C25F50W8混凝土面板配合比設(shè)計(jì)研究

趙 晉，嚴(yán) 江

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

混凝土面板堆石壩施工方便、工期短、運(yùn)行安全、抗震性好，對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，作為壩型選擇具有很大的優(yōu)勢(shì)，其構(gòu)造由上游面板、墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)組成，其中上游面的混凝土面板起防滲作用，是整個(gè)壩型的安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。在工程應(yīng)用中，剛性的鋼筋混凝土面板要想充分發(fā)揮其防滲防裂抗沖刷的作用，進(jìn)行混凝土的配合比設(shè)計(jì)研究是十分必要的。

太湖水庫(kù)工程壩址位于江西省贛州市，為中型水利樞紐工程，庫(kù)容2384×104m3。樞紐工程由鋼筋混凝土面板堆石壩、溢洪道、輸水隧洞、上壩公路等組成。按照設(shè)計(jì)要求，堆石壩的面板混凝土技術(shù)要求為C25F50W8，抗凍要求相對(duì)較低。故采用室內(nèi)配合比試驗(yàn)對(duì)原材料進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)計(jì)成型混凝土試件約160組，并對(duì)其進(jìn)行劈裂抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能、抗凍性能的耐久性試驗(yàn)。

1 原材料檢測(cè)

1.1 拌和用水

拌和用水來(lái)自生活區(qū)地表水源，檢測(cè)結(jié)果符合《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）標(biāo)準(zhǔn)要求，其檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水質(zhì)分析檢驗(yàn)結(jié)果

1.2 水泥

水泥采用江西瑞金萬(wàn)年青水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的萬(wàn)年青牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能指標(biāo)符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）要求，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 水泥物理力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

1.3 粉煤灰

粉煤灰為永安市榮達(dá)建材有限公司生產(chǎn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）中I級(jí)粉煤灰要求，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 粉煤灰的檢驗(yàn)結(jié)果

1.4 細(xì)骨料

細(xì)骨料選用贛州市于都縣于都砂場(chǎng)生產(chǎn)的天然砂，從細(xì)骨料檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果看，該砂顆粒級(jí)配良好，屬于Ⅱ區(qū)，細(xì)度模數(shù)2.58，中砂，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）要求。

表4 細(xì)骨料各項(xiàng)性能的檢驗(yàn)結(jié)果

1.5 粗骨料

粗骨料采用太陂村石料場(chǎng)生產(chǎn)二級(jí)配碎石，粒徑分別為5 mm～20 mm、20 mm～40 mm。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，技術(shù)指標(biāo)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）要求。粗骨料各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5～表7。

表5 粗骨料密度試驗(yàn)結(jié)果

表6 粗骨料各項(xiàng)性能試驗(yàn)結(jié)果

表7 粗骨料篩分試驗(yàn)結(jié)果

1.6 外加劑

外加劑由山西格瑞特建筑科技股份有限公司生產(chǎn)，GRT-S型高效減水劑，摻量為1.2%，引氣劑為GRT-AE型，其摻量為0.05%，二者的減水率和含氣量的檢測(cè)結(jié)果符合《混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5100-2014)的規(guī)定要求，見(jiàn)表8。

表8 外加劑檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

1.7 纖維

聚丙烯纖維選用的是武漢市中鼎經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限責(zé)任公司生產(chǎn)的聚丙烯單絲纖維，直徑30 μm，規(guī)格19 mm。摻入聚丙烯纖維可以改善混凝土力學(xué)性能，提高抗裂性能和抗沖磨性能，可減少混凝土面板裂縫的產(chǎn)生。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 強(qiáng)度計(jì)算

面板混凝土的配制強(qiáng)度根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL 352-2006)，強(qiáng)度保證率取95%時(shí)，保證率系數(shù)t為1.645；設(shè)計(jì)齡期的抗壓強(qiáng)度為25 MPa時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差為4.0 MPa，根據(jù)配制強(qiáng)度公式，經(jīng)計(jì)算得混凝土施工配制強(qiáng)度為31.6 MPa。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

面板混凝土配合比中，二級(jí)配碎石的比例通過(guò)最佳緊密堆積密度試驗(yàn)確定，選取小石：中石＝45∶55。

面板混凝土的其他試配參數(shù)范圍如下：坍落度30mm～70mm，含氣量3.5%～5.5%，水膠比0.40～0.55，減水劑摻量1.0%～1.3%，P17、P18組減水劑摻量1.2%，其他摻量為1.3%，引氣劑摻量0.05%；混凝土用水量155 kg/m3～170 kg/m3，砂率38%～41%，粉煤灰摻量20%～25%，聚丙烯纖維的試驗(yàn)摻量按照生產(chǎn)廠家的推薦摻量1.0 kg/m3確定。

按不同水灰比、不同砂率、不同粉煤灰摻量和1.0%纖維摻量進(jìn)行排列組合多組試驗(yàn)，選擇其中八組比較分析，見(jiàn)表9。

表9 C25F50W8面板混凝土配合比試驗(yàn)

3 試驗(yàn)成果

3.1 拌和物及強(qiáng)度結(jié)果

室內(nèi)混凝土拌和嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)程的要求進(jìn)行，從拌和試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，混凝土用水量大致保持在158 kg/m3～168 kg/m3之間時(shí)，混凝土的坍落度大多集中在30 mm～80 mm之間，其試驗(yàn)結(jié)果的測(cè)值可以滿足面板混凝土的坍落度要求。引氣劑摻量在0.05%時(shí)，混凝土含氣量的測(cè)值最小3.5%，最大4.2%，根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)要求，混凝土含氣量應(yīng)在3.5%～5.5%之間，其試驗(yàn)結(jié)果的測(cè)值可以滿足混凝土要求的含氣量指標(biāo)。

從混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，混凝土試件的7 d抗壓強(qiáng)度均大于20 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度均大于30 MPa，可以滿足混凝土抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。

從混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，水膠比0.45（P-18組、P-22組）、水膠比0.50（P-19組、P-23組）的混凝土試件3 d劈裂抗拉強(qiáng)度均大于1.25 MPa，7 d劈裂抗拉強(qiáng)度大于1.58 MPa，其中，水膠比0.45的混凝土試件，3 d劈裂抗拉強(qiáng)度值優(yōu)于水膠比0.50的混凝土試件，在28 d的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度值的差別相對(duì)明顯，水膠比0.45的混凝土試件劈裂抗拉強(qiáng)度值則在2.70 MPa上下?；炷涟韬臀镄阅苤笜?biāo)及強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 C25F50W8面板混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3.2 面板混凝土耐久性指標(biāo)試驗(yàn)

混凝土的耐久性試驗(yàn)檢測(cè)其抗?jié)B性能和抗凍性能，重點(diǎn)檢測(cè)水膠比為0.50的P-19、P-23組。抗?jié)B試驗(yàn)采用逐級(jí)加壓法，壓力加至0.8 MPa后8 h內(nèi),6個(gè)試件表面均未出現(xiàn)滲水，表明抗?jié)B等級(jí)大于W8，滿足設(shè)計(jì)要求。抗凍試驗(yàn)采用快速凍融法，凍融循環(huán)至50次時(shí)，相對(duì)動(dòng)彈性模量大于初始值的60%，質(zhì)量損失率小于5%，試驗(yàn)結(jié)果表明抗凍等級(jí)大于F50，滿足設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 C25F50W8面板混凝土耐久性試驗(yàn)結(jié)果

4 推薦配合比

結(jié)合混凝土前期試驗(yàn)及后期耐久性試驗(yàn)項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果，提出設(shè)計(jì)等級(jí)C25F50W9的面板混凝土配合比，主要參數(shù)水膠比0.45，砂率39%，用水量158 kg/m3。其他參數(shù)及各材料用量見(jiàn)表12。該配合比在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

表12 推薦的面板混凝土配合比

5 結(jié)論及建議

5.1 原材料的選擇

水泥采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥的堿含量應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

粉煤灰的品質(zhì)對(duì)混凝土較為敏感，本試驗(yàn)用粉煤灰為Ⅰ級(jí)灰，這對(duì)改善混凝土拌和物的和易性較為有利，對(duì)提高混凝土后期的強(qiáng)度、抗?jié)B性能、降低混凝土中的水化熱及抑制混凝土中的堿活性等也有一定幫助。

砂石骨料應(yīng)保證其品質(zhì)要求，特別是砂石骨料中含泥量指標(biāo)對(duì)混凝土的品質(zhì)及工作性能影響較大，應(yīng)嚴(yán)格控制砂石骨料的含泥量。細(xì)骨料宜選用質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈、級(jí)配良好的天然中砂，粗骨料宜選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的人工碎石。

摻用的引氣劑和高效減水劑具有相容性，以保證混凝土達(dá)到抗凍性能指標(biāo)。

5.2 拌和及養(yǎng)護(hù)

在實(shí)驗(yàn)室混凝土攪拌時(shí)間為90 s～120 s左右，為充分發(fā)揮混凝土外加劑的效用，在現(xiàn)場(chǎng)拌和配制混凝土?xí)r可相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以保證混凝土的工作性能。

在實(shí)驗(yàn)室混凝土的坍落度范圍在40 mm～70 mm左右，現(xiàn)場(chǎng)采用溜槽輸送混凝土?xí)r，坍落度應(yīng)滿足施工要求，溜槽入口處的坍落度宜控制在30 mm～70 mm。

由于混凝土中摻有粉煤灰摻合料，混凝土的早期強(qiáng)度較低，拆模時(shí)間可適當(dāng)調(diào)整延長(zhǎng)。混凝土的早期養(yǎng)護(hù)十分重要，否則容易產(chǎn)生開裂，應(yīng)采取保濕和保溫養(yǎng)護(hù)措施，直到蓄水為止，或至少90 d。