貴州都柳江溫寨航電樞紐工程混凝土配合比設(shè)計試驗

呂美忠

（廣西中水工程檢測有限公司，廣西 南寧）

0 前言

溫寨航電樞紐工程樞紐主要建筑物有混凝土重力壩、廠房、船閘等，工程使用到的混凝土主要為有抗凍性能和抗?jié)B等級要求的常態(tài)混凝土和泵送混凝土，共分為C20至C35四個強(qiáng)度等級。本案通過系統(tǒng)試驗，提出用于整體工程的混凝土配合比，以保證混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計要求規(guī)定的強(qiáng)度和耐久性要求。

1 原材料試驗

1.1 水泥

溫寨航電樞紐主體土建工程水泥采用貴州從江明達(dá)水泥有限公司生產(chǎn)的“從豐”牌P·O42.5 水泥。其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、比表面積、安定性、凝結(jié)時間等常規(guī)的物理力學(xué)性能試驗結(jié)果均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）中對P·O42.5 水泥的技術(shù)要求。

1.2 粉煤灰

采用貴州海天建材公司生產(chǎn)的粉煤灰，按照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）對粉煤灰進(jìn)行常規(guī)物理性能檢測，結(jié)果表明其品質(zhì)符合F 類Ⅱ級規(guī)范的要求。

1.3 骨料

工程項目所用骨料均為溫寨航電工程砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂和碎石。人工砂常規(guī)物理性能指標(biāo)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（SL677-2014）標(biāo)準(zhǔn)中對人工砂的品質(zhì)要求，評定為中砂。同時在檢測中發(fā)現(xiàn)人工砂的含粉量偏大17.8%，接近規(guī)范的下限度值，這對普通混凝土的配合比設(shè)計是一個不利的影響因素。

粗骨料人工碎石的壓碎值、含泥量為、針片狀含量等關(guān)鍵性標(biāo)檢測結(jié)果符合《水工混凝土施工規(guī)范》（SL677-2014）中對粗骨料的品質(zhì)要求。

1.4 減水劑

使用貴州星恒公司生產(chǎn)的聚羧酸類緩凝型高效減水劑，液態(tài)成品，從關(guān)鍵性控制指標(biāo)：減水率、泌水率比、抗壓強(qiáng)度比、凝結(jié)時間差和含氣量等項目可知，產(chǎn)品符合《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》（DL/T5100-2014）標(biāo)準(zhǔn)中對緩凝型高效減水劑的技術(shù)要求。通過減水劑與水泥的相容性試驗，結(jié)果表明相容良好，流動性能好，漿液無速凝、假凝現(xiàn)象。

2 混凝土配合比設(shè)計

2.1 配制強(qiáng)度的確定

溫寨航電樞紐工程混凝土配制強(qiáng)度按以下公式進(jìn)行計算：

fcu，0=fcu,k +1.645σ

fcu，0— 混凝土配制強(qiáng)度（MPa）

fcu,k— 混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）

σ—混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）

當(dāng)中強(qiáng)度保證率采用95%，對應(yīng)概率度系數(shù)t=1.645，混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ《按水工混凝土施工規(guī)范》（SL677-2014）規(guī)范取值，按上述公式得出混凝土配制強(qiáng)度，見表2.1

2.2 骨料組合優(yōu)化試驗

粗骨料級配組合試驗，按照不同比例混合均勻后進(jìn)行堆積密度試驗，選取緊密堆積密度最大和最小孔隙率，同時用水量較較小的組合。經(jīng)過試驗，二級配當(dāng)時，該組合容重最大、孔隙率最小，試配試驗該組合用水量也較小，因此配合比設(shè)計試驗時二級配粗骨料比例為中石：小石=60：40。

表2.1 混凝土配制強(qiáng)度

為保證混凝土的各項物理性能的可靠性，對混凝土一、二級配進(jìn)行最優(yōu)砂率的選取。一、二級配均采用0.55 的水膠比，粗骨料為最佳組合級配，采用材料用量，變化砂率的方式進(jìn)行常態(tài)混凝土最優(yōu)砂率的選擇性試驗。按砂率增減1%的比例進(jìn)行混凝土試拌試驗，檢測坍落度觀察拌和物的外觀質(zhì)量、含砂情況、泌水等評定拌和物的和易性。從試驗成果可知，一級配常態(tài)混凝土水膠比為0.55 時，最佳砂率為41%，此時混凝土的和易性最好，坍落度最大，容重最重；二級配常態(tài)混凝土水膠比為0.55 時，采用37%的砂率混凝土和易性最好，坍落度最大，容重最重，固二級配常態(tài)混凝土0.55 水灰比時的最佳砂率。

2.3 混凝土配合比試配

混凝土配合比用水量和最優(yōu)砂率通過室內(nèi)試拌確定后，采用摻粉煤灰和摻減水劑“雙摻法”進(jìn)行混凝土的試配工作。按照不同的強(qiáng)度等級和耐久性要求進(jìn)行拌和試驗，所有試配混凝土的減水劑摻量均為0.60%，按照不同的粉煤灰摻量來試驗。具體為C20 W6F100 混凝土均摻加20%的粉煤灰，摻加0.60%的減水劑；二級配C25W6F100 混凝土摻加15%的粉煤灰，摻加0.60%的減水劑；一級配C30W6F100混凝土摻加10%的粉煤灰，摻加0.60%的減水劑；一級配C35W6F100 混凝土摻加5%的粉煤灰，摻加0.60%的減水劑；一級配C35W6F100 混凝土摻加5%的粉煤灰，摻加0.60%的減水劑。二級配坍落度按50mm～70mm 控制，一級配坍落度按80mm～100mm 控制，泵送混凝土坍落度按140mm～180mm 控制；有抗凍和抗?jié)B性能要求時，混凝土（抗凍等級為F100）含氣量均按3～5%控制。

2.4 抗壓強(qiáng)度試驗

通過前述的試配拌和參數(shù)試驗，建立水膠比和抗壓強(qiáng)度的關(guān)系式，以確定混凝土強(qiáng)度等級相應(yīng)的水膠比。根據(jù)混凝土拌和試驗的抗壓強(qiáng)度結(jié)果可知，在同一粉煤灰摻量的條件下，混凝土的抗壓強(qiáng)度主要取決于水膠比，水膠比越小，抗壓強(qiáng)度越大；同一水膠比時，粉煤灰摻量越大，混凝土強(qiáng)度越小。

2.5.混凝土耐久性能試驗

本工程中混凝土耐久性主要通過抗凍性能和抗?jié)B性這兩個指標(biāo)來控制。是評價的重要參數(shù)，溫寨航電樞紐工程主體工程混凝土抗凍等級分為F100 和F50 兩級，抗?jié)B等級設(shè)計分為W6 和W4 兩級。

提高混凝土抗凍性能最好的方法就通過使用引氣劑，使混凝土含氣量達(dá)到3%～5%，且氣泡不連通。在本次試驗中，通過過在減水劑中摻加發(fā)泡劑來達(dá)到相應(yīng)的效果。試驗結(jié)果表明，選定的混凝土配合比抗凍性能均符合設(shè)計要求。

從試配試件中選定的混凝土抗?jié)B性能結(jié)果可知，抗?jié)B等級符合設(shè)計的要求，而且滲水高度較小，具有良好抗?jié)B性能。經(jīng)分析，主要原因一個是人工砂中含粉量較大，有利于填充混凝土中的細(xì)小孔隙，增加致密性。同時，粉煤灰中活性成分水化后，進(jìn)一步填充致密減少混凝土孔隙，減少將連通的孔隙，形成封閉的孔隙，隔斷水的參透通道。這雙種因素均對提高混凝土的抗?jié)B等級有著良好的效果，是混凝土高抗?jié)B性能的有利因子。

2.6 混凝土配合比的確定

根據(jù)混凝土強(qiáng)度與水膠比的強(qiáng)度曲線，依據(jù)強(qiáng)度等級設(shè)計指標(biāo)計算出與配置強(qiáng)度相應(yīng)的水膠比。在滿足拌和物的工作性能和主要性能參數(shù)的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)合理的配合比。適當(dāng)考慮水泥強(qiáng)度波動、原材料細(xì)小變化、粉煤灰摻量、取代水泥比例，并充分考慮設(shè)計規(guī)程中對混凝土抗凍最大水灰比的限制和抗?jié)B性能要求，為保證混凝土的質(zhì)量，選用略低于計算的水膠比，給出推薦工程使用的配合比如表2.6。

3 結(jié)語

根據(jù)貴州溫寨航電樞紐主體土建工程所使用的原材料，針對工程混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級、抗?jié)B和抗凍的性能要求，通過采用摻粉煤灰和摻緩凝高效減水劑的方法，設(shè)計出滿足設(shè)計指標(biāo)和施工要求的混凝土配合比，為工程混凝土施工質(zhì)量控制提供重要的參考依據(jù)。目前該工程項目已經(jīng)接近完工，采用推薦配合比施工的混凝土質(zhì)量良好，達(dá)到配合比設(shè)計的目的。

表2.6 混凝土配合比推薦表