贵州都柳江温寨航电枢纽工程混凝土配合比设计试验

吕美忠

（广西中水工程检测有限公司，广西 南宁）

0 前言

温寨航电枢纽工程枢纽主要建筑物有混凝土重力坝、厂房、船闸等，工程使用到的混凝土主要为有抗冻性能和抗渗等级要求的常态混凝土和泵送混凝土，共分为C20至C35四个强度等级。本案通过系统试验，提出用于整体工程的混凝土配合比，以保证混凝土结构达到设计要求规定的强度和耐久性要求。

1 原材料试验

1.1 水泥

温寨航电枢纽主体土建工程水泥采用贵州从江明达水泥有限公司生产的“从丰”牌P·O42.5 水泥。其抗压强度、抗折强度、比表面积、安定性、凝结时间等常规的物理力学性能试验结果均满足国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）中对P·O42.5 水泥的技术要求。

1.2 粉煤灰

采用贵州海天建材公司生产的粉煤灰，按照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）对粉煤灰进行常规物理性能检测，结果表明其品质符合F 类Ⅱ级规范的要求。

1.3 骨料

工程项目所用骨料均为温寨航电工程砂石系统生产的人工砂和碎石。人工砂常规物理性能指标满足《水工混凝土施工规范》（SL677-2014）标准中对人工砂的品质要求，评定为中砂。同时在检测中发现人工砂的含粉量偏大17.8%，接近规范的下限度值，这对普通混凝土的配合比设计是一个不利的影响因素。

粗骨料人工碎石的压碎值、含泥量为、针片状含量等关键性标检测结果符合《水工混凝土施工规范》（SL677-2014）中对粗骨料的品质要求。

1.4 减水剂

使用贵州星恒公司生产的聚羧酸类缓凝型高效减水剂，液态成品，从关键性控制指标：减水率、泌水率比、抗压强度比、凝结时间差和含气量等项目可知，产品符合《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-2014）标准中对缓凝型高效减水剂的技术要求。通过减水剂与水泥的相容性试验，结果表明相容良好，流动性能好，浆液无速凝、假凝现象。

2 混凝土配合比设计

2.1 配制强度的确定

温寨航电枢纽工程混凝土配制强度按以下公式进行计算：

fcu，0=fcu,k +1.645σ

fcu，0— 混凝土配制强度（MPa）

fcu,k— 混凝土设计强度等级标准值（MPa）

σ—混凝土强度标准差（MPa）

当中强度保证率采用95%，对应概率度系数t=1.645，混凝土强度标准差σ《按水工混凝土施工规范》（SL677-2014）规范取值，按上述公式得出混凝土配制强度，见表2.1

2.2 骨料组合优化试验

粗骨料级配组合试验，按照不同比例混合均匀后进行堆积密度试验，选取紧密堆积密度最大和最小孔隙率，同时用水量较较小的组合。经过试验，二级配当时，该组合容重最大、孔隙率最小，试配试验该组合用水量也较小，因此配合比设计试验时二级配粗骨料比例为中石：小石=60：40。

表2.1 混凝土配制强度

为保证混凝土的各项物理性能的可靠性，对混凝土一、二级配进行最优砂率的选取。一、二级配均采用0.55 的水胶比，粗骨料为最佳组合级配，采用材料用量，变化砂率的方式进行常态混凝土最优砂率的选择性试验。按砂率增减1%的比例进行混凝土试拌试验，检测坍落度观察拌和物的外观质量、含砂情况、泌水等评定拌和物的和易性。从试验成果可知，一级配常态混凝土水胶比为0.55 时，最佳砂率为41%，此时混凝土的和易性最好，坍落度最大，容重最重；二级配常态混凝土水胶比为0.55 时，采用37%的砂率混凝土和易性最好，坍落度最大，容重最重，固二级配常态混凝土0.55 水灰比时的最佳砂率。

2.3 混凝土配合比试配

混凝土配合比用水量和最优砂率通过室内试拌确定后，采用掺粉煤灰和掺减水剂“双掺法”进行混凝土的试配工作。按照不同的强度等级和耐久性要求进行拌和试验，所有试配混凝土的减水剂掺量均为0.60%，按照不同的粉煤灰掺量来试验。具体为C20 W6F100 混凝土均掺加20%的粉煤灰，掺加0.60%的减水剂；二级配C25W6F100 混凝土掺加15%的粉煤灰，掺加0.60%的减水剂；一级配C30W6F100混凝土掺加10%的粉煤灰，掺加0.60%的减水剂；一级配C35W6F100 混凝土掺加5%的粉煤灰，掺加0.60%的减水剂；一级配C35W6F100 混凝土掺加5%的粉煤灰，掺加0.60%的减水剂。二级配坍落度按50mm～70mm 控制，一级配坍落度按80mm～100mm 控制，泵送混凝土坍落度按140mm～180mm 控制；有抗冻和抗渗性能要求时，混凝土（抗冻等级为F100）含气量均按3～5%控制。

2.4 抗压强度试验

通过前述的试配拌和参数试验，建立水胶比和抗压强度的关系式，以确定混凝土强度等级相应的水胶比。根据混凝土拌和试验的抗压强度结果可知，在同一粉煤灰掺量的条件下，混凝土的抗压强度主要取决于水胶比，水胶比越小，抗压强度越大；同一水胶比时，粉煤灰掺量越大，混凝土强度越小。

2.5.混凝土耐久性能试验

本工程中混凝土耐久性主要通过抗冻性能和抗渗性这两个指标来控制。是评价的重要参数，温寨航电枢纽工程主体工程混凝土抗冻等级分为F100 和F50 两级，抗渗等级设计分为W6 和W4 两级。

提高混凝土抗冻性能最好的方法就通过使用引气剂，使混凝土含气量达到3%～5%，且气泡不连通。在本次试验中，通过过在减水剂中掺加发泡剂来达到相应的效果。试验结果表明，选定的混凝土配合比抗冻性能均符合设计要求。

从试配试件中选定的混凝土抗渗性能结果可知，抗渗等级符合设计的要求，而且渗水高度较小，具有良好抗渗性能。经分析，主要原因一个是人工砂中含粉量较大，有利于填充混凝土中的细小孔隙，增加致密性。同时，粉煤灰中活性成分水化后，进一步填充致密减少混凝土孔隙，减少将连通的孔隙，形成封闭的孔隙，隔断水的参透通道。这双种因素均对提高混凝土的抗渗等级有着良好的效果，是混凝土高抗渗性能的有利因子。

2.6 混凝土配合比的确定

根据混凝土强度与水胶比的强度曲线，依据强度等级设计指标计算出与配置强度相应的水胶比。在满足拌和物的工作性能和主要性能参数的前提下，选择经济合理的配合比。适当考虑水泥强度波动、原材料细小变化、粉煤灰掺量、取代水泥比例，并充分考虑设计规程中对混凝土抗冻最大水灰比的限制和抗渗性能要求，为保证混凝土的质量，选用略低于计算的水胶比，给出推荐工程使用的配合比如表2.6。

3 结语

根据贵州温寨航电枢纽主体土建工程所使用的原材料，针对工程混凝土设计强度等级、抗渗和抗冻的性能要求，通过采用掺粉煤灰和掺缓凝高效减水剂的方法，设计出满足设计指标和施工要求的混凝土配合比，为工程混凝土施工质量控制提供重要的参考依据。目前该工程项目已经接近完工，采用推荐配合比施工的混凝土质量良好，达到配合比设计的目的。

表2.6 混凝土配合比推荐表