水电站高性能混凝土配合比试验研究

魏光辉

(1.新疆通力建设集团股份有限公司，新疆库尔勒841000;2.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐830052)

高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计主要指标，针对不同用途要求，对耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性有重点予以保证的混凝土[1]。大掺量粉煤灰技术正是基于高性能混凝土的环保化发展方向所提出。将粉煤灰应用于混凝土中，可以大大减少水泥用量，改变混凝土微观结构，抑制骨料碱活性反应，提高混凝土密实性，提高抗有害介质侵蚀等耐久性能，因此在国外得到了广泛的应用，在我国这项技术有所应用，但还有待进一步深入研究和推广[2，3]。

1 工程概况

某水电站工程位于新疆英吉沙县艾古司乡境内，距离英吉沙县县城29km，距离喀什市94km。该电站从康帕干渠引水经3.107km引水渠到电站压力前池，电站尾水投入康帕干渠上的第二级梯级电站引水闸前。电站布置形式为引水式水电站，电站主要由进水闸、引水渠、排沙漏斗、渠系建筑物、前池、压力钢管、发电厂房、升压站和其他附属建筑物组成，电站总装机容量为2×1600kw，电站进水闸引水流量为10m3/s，在排沙漏斗后引水渠引水流量为9.2m3/s，电站年发电量为1418.08万kw·h。工程静态总投资为3494.68万元。

2 高性能混凝土试验方案

本工程采用高性能混凝土(混凝土设计标准为C20W6F150)，不仅满足结构各项指标要求，同时能够大量节省成本。高性能混凝土是一种比普通混凝土组分还要多的不均匀多相体材料，因此，其配合比设计也主要靠经验和试验。根据试验研究相关要求，掺粉煤灰高性能混凝土配制，选用阿克苏青松水泥厂P.O 32.5水泥，粗骨料最大粒径为40mm(二级配)。混凝土试验研究分两阶段进行。第一阶段，按正交设计安排混凝土试验方案，考虑影响掺粉煤灰高性能混凝土技术性能的主要因素是水胶比和粉煤灰掺量，每个影响因素取3个水平，则对不同料场，不同级配混凝土配合比设计将以3 个水胶比(0.37、0.40、0.43)和3 个粉煤灰掺量(40%、45%、50%)作为因素水平，按正交试验法进行第一阶段试验，并以混凝土拌合物和易性、含气量、7d、28d抗压强度等作为考核指标，选择出满足施工工作性和强度要求，并具有可靠的良好耐久性的混凝土配合比，尔后进行强度复演和抗渗、抗冻检验。

3 原材料情况

3.1 水泥

根据本工程水泥用量，计划采用阿克苏青松水泥厂的P.O32.5普通硅酸盐水泥。水泥的物理技术性质测定结果见表1。

表1 水泥的物理技术性质

3.2 掺合料选择

常用的超细掺合料有:矿渣粉、粉煤灰、硅粉。超细掺合料品种选择首先要遵守就近原则，当地或就近有什么品种的超细掺合料，就尽量优先选择使用这些材料，以利减少运输费用，降低混凝土工程造价，同时要注意选择供应与来源有保障的超细掺合料品种，以免供应无保障而影响工程建设的正常进行。喀什电厂Ⅱ级粉煤灰理化性能指标见表2。

表2 粉煤灰的物理技术性能

3.3 骨料

(1)细骨料 砂料的技术性质的检测结果见表3。由表3可知，料场筛分砂料的各项技术性质均符合DL/T5144－2001《水工混凝土施工规范》的要求，砂的颗粒级配符合JGJ52－92《普通混凝土用砂质量标准与检验方法》中规定的Ⅱ区范围。

表3 砂的技术性质

(2)粗骨料 粗骨料为卵石，即5mm～20mm的小石、20mm～40mm的中石，粗骨料的技术性质的检测结果见表4。

表4 混凝土骨料技术性质

20 －40 2760 0.8 1680 1510 46 0.2 8 1.5 0.3

粗骨料的技术性质均符合DL/T5144－2001《水工混凝土施工规范》的要求。

3.4 外加剂

混凝土中掺加外加剂是一项先进应用技术，外加剂不仅方便混凝土施工，还可以有效地改善混凝土的性能，有的外加剂还能显著减少水泥用量而降低混凝土成本。

(1)减水剂 根据GB50119－2003《混凝土外加剂应用技术规范》附录A“混凝土外加剂对水泥适应性检测方法”，对其上述4种高效减水剂采用不同水胶比和不同粉煤灰掺量分别进行与工程选用的水泥的适应性试验，以此找出各种高效减水剂对水泥的最佳掺量，最后结合价格进行比较选择。通过对减水剂与水泥的适应性试验可知，奥鑫AXN－1高效减水剂对水泥的分散性最大，而且掺量最少，但价格较高;江西永腾高效减水剂对水泥的分散性稍差，但其价格较低。从经济角度考虑，初步选定江西永腾高效减水剂为本工程用外加剂。

(2)引气剂 引气剂是在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂，能有效地提高混凝土的抗渗性、抗冻性和抗侵蚀性，非常适用于该电站混凝土。

试验用引气剂确定采用山西凯迪建材有限公司生产的KDSF型引气剂，其主要成分为松脂皂，外观为棕褐色胶状体，能在常温水中溶化，适宜掺量占胶凝材料的0.05‰～0.15‰，最佳掺量须结合混凝土实际使用的各种原材料，经试验确定，以满足混凝土拌合物达到适宜的含气量为标准。由于引气剂掺量很少，因此DL/T5144－2001《水工混凝土施工规范》和GB50119－2003《混凝土外加剂应用技术规范》中都明确规定，使用引气剂时应以溶液掺加。KDSF引气剂应用70～90℃的热水溶解，通常配制成1%的水溶液，即水:AE－B引气剂=99∶1(重量比)，标准的引气剂溶液外观为均匀乳液，无絮凝或沉淀现象。使用时加入到拌合水中，溶液中的水量应从拌合用水量中扣除。

4 施工推荐配合比

由试验结果推荐供工程施工用的混凝土配合比(见表5)。

表5 混凝土推荐配合比

混凝土抗冻融检测结果见表6。

表6 混凝土抗冻性试验结果 /%

抗渗试验采用逐级加压法进行，经0.6MPa压力，配合比成型的6个试件均未出现渗水，说明混凝土抗渗性能较好，可认为高性能混凝土抗渗等级大于W6，符合设计要求。

5 注意事项

(1)施工中使用的原材料品质应不低于试验所用的原材料品质。水泥应为新鲜产品，储存期不宜超过1个月，强度应达标。

(2)混凝土配合比中砂、石含水按饱和面干状态控制。施工时，应根据砂、石实际含水量进行配合比换算，以准确执行实验室配合比。

(3)混凝土试验用砂、石骨料的超逊径在试验时均已剔除，为准确执行实验室配合比，施工时应根据工地骨料的超逊径含量情况，进行骨料用量的调整换算。

(4)对于混凝土外加剂，其掺量以胶凝材料总量的百分数计;KDSF引气剂以胶凝材料总量的万分数计。

(5)引气剂KDSF应提前1d，以(70～90)℃热水(可饮用水)溶配成1%浓度的溶液(呈均匀的乳白色液体)，储存在非铁制的带盖容器中备用.溶液储存期不得超过7d。KDSF水溶液中所含水量应从混凝土用水量中扣除，确保混凝土的水胶比维持设计值不变。减水剂最好也配制成溶液掺加。推荐配合比中的水泥用量比不掺加引气剂和减水剂的同强度的混凝土水泥用量要少，有利于降低混凝土单位成本，同时又提高了混凝土耐久性。

6 结语

(1)粉煤灰的掺入稀释了水泥中铝酸三钙(C3A)的含量，其火山灰效应消耗Ca(OH)2，生成更多的水化硅酸钙改善混凝土孔结构，从而提高了混凝土抗硫酸盐腐蚀性能。

(2)用粉煤灰配制的高性能混凝土，其抗渗、抗冻、抗侵蚀性效果显著，且可有效阻止碱集料反应的发生及有效降低混凝土内部水化热，改善混凝土的耐久性与体积稳定性。

(3)在配制高性能混凝土时应当注意高效减水剂与胶凝材料的适应性，应通过试验选择相对最佳的胶凝材料用量、引气剂与高效减水剂掺量。

(4)粉煤灰是配制绿色高性能混凝土的理想材料之一，在混凝土中掺用粉煤灰，其社会效益和经济效益都是十分可观的。

(5)高性能混凝土后期养护非常重要。施工单位应当定人定时给混凝土表面洒水养护并覆盖草帘，一般养护期为14～28d，要求在此期间高性能混凝土表面处于润湿状态。

[1]张明征.高性能混凝土的配制与应用[M].北京:中国计划出版社，2003.

[2]武永琦.粉煤灰高性能混凝土的工程应用[J].粉煤灰综合利用，2001(3):23－26.

[3]刘爱新.粉煤灰混凝土的性能及其应用[J].混凝土，2001(12):18－21.