隆潘卡爾電站碾壓混凝土配合比設計研究

摘 要：文章介紹了喀麥隆隆潘卡爾電站碾壓混凝土配合比設計和試驗的過程。通過介紹碾壓混凝土配合比設計的思路、對相關試驗過程和成果的分析，總結配合比設計的經驗和需要深入研究的東西。并通過現場鉆取芯樣測試證明選用的配合比能夠達到合同和技術規范的要求。

關鍵詞：隆潘卡爾電站；碾壓混凝土；配合比設計；性能試驗

1 工程概況

隆潘卡爾水電站位于喀麥隆東部省隆潘卡爾地區。水電站為壩式水電站，總庫容為60億m3，裝機容量為30兆瓦，主體工程由主壩，副壩，溢洪道，泄水底孔，臨時導流底孔，水電站進水口等建筑物組成。主壩為混合型大壩，由混凝土重力壩和岸邊土壩混合組成，其中碾壓混凝土壩段最大壩高為45.5米，碾壓混凝土澆筑量約24萬m3。

2 配合比設計依據以及技術要求

根據電站技術文件規定，該工程的碾壓混凝土的具體技術要求如下：

2.1 原材料要求

（1）水泥采用符合法國規范NF EN 197-1標準的波特蘭I型（CEM-I）水泥，等級為42.5R，且用量為80到110kg/m3。

（2）粉煤灰采用符合美國規范ASTM N C618標準的中國山東鄒縣第二火電廠生產的粉煤灰，且用量為80到110kg/m3。

（3）外加劑采用符合法國規范XP P18-340標準的昆明泥康建筑材料公司生產的FDN-MTG緩凝型外加劑。

（4）拌和混凝土用水采用符合法國規范NF EN-1008標準的小溪水，用量為130kg/m3左右。

（5）砂和粗骨料由大壩上游4千米處的采石場破碎生產，砂子為機制砂，砂和粗骨料的用量為2100到2200kg/m3。

2.2 混凝土試塊

混凝土試塊用規格250*500mm的圓柱體試模成型，且28天抗壓強度需達到8MPa，強度等級為63/8。

3 配合比的設計

3.1 對原設計指標的變動

通過對合同的分析研究，發現合同中對碾壓混凝土配合比參數的一些規定有不當之處，首先是對水泥種類的要求，合同規定只能用42.5的水泥，而當地有的是42.5的水泥屬于早強型水泥，初凝時較短，不利于大體積混凝土分層澆筑對初凝時間的控制要求；且發熱量大，在大體積碾壓混凝土澆筑中會對壩體的安全造成影響，所以承包商建議改用摻火山灰的復合型32.5R水泥；其次合同里規定水泥和粉煤灰的最低用量不能低于100kg/m3，如果設計的配合比低于這個用量，業主方有權按照合同要求將對承包商進行相應的扣款；還有混凝土拌和用水量應通過試驗確定，不能直接按照合同要求的130kg/m3來拌制。以上問題，通過與業主方代表和法國監理工程師的溝通，最后確定碾壓混凝土的水泥為喀麥隆水泥廠生產的NC CEM Ⅳ-B（P）32.5R水泥，基準配合比的水泥和粉煤灰用量為100kg/m3，用水量由實際拌和試驗來確定。

3.2 原材料試驗

3.2.1 水泥

采用由喀麥隆水泥廠生產的NC CEM Ⅳ-B（P）32.5R水泥，物理性能各項技術指標符合規范要求，水泥化學成分含量滿足規范要求。

3.2.2 粉煤灰

采用中國山東鄒縣第二火電廠生產的Ⅱ級粉煤灰，物理性能試驗成果滿足規范要求。

3.2.3 外加劑

采用外加劑選用中國昆明泥康建筑材料股份有限公司生產的FDN-MTG緩凝高效減水劑（碾壓混凝土專用），各項技術指標均滿足技術要求。

3.2.4 骨料

（1）骨料的堿活性試驗。骨料送到法國的地質礦物分析實驗室檢測，檢測的結果表明，骨料不存在有堿活性反應的骨料。

（2）砂子。采用自產的機制砂，粒徑0～5mm。經檢測，其各項物理性能指標試驗和顆粒級配試驗滿足規范和投標技術要求。

（3）粗骨料。本工程所用的粗骨料有三個等級的粒徑，分別為5～16mm，16～31.5mm，31.5mm～63mm。而且在此試驗階段的時候，砂石系統仍然處于試生產的階段，受砂石系統設計的限制、骨料巖性、生產管理等各方面因素的影響，粗骨料的品質波動太大，實際用的一些骨料品質根本達不到要求，超遜徑超出控制上限，針片狀含量偏大等，所以在做配合比時，重新分別對粗骨料進行篩分處理，經處理過的骨料各項性能物理性能檢測指標滿足規范和投標技術要求。

3.2.5 混凝土拌和用水

拌制混凝土用水為生產用水，經送喀麥隆雅溫得地礦、工業和理工發展部水能源試驗室檢驗，水質符合混凝土拌和用水質量要求。

3.3 碾壓混凝土配合比設計

3.3.1 配合比參數的確定

（1）骨料組合比。根據骨料組合的堆積密度與緊密密度最大、空隙率最小的原則，再根據全級配理想級配曲線。確定大石：中石：小石=37：37：26。

（2）砂率與單位用水量。為了保證混凝土的拌合物具有良好的粘聚性，并且滿足施工的VC值要求，用水量最小時的砂率即為最優砂率，通過試拌得到最佳砂率為41%～45%，用水量為110～115kg/m3。

（3）外加劑的摻量。根據廠家推薦的外加劑摻量為0.7%～ 1.0%，通過試驗得到，當外加劑摻量達到0.7%的時候，碾壓混凝土的相關性能達到最優。

（4）水灰比和水泥和粉煤灰用量的確定。水泥和粉煤灰用量分別為100kg/m3～120kg/m3水灰比為：0.46～0.58。

3.3.2 配合比試驗方案

根據合同的要求，混凝土的基準配合比按照粉煤灰和水泥100kg/m3來配制，混凝土設計容重為2450Kg/m3，水泥和粉煤灰用量按照每10Kg/m3逐漸增加，并調整砂率以各種及骨料的用量。相關試驗配合比詳見表1。

3.3.3 碾壓混凝土室內拌合方法

（1）碾壓混凝土的拌和。混凝土拌和采用60L強制式攪拌機，投料順序依次為：大石→中石→小石→膠凝材料→砂，干拌30s，加水（摻入外加劑）攪拌150s，將拌好的混凝土拌合物倒出，在鋼板上翻拌均勻之后，進行混凝土拌和物性能試驗。

（2）碾壓混凝土拌和物工作度試驗。采用從我國進口的維勃稠度試驗儀，按照我國規范要求應濕篩分兩層插搗裝料，且上層料與桶口齊平，總壓重則為17.75kg，但在試驗過程中發現出漿時間都在30s以上，且泛漿的狀態也不好判斷，最后通過跟業主方和法國監理工程師討論商議，拌和物工作度試驗按照美國規范來操作，把總壓重增大為22.75kg，當Vc值在8～12s時，泛漿狀態符合。

（3）碾壓混凝土容重試驗。在拌和物Vc值試驗完成后，繼續振動120s，然后通過稱重、加水測體積的方法來測得拌和物濕容重。

（4）試件的制作。混凝土成型采用Φ250×500mm鋼模，濕篩分5層裝料，然后每層的混凝土在國內采購的大震動臺振動壓實，采用壓重件重量為22.75kg，最上一層借用套筒完成。振動時間每一層一般控制在30s，振動完成后再做抹面處理。

（5）試件的養護。由于做配合比的階段，養護室還沒有建好，所以所有成型的試件放在一個密封的集裝箱里養護，集裝箱里裝空調，水溫控制在20～23℃之間。

（6）試件的抗壓強度試驗。按照規范要求，試件到齡期后，取出，晾干，然后對試塊抗壓面進行找平，試塊抗壓面找平是通過把硫磺和砂子按照一定的配合比加熱熬制的液體硫磺，在專用工具對試件上下表面做蓋帽處理，之后再在壓力機上做抗壓試驗。

3.3.4 各配合比碾壓混凝土性能試驗

通過性能試驗，來檢驗配合比是否滿足能滿足設計和規范要求，選擇出適合施工的配合比。

（1）拌和性能。拌和性能主要包括VC值，容重。上述配合比的VC值都在8～12s之間，容重在2425～2445kg/m3之間，都能滿足設計要求的2400kg/m3。

（2）混凝土抗壓強度和抗劈強度。抗壓強度和抗劈強度為混凝土的主要力學指標。由于用于拌和混凝土的水泥為早強型水泥，水泥的早期強度增長的較快，且水泥的富裕系數極低，只有1.05～1.07之間，所以混凝土的強度幾乎在14天就已經達到了設計要求的8MPa。從試驗結果分析，隨著水灰比的減小，混凝土的強度逐漸增加；同齡期的抗壓強度與抗劈強度的約在1/10～1/14。配合比抗壓強度和抗劈強度試驗結果，見表2。

（3）混凝土耐久性。混凝土耐久性包括抗滲性和抗凍性，但是由于本工程不考慮抗凍性，所以配合比試驗時，只做抗滲試驗。試驗結果表明：所有配合比的抗滲都能滿足設計要求。

4 配合比的確定

根據合同的規定，以及考慮大體積混凝土的溫度控制，碾壓混凝土配合比的水泥和粉煤灰用量分別為100kg/m3。根據拌和的情況以及VC值檢測試驗完成后，將VC筒內碾壓混凝土整體傾倒出觀察拌和物“液化”情況，可以看出用編號為NY-28-1的配合比拌制的碾壓混凝土表面泛漿更為充分，底部和周邊的“液化”狀態也更明顯。所以最終確定NY-28-1為碾壓混凝土配合比。

在后來的生產性試驗中，采用推薦配合比的碾壓混凝土，碾壓后表面泛漿充分，相關的檢測試驗滿足規范要求；現場取芯芯樣表面光滑、平整，骨料分布均勻，膠結密實；現場壓水試驗也滿足規范和投標技術要求。

5 結語

（1）國外項目，業主方和監理方對合同特別的重視，工程的施工技術必須滿足合同要求。本工程的碾壓混凝土配合比嚴格按照合同來的規定來設計，導致設計出的配合比與碾壓混凝土單位體積水泥用量低和高摻粉煤灰的規律不符。因此結合當地的氣候條件和實際的施工，要進一步研究碾壓混凝土絕熱溫升、自身變形的規律，為優化溫控設計提供依據。

（2）由于本工程，因此他們采用的規范為法國和美國標準規范，因此設計配合比的一些理念和方法，跟國內有明顯不同。比如混凝土設計強度選擇依據不是按照水膠比，而是根據推薦的膠凝材料與不同齡期抗壓強度線性關系確定膠凝材料用量；骨料級配和砂率則依據美國規范中的全級配理想曲線。但通過比較分析，采用不同水膠比進行正交試驗更具科學性和嚴謹性，在骨料級配和砂率的選擇上，可參考美國標準的混凝土全級配理想曲線，有助于判斷混凝土粗細骨料組合比例合理性，保證混凝土工作性能。

（3）國外項目，我們要多跟監理方和業主方交流溝通，讓他們熟悉我們國內的施工方法和相關的規范標準，讓他們了解中國先進的施工和管理方法，以及先進嚴謹的試驗方法，且在平時的工作中慢慢地向他們灌輸，從而更好地贏得他們的信任，能更高效的開展工作。

參考文獻

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[2] DL/T5330-2005，水工混凝土配合比設計規程[S].北京：中國電力出版社，2006.

[3] DL/T 5112-2009，水工碾壓混凝土施工規范[S].北京：中國電力出版社，2010.

[4] 喀麥隆隆潘卡爾電站投標技術條款[S]

[5] 喀麥隆隆潘卡爾試驗室碾壓混凝土實驗報告[R].

作者簡介：李本賽（1986.12- ），男，云南宣威人，中國水利水電第十四工程局有限公司喀麥隆隆潘卡爾電站，試驗室主任。