加查水電站混凝土施工配合比優化設計

李慶虎

摘要：混凝土配合比設計和優化是保證混凝土工程質量和經濟性的前提。本文結合西藏自治區加查水電站砂石拌和系統工程，對高海拔高寒山區混凝土施工配合比優化進行探討，對類似環境工程施工提供參考試驗資料。

Abstract： The design and optimization of concrete mix ratio are the prerequisites to ensure the quality and economics of concrete projects. This paper combines the gravel mixing system project of the Jiacha Hydropower Station in the Tibet Autonomous Region， discusses the optimization of the concrete construction mix ratio in high altitude and high cold mountainous areas， and provides reference test data for similar environmental engineering construction.

關鍵詞：混凝土;配合比;優化設計

Key words： concrete;mix ratio;optimized design

中圖分類號：TV544? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0169-05

0? 引言

加查水電站位于西藏自治區山南市加查縣城上游約5.5公里處，為二等大（2）型工程，總裝機容量360MW，混凝土總量約236萬m3，其中導流工程約44.7萬m3，主體工程約191.3萬m3。加查水電站位于高原溫帶季風半濕潤氣候地區，根據該站實測資料統計，多年平均氣溫9.2℃， 極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為32.0℃、-16.6℃，平均海拔3200m。

1? 概況

中國水電八局加查水電站砂拌項目部根據2015年、2016年混凝土使用原材料及混凝土質量檢測情況：拌和系統使用的所有原材料整體質量趨于穩定且滿足規范、設計要求，實測混凝土抗壓強度平均值均大于該標號配制強度值;拌和樓生產的C9015混凝土實測抗壓強度高于該標號配制強度7.0MPa、C9020混凝土實測抗壓強度高于該標號配制強度4.9MPa、C9025混凝土實測抗壓強度高于該標號配制強度5.8MPa，均具有優化的富余空間，中國水電八局加查砂石拌和系統項目部試驗室結合以往工程經驗、現場混凝土強度實際情況及招標文件要求，針對當時使用的大壩主體工程90天齡期混凝土施工配合比開展了優化試驗工作，首先必須確保混凝土抗壓強度、力學性能、耐久性等指標滿足設計規范要求，通過降低水泥用量來減小混凝土水化熱，以提高主體工程混凝土質量，并適當降低工程造價成本。

2? 混凝土原材料檢測

2.1 水泥

試驗用華新P·MH42.5中熱硅酸鹽水泥，檢測結果符合《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》GB/T 200-2003標準要求，水泥的物理性能試驗結果見表1、水泥化學分析試驗結果見表2。

2.2 粉煤灰

試驗用粉煤灰采用石嘴山Ⅱ級粉煤灰，物理性能試驗見表3、粉煤灰化學分析試驗結果見表4。

2.3 外加劑

試驗外加劑采用四川長安育才建材有限公司生產的GK-3000聚羧酸高性能減水劑、GK-9A引氣劑，減水劑檢測結果見表5、引氣劑檢測結果見表6、外加劑勻質性檢測結果見表7。

2.4 骨料

2.4.1 細骨料

試驗用細骨料采用加查水電站中國水電八局砂石加工系統生產的砂，檢測結果符合《水工混凝土施工規范》DL/T 5144-2015標準要求，品質檢驗結果、篩分試驗結果及顆粒級配級配曲線見表8、表9、圖1。

2.4.2 粗骨料

試驗粗骨料采用加查水電站中國水電八局砂石加工系統生產的砂石料，粒徑為：5～20mm、20～40mm、40～80mm、80～150mm，檢測結果符合《水工混凝土施工規范》DL/T 5144-2015標準要求，粗骨料檢測結果見表10。

2.4.3 粗骨料最佳級配

不同粒徑良好的骨料級配組合，可以減小骨料空隙率，增大混凝土密實性，提高混凝土拌和物施工性能，降低水泥用量，減小水化熱。根據《水工混凝土配合比設計規程》DL/T 5330-2015要求，對二級配、三級配、四級配不同摻配比例組合進行緊密堆積密度試驗，粗骨料組合級配檢測成果見表11。

根據表11檢測成果，選擇緊密堆積密度最大、空隙率最小的的骨料組合作為最佳摻配組合。推薦粗骨料最佳級配組合為：

二級配：小石：中石=40：60

三級配：小石：中石：大石=20：30：50

四級配：小石：中石：大石：特大石=20：20：30：30

3? 混凝土配合比優化設計試驗

混凝土配合比計算采用絕對體積法，混凝土含氣量均按5.0%計算。試驗用混凝土來自100L自落式混凝土攪拌機，攪拌時間150秒。

3.1 外加劑摻量選擇

為研究外加劑不同摻量對混凝土性能的影響，進行了減水劑不同摻量與混凝土和易性及強度關系試驗（引氣劑摻量以滿足含氣量控制要求范圍內為準）。采用華新

P·MH42.5水泥;石嘴山Ⅱ級粉煤灰;長安育才GK-3000減水劑、GK-9A引氣劑。

試驗采用三級配混凝土進行，水膠比選用0.55，混凝土含氣量控制范圍4.0%～6.0%，粉煤灰摻量按照設計確定的摻量30%進行，混凝土坍落度控制在50～70mm，不同減水劑摻量與混凝土性能試驗結果見表12。

根據表12可以看出：

①采用華新P·MH42.5中熱硅酸鹽水泥，水膠比0.55，粉煤灰摻量選擇30%，三級配混凝土坍落度控制在50～70mm，減水劑摻量在0.6%時，混凝土拌和物的和易性最佳，強度值最大，故推薦減水劑最佳摻量為0.6%。

②通過室內試驗調整，長安育才GK-9A引氣劑摻量為2.0/萬時混凝土含氣量能滿足控制值4.0%～6.0%的要求，故確定長安育才GK-9A引氣劑摻量為2.0/萬。

3.2 混凝土單位用水量及砂率選擇

砂率的高低對混凝土的和易性和單位用水量有比較大的影響。在水泥漿用量一定的前提下，若砂率過大，則骨料的總表面積及空隙率增大，相對減小起潤滑骨料作用的水泥漿層厚度，流動性相對減小。在保持混凝土拌和物流動性不變的前提下，則需增加水和水泥的用量。若砂率過小，砂漿量不足，使混凝土拌和物的流動性、粘聚性和保水性變差，影響混凝土強度、耐久性以及其它性能。因此砂率過大過小都不可以，必需經試驗確定最優砂率。

本次二、三、四級配混凝土砂率基準試驗條件為水膠比0.55，粉煤灰摻量選擇30%，減水劑摻量選擇0.6%，二級配混凝土坍落度控制在70～90mm、三級配混凝土坍落度控制在50～70mm、四級配混凝土坍落度控制在30～50mm，混凝土含氣量均控制在4.0%～6.0%范圍內，不同砂率試驗結果見表13。

根據表13混凝土拌和物性能及抗壓強度結果得出：

采用華新P·MH42.5中熱硅酸鹽水泥，水膠比0.55，粉煤灰摻量30%，減水劑摻量0.6%時，二級配混凝土坍落度70～90mm的最佳砂率為30%、三級配混凝土坍落度50～70mm的最佳砂率為26%、四級配混凝土坍落度30～50mm的最佳砂率為22%。

3.3 水膠比與強度關系試驗

本次試驗時，三級配混凝土坍落度控制在50～70mm，混凝土坍落度含氣量控制在4.0%～6.0%范圍內，粉煤灰摻量選擇30%，混凝土拌和物及強度試驗成果見表14。

根據表14混凝土水膠比與強度關系試驗成果對28天混凝土抗壓強度進行回歸統計計算，其回歸曲線結果見表15，膠水比與28天抗壓強度關系曲線見圖2。

4? 推薦混凝土施工配合比

根據混凝土水膠比與抗壓強度關系試驗成果及線性回歸方程，考慮原材料變化及混凝土設計技術指標要求和有益于倉面施工的原則，依據《水工混凝土施工規范》DL/T 5144-2015及《水工混凝土耐久性技術規范》DL/T 5241-2010綜合選擇確定各混凝土施工配合比水膠比等參數，推薦施工配合比見表16。

5? 結語

通過以上所述的優化試驗成果，在滿足混凝土的和易性、耐久性（抗凍等級、抗滲等級等）的條件下，節約了膠凝材料和降低混凝土溫控成本，指導了工程施工，取得了較好的技術經濟效益。從應用的效果來看，加查水電站大壩無滲漏，工程質量優良，在類似地區施工中具有借鑒意義。

參考文獻：

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