三河口水利樞紐微膨脹混凝土配合比參數(shù)優(yōu)選研究

梁家文

（陜西引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司,陜西 西安 710010）

微膨脹混凝土雖然不是三河口水利樞紐的主要工程量,但因其擔(dān)負(fù)著防滲、填充等重要功能,對(duì)樞紐建筑物的安全運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。所以在微膨脹混凝土施工過程中,首先要對(duì)微膨脹混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化,以滿足現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)要求和現(xiàn)場(chǎng)特殊環(huán)境要求。微膨脹混凝土配合比的確定是經(jīng)過一系列試驗(yàn)工作,得到單位體積混凝土中各原材料用量,使混凝土的各項(xiàng)物理性能參數(shù)滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)和施工工藝要求。三可口施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室位于楓筒溝營(yíng)地,實(shí)驗(yàn)室溫度控制23±5℃,濕度控制65±15%RH,有足夠的通風(fēng)換氣設(shè)備,以及實(shí)驗(yàn)廢氣的排放管道,保持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣新鮮潔凈。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)配備滿足設(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)設(shè)備。在三河口水利樞紐施工過程中,經(jīng)過多次試驗(yàn),使水泥、粉煤灰、單位用水量、細(xì)骨料、粗骨料、外加劑、氧化鎂等摻和物達(dá)到了最優(yōu)配置,提高了微膨脹混凝土的各項(xiàng)物理性能指標(biāo),在滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的條件下,保證了混凝土質(zhì)量,確定了技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的微膨脹混凝土配合比。

1 工程概況

三河口水利樞紐位于陜西省漢中市佛坪縣內(nèi)距大河壩鎮(zhèn)子午河大峽谷內(nèi),水庫(kù)總庫(kù)容為7.1 億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容6.5 億m3,最大壩高為141.5 m,是碾壓混凝土雙曲拱壩,混凝土總量約為110 萬m3。壩址區(qū)域巖石以弱風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化為主,微風(fēng)化巖體為微透水性,埋深75 m～130 m,弱風(fēng)化為弱透水性,透水率1.5 Lu～9.5 Lu,強(qiáng)風(fēng)化巖石為強(qiáng)～中等透水性,透水率＞10 Lu。子午河流域地處秦嶺南麓氣候濕潤(rùn)、半濕潤(rùn),屬北亞熱帶氣候區(qū)。多年平均氣溫為12.3℃,最低氣溫零下16.4℃,最高氣溫37.3℃；土層凍結(jié)期為11 月到次年3 月,最大凍土深度13 cm。

2 配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)

根據(jù)《引漢濟(jì)渭三河口大壩工程招標(biāo)文件》和設(shè)計(jì)圖紙,大壩微膨脹混凝土的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1。

表1 微膨脹混凝土配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)

3 原材料試驗(yàn)

配合比試驗(yàn)選用的原材料主要是：水泥采用堯柏普通硅酸鹽P.042.5（專供）水泥,粉煤灰采用華西電力F 類二級(jí)粉煤灰,減水劑選用山西康力KLN-3 萘系高效減水劑,膨脹劑選用武漢三源公司生產(chǎn)的MgO 作為膨脹劑,砂石骨料為本工地自行加工生產(chǎn)的骨料,骨料巖石性質(zhì)為變質(zhì)花崗巖。

3.1 水泥

選用堯柏牌P.O42.5 普通硅酸鹽（專供）水泥,其試驗(yàn)結(jié)果見表2。檢測(cè)結(jié)果表明：混凝土所用水泥各指標(biāo)符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）和設(shè)計(jì)的要求。

表2 水泥物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

3.2 粉煤灰

粉煤灰采用華西電力F 類二級(jí)粉煤灰,其品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見表3。檢測(cè)結(jié)果表明：所檢項(xiàng)目各指標(biāo)符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB 1596-2017）的要求。

表3 粉煤灰品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

3.3 骨料

3.3.1 細(xì)骨料

細(xì)骨料由本工程項(xiàng)目自行加工生產(chǎn),品性為花崗巖,按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）進(jìn)行檢測(cè),人工砂檢測(cè)結(jié)果見表4。檢測(cè)結(jié)果表明：人工砂所檢項(xiàng)目各指標(biāo)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）的要求。

表4 人工砂品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

3.3.2 粗骨料

粗骨料由本工程項(xiàng)目自行加工,巖石品性為花崗巖。首先對(duì)粗骨料進(jìn)行了超遜徑、中徑篩余量、針片狀含量、含泥量、泥塊含量等參數(shù)的檢測(cè)。所檢項(xiàng)目各指標(biāo)均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）要求。品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 人工碎石品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

3.4 外加劑

本次試驗(yàn)采用山西康力KLN-3緩凝高效減水劑,按照《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）的要求,對(duì)外加劑減水率、泌水率比、凝結(jié)時(shí)間、含氣量、抗壓強(qiáng)度比等項(xiàng)目的檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果顯示減水劑所檢項(xiàng)目各指標(biāo)滿足該項(xiàng)規(guī)范所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求,檢測(cè)結(jié)果見表6。

表6 摻外加劑混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

3.5 氧化鎂

選用武漢三源公司生產(chǎn)的MgO,作為混凝土的膨脹劑,所檢項(xiàng)目結(jié)果均滿足《水工混凝土摻用氧化鎂技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5296-2013）的技術(shù)要求。檢測(cè)結(jié)果見表7。

表7 氧化鎂品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

4 參數(shù)選擇試驗(yàn)

水膠比、砂率、單位用水量、膨脹劑用量是微膨脹混凝土的主要參數(shù),這些參數(shù)是確定和衡量混凝土各項(xiàng)性能的重要指標(biāo)。因此首先要合理的確定這些參數(shù),以滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

4.1 粗骨料選擇的級(jí)配

根據(jù)工程配合比設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)施工條件,二級(jí)配混凝土配合比粗骨料的比例為：小石與中石各50%。

4.2 最佳砂率的選擇

混凝土最佳砂率選擇采用的方式為：先將水膠比、粉煤灰用量、單位用水量等三個(gè)參數(shù)固定,然后調(diào)整砂子含量。根據(jù)砂子含量的變化,將每組混凝土的和易性、塌落度等數(shù)據(jù)做對(duì)比,選擇和易性好、坍落度較大、流動(dòng)性較好的混凝土所對(duì)應(yīng)的砂率作為最優(yōu)砂率?；炷磷罴焉奥蔬x擇試驗(yàn)結(jié)果見表8。通過試驗(yàn)對(duì)塌落度、和易性的比較,當(dāng)二級(jí)配混凝土水膠比0.40 時(shí),最佳砂率為38%。砂率與塌落度關(guān)系見圖1。

圖1 砂率與塌落度關(guān)系曲線

表8 混凝土最佳砂率選擇試驗(yàn)結(jié)果

4.3 單位用水量和塌落度之間的變化規(guī)律

用水量與塌落度之間的變化規(guī)律試驗(yàn)采用的方式為：首先將混凝土中的水膠比、粉煤灰用量、砂率采用固定的數(shù)據(jù),然后通過調(diào)整用水量來分析塌落度變化,用水量與塌落度的變化曲線見圖2。用水量與塌落度變化的試驗(yàn)結(jié)果見表9。試驗(yàn)結(jié)果表明：混凝土坍落度隨著用水量的增加而有規(guī)律的增大,坍落度每增減10 mm,混凝土單位用水量增減約2.5 kg/m3左右。

圖2 混凝土用水量與塌落度關(guān)系曲線

表9 混凝土用水量與坍落度變化試驗(yàn)結(jié)果

4.4 膨脹劑摻加量試驗(yàn)

膨脹劑的摻加量根據(jù)廠家建議和指導(dǎo),用量為膠合材料的6%。試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 混凝土膨脹率試驗(yàn)結(jié)果

5 配合比設(shè)計(jì)的試驗(yàn)

根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo),按照《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）的要求,混凝土的配制強(qiáng)度公式為：混凝土配置強(qiáng)度fcu,0（MPa）=混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)fcu,k（MPa）+概率度系數(shù)t（依據(jù)保證率P選定）×混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ（MPa）。

經(jīng)計(jì)算,配制強(qiáng)度見表11。

表11 混凝土配制強(qiáng)度計(jì)算表

5.1 混凝土配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo),以及確定的最佳砂率、單位用水量選擇試驗(yàn)結(jié)果,及現(xiàn)階段砂石骨料質(zhì)量情況及現(xiàn)場(chǎng)施工條件,混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)：水膠比：0.35～0.41；砂率：二級(jí)配37%～39%；坍落度：二級(jí)配140 mm～160 mm；用水量：二級(jí)配175 kg/m3；容重：二級(jí)配 2410 kg/m3；骨料級(jí)配：二級(jí)配小石∶中石=50∶50。

5.2 混凝土配合比拌和物性能試驗(yàn)

混凝土性能試驗(yàn)主要是測(cè)定包括容重、凝結(jié)時(shí)間、坍落度、粘聚性、析水性等,將混凝土所需各種材料按一定比例拌合,達(dá)到最優(yōu)配置,以保證混凝土質(zhì)量。混凝土拌和物性能試驗(yàn)結(jié)果見表12。試驗(yàn)結(jié)果表明：新拌混凝土拌和物容易插搗,粘聚性較好、無石子離析情況,混凝土表面也無明顯析水現(xiàn)象,混凝土拌和物性能可以滿足施工和設(shè)計(jì)要求。

表12 混凝土拌和物性能試驗(yàn)結(jié)果

5.3 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

在實(shí)踐中常以抗壓強(qiáng)度作為主要的參數(shù)?？箟簭?qiáng)度主要用來承受建筑物或構(gòu)筑物的荷載,所以這是最重要的性能指標(biāo)之一,也是評(píng)價(jià)混凝土質(zhì)量的主要指標(biāo)?；炷量箟簭?qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表13 和表14。混凝土膠水比與抗壓強(qiáng)度關(guān)系見圖3。

圖3 C35 混凝土膠水比與抗壓強(qiáng)度關(guān)系

表13 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表14 混凝土水膠比與抗壓強(qiáng)度回歸方程

5.4 最優(yōu)配合比確定

經(jīng)過對(duì)微膨脹混凝土試驗(yàn)選取的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)、計(jì)算分析和優(yōu)化后,最終確定的配合比見表15。

表15 微膨脹混凝土優(yōu)化后各參數(shù)值

6 結(jié)語

針對(duì)三河口大壩工程微膨脹混凝土抗?jié)B、抗凍、極限拉伸等設(shè)計(jì)性能指標(biāo)要求高的特點(diǎn),微膨脹混凝土配合比試驗(yàn)要選用合理水膠比、粉煤灰摻量及高效減水劑、引氣劑,控制好微膨脹混凝土含氣量,能夠較好地降低溫升、提高抗裂及耐久性能。根據(jù)招標(biāo)文件、設(shè)計(jì)圖紙、相關(guān)混凝土規(guī)范和技術(shù)要求,通過嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的試驗(yàn)?zāi)軌蚩闯鑫⑴蛎浕炷羶?yōu)化后配合比的各參數(shù)值都滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求,也為同類水文地質(zhì)和氣候條件下的工程項(xiàng)目提供了參考。經(jīng)過優(yōu)選,提高了微膨脹混凝土的各項(xiàng)性能,確保了混凝土質(zhì)量,降低了造價(jià)。