三灣水利樞紐工程混凝土配合比試驗研究

董 冰，沈繼承，徐永江

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006）

三灣水利樞紐位于璦河干流下游，是璦河流域規(guī)劃中的重要樞紐工程，控制流域面積5 869 km2，主要承擔丹東市城市供水為主，兼顧發(fā)電，并為丹東城市供水安全提供保障。水庫總庫容1.29億 m3，興利庫容 0.35億 m3，規(guī)模為大(2)型，工程等別為Ⅱ等。

工程建成后，2025年可為丹東市提供工業(yè)和生活用水量56.30萬t/d，電站總裝機容量1.6萬W，多年平均發(fā)電量4 080萬kW·h。

1 試驗內(nèi)容

在大體積混凝土工程中，為滿足混凝土設計強度、耐久性、抗?jié)B性等要求以及和易性的需要，應進行混凝土配合比優(yōu)選試驗。受丹東市三灣水利樞紐及輸水工程建設管理局的委托，遼寧省水利水電勘測設計研究院試驗檢測中心承擔該工程的混凝土骨料質量檢測及混凝土配合比試驗工作。

1.1 原材料試驗

（1）砂（本地河砂）。表觀密度、堆積密度、孔隙率、顆粒級配、細度模數(shù)、飽和面干吸水率、有機質含量、含泥量、泥塊含量、堅固性、輕物質含量。

（2）石（本地卵石）。（5～20，20～40，40～80 mm）堆積密度、分級密度、表觀密度、孔隙率、顆粒級配、飽和面干吸水率、含泥量、泥塊含量、壓碎指標、有機質含量、超遜徑含量、針片狀含量、軟弱顆粒含量、堅固性。

（3）水泥試驗。抗折強度、抗壓強度、凝結時間、安定性、稠度、細度。

（4）外加劑（遼水禹泰LSYT引氣高效減水劑）。減水率、含氣量、泌水率比、凝結時間差、3，7，28 d抗壓強度比、對鋼筋銹蝕作用、收縮比。

1.2 水泥品種

采用撫順水泥廠生產(chǎn)的渾河牌中熱硅酸鹽水泥PHM42.5級和本溪水泥廠生產(chǎn)的工源牌PO42.5級普通硅酸鹽水泥。

1.3 混凝土配合比試驗

混凝土配合比試驗采用工程所用的各種原材料，依據(jù)相關規(guī)范要求，提出不同分區(qū)部位優(yōu)選的混凝土配合比。并分別測定混凝土拌和物的性能（坍落度、含氣量、密度）及混凝土的28，90 d的力學性能（抗壓強度、抗拉強度、抗折強度、彈性模量）及耐久性能（抗凍性、抗?jié)B性）。

配合比設計要求：丹東市水利樞紐工程設計按不同分區(qū)提出5種標號的混凝土配合比，混凝土配合比設計密度2 400 kg/m3。其抗壓強度指標4種，抗?jié)B指標1種，抗凍指標3種，見表1。

2 試驗儀器設備

（1）抗壓設備：TSY—2000型恒加載壓力試驗機、WE—600B萬能試驗機、TSY—300型恒加載水泥壓力試驗機、PH—4.0型自動調壓混凝土抗?jié)B儀、KTJ—500型電動抗折試驗機；

表1 丹東市水利樞紐工程混凝土配合比試驗要求表

（2）其他設備：60 L 混凝土攪拌機、800×800振動臺、NJ—160水泥凈漿攪拌機、JJ—5水泥膠砂攪拌機、ZTPO型（ISO）水泥膠砂振實臺；DT—12動彈模量測定儀、TDR型混凝土快速凍融機、PS—6型鋼筋銹蝕測量儀等儀器。

3 試驗內(nèi)容和結果

（1）砂率的選擇

砂率對混凝土拌和物的流動性及粘聚性有較大的影響，所以在配合比設計時，按有關標準和通過試驗來確定最佳砂率。所謂最佳砂率，就是在水泥用量及用水量一定的情況下，能使混凝土拌和物獲得最佳的流動性，并且能保持粘聚性和較好的保水性時的砂率值。

試驗是按二級配和三級配混凝土通過拌和物試驗選擇砂率的。單位用水量和水泥用量不變，同時外加劑摻量不變，共拌制5組混凝土拌和物，通過試驗分別測定坍落度，觀察比較粘聚性與保水性。試驗結果表明，B1-3砂率選用27%、B2-1砂率選用26%、B4-1砂率選用25%、B5-2砂率選用33%，水灰比為 0.43，0.47，0.41，0.40 時的坍落度值最大，而流動性良好。

（2）外加劑的選擇

結合三灣水利樞紐工程具體情況并征得委托方的同意，選用遼水禹泰LSYT引氣高效減水劑。經(jīng)過對外加劑試驗均符合GB8076—1997標準要求，其摻量與膠凝材料質量比為1%

4 混凝土配合比試驗有關參數(shù)的選擇

混凝土配合比所用的骨料為丹東當?shù)靥烊涣蠄龅穆咽?。試驗時骨料的級配通過比較試驗確定。見表2。

表2 卵石級配

三級配采用 30∶30∶40，二級配采用 40∶60。

（1）配制強度的確定

所謂配制強度就是根據(jù)設計混凝土標號，考慮施工技術水平，計算出配合比設計所要達到的強度。計算公式為：

式中 fCU.O—混凝土配制強度，MPa；fCU.k—混凝土設計強度等級值，MPa；σ—標準離差，MPa；t—保證率系數(shù)，根據(jù)施工控制水平而定。

根據(jù)當?shù)睾褪┕た刂扑胶鸵延械墓こ探?jīng)驗，試驗時保證率取95%時t取1.645。由于無歷史統(tǒng)計資料強度標準差，根據(jù)設計齡期混凝土抗壓強度標準值，取混凝土抗壓強度標準差，計算結果見表3。

表3 各部位混凝土配制強度

（2）原材料（粗細骨料和水泥）試驗

由試驗結果得出三灣水利樞紐工程天然料場的砂子細度模數(shù)和表觀密度略小，卵石表觀密度隨著級配增加而略有增大。由于砂子的細度模數(shù)和表觀密度略小，對混凝土配合比設計的含砂率略有減小。試驗結果滿足設計要求。

5 混凝土配合比試驗結果

丹東市水利樞紐工程設計按不同分區(qū)提出5種標號的混凝土配合比見表1，實際試驗安排17組配合比，兩組常態(tài)、15組摻外加劑，以便從中選優(yōu)。

混凝土配合比試驗結果表明：混凝土表觀密度大部分達到2 400 kg/m3；抗?jié)B性能很好，均滿足且超過設計要求；抗凍結果全部合格；抗壓強度隨著單位膠凝材料總量的減少而降低，一般認為有抗凍要求的混凝土，抗凍標號多成為混凝土的控制指標。本次試驗由于摻入引氣高效減水劑，明顯地提高了抗凍性能，但相應的降低了混凝土強度，所以在抗凍標準滿足各類混凝土設計要求的情況下，抗壓強度成為選擇混凝土配合比的控制指標。從混凝土配合比試驗成果來看，滿足壩體上游面混凝土配制強度的只有B1-3的配合比；滿足壩體下游上部、壩體下游下部混凝土配制強度要求的有6組配合比，雖然抗凍要求不同，而強度指標是一致的，均為R90150，其配制強度21.6 MPa，為節(jié)省水泥和設計的工作量，推薦B2-1為壩體下游上部、壩體下游下部的混凝土配合比；滿足壩墩、堰面、消力池的混凝土配制強度的只有B4-1配合比；滿足電站上部混凝土配制強度的只有B5-2配合比。如原材料發(fā)生變化，需要重新試驗論證。不同分區(qū)混凝土配合比列見表4。

表4 丹東市三灣水利樞紐工程不同分區(qū)混凝土推薦配合比