金沙江向家壩石灰?guī)r骨料混凝土配合比試驗研究

王新華，劉浩希

（1.中國水利水電第四工程局有限公司 勘測設(shè)計研究院；2.中國水利水電第四工程局有限公司 第五分局，青海 西寧 810007）

0 引言

向家壩水電站是金沙江梯級開發(fā)中的最后一個梯級電站，位于四川省與云南省交界處的金沙江下游河段，為一等大（1）型工程，工程樞紐建筑物主要由混凝土重力擋水壩、左岸壩后廠房、右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)及左岸河中垂直升船機(jī)等組成。 2010年1 月至2012 年3 月為向家壩工程混凝土高峰澆筑期，共澆筑混凝土770.03 萬m3。 該工程混凝土骨料料源為太平灰?guī)r料場，原巖性為二迭系灰?guī)r，其飽和面干抗壓強(qiáng)度平均值為95.60 MPa，巖石各項技術(shù)指標(biāo)均符合有關(guān)規(guī)范要求，料場儲存量豐富，滿足工程需要[1]。 在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計過程中，系統(tǒng)地完成了原材料檢測、混凝土拌和物性能試驗、力學(xué)性能試驗、變形性能試驗、耐久性試驗等項目，提出了滿足設(shè)計要求和施工要求的混凝土配合比。

1 原材料試驗

1.1 水泥

對水泥各項檢測指標(biāo)的要求，在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，工程標(biāo)準(zhǔn)對比表面積、氧化鎂含量、堿含量、28d 抗壓強(qiáng)度、水化熱等檢測項目，提出了更高的要求。 本試驗選用強(qiáng)度等級為42.5 的中熱水泥。經(jīng)檢測，各項性能均達(dá)到工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 粉煤灰

工程選用I 級粉煤灰，實測粉煤灰需水量比為93%，細(xì)度為7.0%，燒失量1.86%。 考慮到工程的耐久性，對粉煤灰的堿含量做出了不超過2.5%的技術(shù)要求。

1.3 骨料

工程采用人工骨料，即把太平料場開挖的石灰?guī)r加工為非活性骨料。 石灰?guī)r中不含云母，表觀密度在2 600～2 700 kg/m3范圍內(nèi)。

1.3.1 細(xì)骨料

人工沙細(xì)度模數(shù)為2.69，石粉含量為13.0%，屬于中沙，級配合理。 粒徑小于0.16 mm，尤其是小于0.08 mm 的石粉，能夠產(chǎn)生石粉微集料效應(yīng)，可改善拌和物的和易性、抗分離性，提高混凝土強(qiáng)度及抗?jié)B性能。 不過小于0.08 mm 的顆粒對混凝土拌和物含氣量略有影響，不宜過高，一般控制在≤11%范圍內(nèi)。

1.3.2 粗骨料

灰?guī)r人工碎石骨料粒形較圓潤、棱角少，在工作性、和易性要求相同條件下，同一配合比混凝土單位用水量低，填隙漿體消耗量少，且在混凝土澆筑過程中易振搗，混凝土內(nèi)部氣泡容易排出，混凝土外觀不易產(chǎn)生麻面。 人工碎石針片狀石塊含量低，可確保施工和易性及混凝土強(qiáng)度。 工程用粗骨料按粒徑分為4 級：小石（5～20 mm），中石（20～40 mm），大石（40～80 mm），特大石（80～150 mm），灰?guī)r人工碎石壓碎指標(biāo)為9.5%，堅固性為1.0%，各項指標(biāo)均符合工程技術(shù)要求。

1.4 外加劑

通過對外加劑進(jìn)行摻減水劑水泥膠沙流動度試驗、摻外加劑混凝土性能試驗、外加劑適應(yīng)性試驗，對推薦的多個廠家、多個品種外加劑進(jìn)行優(yōu)選，試驗最終采用JM-ⅡC 緩凝高效減水劑、JM-PCA高性能減水劑（用于高強(qiáng)度、大流動性混凝土）、ZB-1G 引氣劑。各外加劑性能檢測結(jié)果均滿足規(guī)范及工程技術(shù)要求。

2 混凝土配合比試驗研究

2.1 混凝土抗壓強(qiáng)度與水膠比和粉煤灰摻量的關(guān)系

在進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度與水膠比和粉煤灰摻量的關(guān)系試驗時，采用二級配，選用的水膠比分別為0.45、0.50、0.55、0.60，粉煤灰摻量分別為30%、35%、40%，減水劑摻量為0.6%，引氣劑摻量根據(jù)含氣量確定。 從不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度與水膠比（W/C+F）和粉煤灰摻量的二元回歸方程可以看出，在不同水膠比和粉煤灰摻量條件下，混凝土抗壓強(qiáng)度與水膠比和粉煤灰摻量都有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R 在0.9791～0.9997 之間，具體情況如表1 所示。

表1 混凝土水膠比、粉煤灰摻量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系回歸方程Table 1 Concrete water-binder ratio, fly-ash content and compressive strength regression equation

2.2 混凝土拌和物性能試驗

混凝土拌和物性能試驗主要包括混凝土和易性、坍落度、含氣量、凝結(jié)時間、容重等。 試驗嚴(yán)格按照《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL352-2006)進(jìn)行，混凝土配合比計算采用絕對體積法。 由于灰?guī)r骨料具有粒形圓潤、針片狀顆粒含量少、骨料總表面積相對減小等特性，在混凝土工作性達(dá)到設(shè)計要求時，單位用水量較其他巖性骨料混凝土少10～20 kg/m3、沙率降低2%～3%，拌和物和易性較好。 拌和物性能試驗結(jié)果如表2 所示（工程主要混凝土配合比），各項性能檢測結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范及工程技術(shù)要求。

表2 混凝土拌和物性能試驗結(jié)果Table 2 Concrete mixing content performance test results

2.3 混凝土力學(xué)性能和變形性能試驗

混凝土的力學(xué)性能和變形性能試驗主要包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量和極限拉伸等。 試驗嚴(yán)格按照《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL352-2006）的相關(guān)方法進(jìn)行。 混凝土力學(xué)性能和變形性能試驗結(jié)果如表3 所示。 混凝土抗壓強(qiáng)度均達(dá)到配制強(qiáng)度，極限拉伸值均達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，且石灰?guī)r骨料混凝土抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值等均優(yōu)于玄武巖骨料混凝土[2]，可改善混凝土抗裂性能。

表3 混凝土力學(xué)性能和變形性能試驗結(jié)果Table 3 Concrete mechanical property and deformation performance test results

2.4 混凝土耐久性試驗

混凝土耐久性試驗主要包括抗凍性能和抗?jié)B性能。 抗凍性能試驗采用快速凍融法進(jìn)行，抗?jié)B性能采用逐級加壓法進(jìn)行，檢測結(jié)果如表4 所示。 試驗結(jié)果表明，混凝土的抗凍性能和抗?jié)B性能均滿足設(shè)計要求。 在石灰?guī)r人工沙生產(chǎn)過程中，石灰?guī)r石粉中小于16μm 的細(xì)顆粒較多。 細(xì)顆?？商畛湓谒囝w粒之間，或水泥與骨料的界面之間，改善了混凝土基相材料的顆粒級配，從而改善混凝土的和易性，增進(jìn)混凝土的勻質(zhì)性、密實性、強(qiáng)度性能，還提高了混凝土的抗凍、抗?jié)B性能[3]。

表4 混凝土耐久性性能試驗結(jié)果Table 4 Concrete durability property test results

3 結(jié)語

經(jīng) 試 驗 研 究，C18025F150W10、C18020F150W10、C18015F100W8、C9025F200W10 混凝設(shè)計齡期抗壓強(qiáng)度平均值分別為40.9 MPa、38.8 MPa、36.6 MPa、39.8 MPa，混凝土生產(chǎn)質(zhì)量水平達(dá)到優(yōu)秀等級，各混凝土強(qiáng)度保證率在99.4%～99.9%之間。

石灰?guī)r骨料的特性決定了該類混凝土單位用水量低，可以減少膠凝材料用量，降低絕熱溫升，有益于大體積混凝土內(nèi)部溫度控制，且能夠產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。 采用石灰?guī)r骨料混凝土，拌和物性能及混凝土強(qiáng)度、變形性能、耐久性能等均可滿足技術(shù)要求，且性能優(yōu)于其他巖性骨料混凝土。 另外，石灰?guī)r骨料混凝土現(xiàn)場施工易于振搗，泌水少，混凝土外表較光滑，已有多個樣板工程。

[1] 宋立新，向家壩水電站太平料場和馬延坡沙石加工系統(tǒng)設(shè)計簡介[C] //中國水力發(fā)電工程學(xué)會施工專業(yè)委員會.中國水利水電工程第二屆砂石生產(chǎn)技術(shù)交流會論文集，2008：53-62.

[2] 劉濤，王冀中，劉明苗.灰?guī)r骨料與玄武巖骨料混凝土力學(xué)性能對比試驗研究[J].水利水電施工，2011（2）：76-80.

[3] 宋榮禮，舒江，晏洪偉.石灰?guī)r粉替代粉煤灰在碾壓混凝土中的應(yīng)用[J].水利水電施工，2010（4）：83-87.