能和变形性能试验

混凝土的力学性能和变形性能试验主要包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量和极限拉伸等。 试验严格按照《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）的相关方法进行。 混凝土力学性能和变形性能试验结果如表3 所示。 混凝土抗压强度均达到配制强度，极限拉伸值均达到设计指标，且石灰岩骨料混凝土抗压强度、抗拉强度、极限拉伸值等均优于玄武岩骨料混凝土[2]，可改善混凝土抗裂性能。

表3 混凝土力学性能和变形性能试验结果Table 3 Concrete mechanical property and deformation performance test results

2.4 混凝土耐久性试验

混凝土耐久性试验主要包括抗冻性能和抗渗性能。 抗冻性能试验采用快速冻融法进行，抗渗性能采用逐级加压法进行，检测结果如表4 所示。 试验结果表明，混凝土的抗冻性能和抗渗性能均满足设计要求。 在石灰岩人工沙生产过程中，石灰岩石粉中小于16μm 的细颗粒较多。 细颗粒可填充在水泥颗粒之间，或水泥与骨料的界面之间，改善了混凝土基相材料的颗粒级配，从而改善混凝土的和易性，增进混凝土的匀质性、密实性、强度性能，还提高了混凝土的抗冻、抗渗性能[3]。

表4 混凝土耐久性性能试验结果Table 4 Concrete durability property test results

3 结语

经 试 验 研 究，C18025F150W10、C18020F150W10、C18015F100W8、C9025F200W10 混凝设计龄期抗压强度平均值分别为40.9 MPa、38.8 MPa、36.6 MPa、39.8 MPa，混凝土生产质量水平达到优秀等级，各混凝土强度保证率在99.4%～99.9%之间。

石灰岩骨料的特性决定了该类混凝土单位用水量低，可以减少胶凝材料用量，降低绝热温升，有益于大体积混凝土内部温度控制，且能够产生一定的经济效益。 采用石灰岩骨料混凝土，拌和物性能及混凝土强度、变形性能、耐久性能等均可满足技术要求，且性能优于其他岩性骨料混凝土。 另外，石灰岩骨料混凝土现场施工易于振捣，泌水少，混凝土外表较光滑，已有多个样板工程。

[1] 宋立新，向家坝水电站太平料场和马延坡沙石加工系统设计简介[C] //中国水力发电工程学会施工专业委员会.中国水利水电工程第二届砂石生产技术交流会论文集，2008：53-62.

[2] 刘涛，王冀中，刘明苗.灰岩骨料与玄武岩骨料混凝土力学性能对比试验研究[J].水利水电施工，2011（2）：76-80.

[3] 宋荣礼，舒江，晏洪伟.石灰岩粉替代粉煤灰在碾压混凝土中的应用[J].水利水电施工，2010（4）：83-87.