九井崗水電站大壩混凝土配合比試驗研究

張 健

（安徽省水利水電勘測設計院 合肥 230088）

1 概況

九井崗水電站大壩為常態(tài)混凝土拋物線雙曲拱壩，最大壩高96.8m，為Ⅱ級建筑物，厚高比為0.176。大壩由壩體和溢流表孔和滑雪道組成，壩體C20混凝土15.90萬m3，溢流堰及滑雪道C30混凝土0.56萬m3。

壩體各部位混凝土的強度技術指標及各部位混凝土最大水灰比的限制見表1。

表1 混凝土強度技術指標及不同部位混凝土的最大允許水灰比值

2 原材料試驗

為進行混凝土配合比試驗，對水泥、粉煤灰、粗細骨料、骨料的堿活性、外加劑等原材料進行了一系列檢測試驗，試驗情況如下。

水泥：試驗用水泥為某公司生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。通過對水泥的化學成分、品質(zhì)檢測，水泥的品質(zhì)指標符合GB175-1999中規(guī)定的技術要求，但水泥細度較大，45μm篩篩余僅為0.4%，比表面積為3730cm2/g，各齡期水泥膠砂抗壓強度超強較多，從水泥膠砂和新拌混凝土性能看，都有泌水現(xiàn)象，水泥的保水性能較差。

粉煤灰：試驗用粉煤灰為某火電廠出品，檢驗結(jié)果表明該粉煤灰滿足GB/T1596-2005以及《水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范》（DL/T5055-1996）中Ⅱ級灰的技術要求。采用選用的P.O42.5水泥，進行了不同粉煤灰摻量下的膠砂強度試驗，粉煤灰選用4個摻量，分別為10%、20%、30%和40%。試驗結(jié)果表明，隨粉煤灰摻量的增加，膠砂抗壓和抗折強度在降低，但抗折強度的下降比例低于抗壓強度；當粉煤灰摻量在20%以內(nèi)時，膠砂強度下降較低。粉煤灰摻量超過30%后，強度下降較快，當粉煤灰摻量為40%時，28d齡期砂漿的抗壓和抗折強度分別為42.1MPa和7.9MPa，強度比分別為0.69和0.82。

骨料：試驗用細骨料為天然河砂。粗骨料為花崗巖人工碎石，分為三個級配，粒徑分別為5～20mm（小石）、20～40mm（中石）、40～80mm（大石）。

砂料含泥量為0.61%，細度模數(shù)2.70，由于砂料風化比較嚴重，飽和面干吸水率偏大，達2.52%。砂料篩分試驗及物理性能檢測，細骨料河砂滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）的技術要求。

粗骨料的物理性能檢測檢測結(jié)果表明小石（5～20mm）級配較差，含量偏高，10mm方孔篩篩余量為25.6%，超出規(guī)范要求。另外，片狀含量偏高。

堿活性檢驗：對工程采用的天然砂和人工花崗巖骨料都進行了堿活性檢驗。試驗采用“砂漿棒快速法”，水泥采用標準水泥，檢驗結(jié)果表明采用的天然砂和人工花崗巖粗骨料均為非活性骨料。

外加劑：減水劑共選用兩款，分別為某建材有限公司生產(chǎn)的HT-3型緩凝高效減水劑和某廠生產(chǎn)的緩凝高效減水劑（簡稱為“HN”），根據(jù)檢測結(jié)果：HT-3型緩凝高效減水劑的減水率較低，僅為10.8%，屬于合格品，為低濃型萘系緩凝高效減水劑。HN型的減水率為17.9%，也為低濃型萘系緩凝高效減水劑，緩凝組分摻量較多，其凝結(jié)時間差比對比樣延長近6h，不滿足《水工混凝土外加劑技術規(guī)程》（DL/T5100-1999）的技術要求，為超緩凝型，終凝時間過長。試驗選用HT-3型緩凝高效減水劑。

引氣劑為某混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的ZX-YQ型引氣劑，技術指標滿足要求。

3 混凝土配合比優(yōu)選試驗

配合比優(yōu)選試驗的目的是在滿足壩體結(jié)構要求的強度、耐久性和施工和易性的條件下，通過試驗優(yōu)化選擇各設計強度等級混凝土的配合比參數(shù)，經(jīng)濟合理地確定每立方米混凝土中各組成材料的用量?；炷僚浜媳鹊膮?shù)包括水灰比、用水量、砂率、骨料級配、外加劑摻量以及粉煤灰摻量等。

混凝土配合比的優(yōu)化設計依據(jù)《水工混凝土配合比設計規(guī)程》（DL/T5330-2005），配合比計算采用絕對體積法，含氣量按3%計算，砂石骨料以飽和面干狀態(tài)下的質(zhì)量計算。

混凝土分為壩體三級配常態(tài)混凝土（C20）和溢流表孔、滑雪道等抗沖刷部位的三級配常態(tài)混凝土（C30）。各級混凝土的配制強度根據(jù)強度保證率系數(shù)，按下式計算：

fcu，o＝fcu，k＋tσ

各部位混凝土的標準差及混凝土的配制強度：大壩常態(tài)混凝土，三級配、設計指標為C2820W6F50、保證率為95%、標準差為4.0MPa、配制強度為26.6MPa；溢流表孔、滑雪道等抗沖刷部位，三級配、設計指標為C2830W8F100、保證率為90%、標準差為5.0MPa、配制強度為36.4MPa。

3.1 用水量

混凝土的用水量采用試拌法確定，固定骨料級配、外加劑摻量和粉煤灰摻量，調(diào)整用水量使混凝土的坍落度滿足施工要求。通過試拌，確定設計強度等級為C20的混凝土的用水量為120kg/m3，設計強度等級為C30的混凝土的用水量為124kg/m3。

3.2 最優(yōu)砂率

最優(yōu)砂率采用試驗法確定，通過試驗選取。試驗時固定混凝土用水量、水灰比、外加劑摻量和粗骨料級配等參數(shù)，通過測試不同砂率下混凝土的坍落度值，觀察其工作性以及振動泛漿情況等，選擇坍落度值大、和易性好的一組作為最優(yōu)砂率。通過試驗，選定兩種設計強度等級混凝土的最優(yōu)砂率均為29%。

表2 28d齡期抗壓強度與水灰比的關系

3.3 粗骨料級配

粗骨料級配通過新拌混凝土的性能試驗調(diào)整確定，試驗選擇三個級配進行試驗，大石∶中石∶小石比例分別為4∶3∶3、5∶3∶2 和 5∶2.5∶2.5，用水量均為 118kg/m3，水灰比均為0.5，砂率為29%和31%，從新拌混凝土看，三個粗骨料級配對混凝土的和易性影響差別不大，塌落度為3.0～3.2cm，含氣量為3.7～5.0。推薦粗骨料最優(yōu)級配采用4∶3∶3（堆積密度最大，達到1770kg/m3，空隙率最小，為34.1%）。

3.4 水灰比和粉煤灰摻量

混凝土的最大水灰比和粉煤灰最大摻量首先要滿足耐久性要求，其次滿足強度設計要求，取其中的較小值作為推薦配合比參數(shù)。試驗選擇3個水灰比、2個粉煤灰摻量，根據(jù)不同齡期混凝土的抗壓強度與水灰比的關系，以及抗凍和抗?jié)B耐久性試驗結(jié)果，確定C20混凝土的最大水灰比為0.55，粉煤灰最大摻量為30%，C30混凝土的最大水灰比為0.55，粉煤灰最大摻量為20%?；炷敛煌g期抗壓強度與水灰比的回歸關系見表2。

依據(jù)表2中28d齡期抗壓強度與水灰比的回歸分析方程計算，28d齡期達到配制強度的水灰比分別為0.570和0.513，參照表1對不同部位混凝土水灰比的限制，對水流沖刷部位的C30混凝土，推薦試驗的水灰比為0.45，考慮到粉煤灰為Ⅱ級灰，推薦摻量為20%；對大壩混凝土，考慮到耐久性要求，以及本次試驗用水泥強度超強較多，推薦試驗的水灰比為0.53，粉煤灰摻量為30%，該配合比用于大壩水下及基礎部位（210m高程以下）和水上部位（229m高程以上），水位變化區(qū)（210～229m高程）可采用水灰比0.50，粉煤灰摻量30%。推薦的各部位混凝土配合比見表3。

表3 各部位混凝土配合比

4 結(jié)語

九井崗水電站大壩從2007年底開始混凝土澆筑，至2010年初結(jié)束。施工期間未能做凍融和抗拉、抗折試驗，也未能大范圍進行實體強度回彈和抽芯檢測，僅從混凝土拌合性能和試塊抗壓強度看，混凝土的和易性和保水性和試驗情況基本相似，所選配合比基本滿足設計要求。C20混凝土試塊強度值為20.2～25.4MPa，推算保證率為95.5%～98%，標準差為 1.23～1.29 MPa；C30混凝土試塊強度值為 31.01～33.0MPa，推算保證率為96%～98%，標準差為0.44～0.86MPa?；炷猎噳K強度未出現(xiàn)超強較多情況，主要原因是：骨料和砂料未能達到試驗樣品要求，砂料不是從設計選定料場而是從雷公井庫尾取料，庫尾砂料含泥量為1.1%～2.2%，部分含有泥塊、雜物等，雖采取過篩處理，但未能徹底清除，而且細度模數(shù)只有2.4左右；骨料為泄洪隧洞洞挖料和壩基開挖料的加工料，針片狀含量偏大，粗骨料未能沖洗干凈，含泥量為0.6%～0.7%。由于溫控措施較為得當，大壩混凝土未出現(xiàn)大的開裂情況，混凝土的耐久性有待在運行中進一步檢驗