新疆阿爾塔什水利樞紐工程高性能混凝土配合比的設計

王曉軍，代興艷，李 令

（中國葛洲壩集團第三工程有限公司，陜西 西安 710065）

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程位于喀什地區莎車縣和克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣交界處，是葉爾羌河干流山區下游河段的控制性水利樞紐工程，主要由攔河壩、泄水建筑物、發電引水系統、電站廠房、生態基流放水洞等建筑物組成，規劃水庫正常蓄水位1820 m，最大壩高164.8 m，水庫總庫容22.49 億m3，電站總裝機容量755MW，設計年發電量22.6 億kW·h。工程總投資86億元，總工期為74 個月，是目前新疆最大的水利工程。因在設計、施工等方面面臨諸多技術難題，被稱為“新疆的三峽工程”。

葉爾羌河流域位于新疆塔里木盆地西部，地處歐亞大陸腹地，因遠離海洋，周圍又有高山阻隔，加上大沙漠的影響，流域內呈典型的大陸性氣候，其主要特點是氣溫年變化較大，日溫差大，空氣干燥，日照長，蒸發強烈，降水量稀少，冬季天氣干燥寒冷。針對該地區的氣候特點及工程的具體要求，本工程采用高耐久性的高性能混凝土。

2 主要原材料

水泥：克州青松水泥有限責任公司生產的P.O.42.5 水泥，比表面積358 m2/kg，標準稠度用水量26.4%，3 d 和28 d 抗壓強度分別為28.8 MPa 和48.7 MPa。

細骨料：新疆阿爾塔什C3 料場河砂，細度模數2.6，表觀密度為2690 kg/m3，石粉含量14.1%，堅固性5%，硫化物及硫酸鹽含量0.2%，14 d 膨脹率0.25%。

粗骨料：新疆阿爾塔什C3 料場5 mm～20 mm、20 mm～40 mm 碎石，表觀密度2700 kg/m3，堅固性1%，針片狀含量分別為10%、5%，含泥量分別為0.8%、0.4%；14 d 膨脹率均為0.21%。粗細骨料均存在堿活性潛在危害。

粉煤灰：新疆華電喀什二期發電有限責任公司的II 級粉煤灰，細度19.2%，燒失量4.5%，需水量比102%，含水量0.4%。

外加劑：北京首領科技發展有限公司生產的XJ-A/B 型高性能混凝土改性劑，由液體組分A 和粉體組分B 所組成。液體組分XJ-A 的減水率為29%，泌水率0%，含氣量4.2%，28 d 抗壓強度比156%，28 d 收縮率比為103%。粉體組分XJ-B 的含水量0.1%，氯離子含量0.03%，比表面積920 m2/kg。

3 配合比設計

混凝土配合比設計主要包括配合比參數的確定、計算、試配和調整等步驟。本次混凝土配合比試驗采用絕對體積法計算單位體積混凝土各項材料用量，粗、細骨料均以飽和面干狀態為準，在進行配合比設計時應充分體現安全可靠、經濟合理的原則，既滿足設計指標的要求，同時考慮混凝土的工作性，以便于施工。

3.1 混凝土配制強度確定

依照SL 352-2006《水工混凝土試驗規程》進行混凝土配合比設計，計算見下式：

式中：fcu，0為混凝土28 d 齡期配制強度，MPa；fcu，k為混凝土設計齡期的的設計抗壓強度，MPa；t 為保證率系數，由給定的保證率P 選定，其值按表1 選用；σ 為混凝土抗壓強度標準差，MPa。

表1 保證率和保證率系數的關系

選定P=95%，t=1.645 進行計算。

本工程配合比設計中，無近期同品種混凝土抗壓強度統計資料，σ 值按照表2 進行取用。

表2 標準差σ 選用值

不同等級的混凝土取不同標準差，上式可計算出配制強度見表3。

表3 混凝土配制強度

3.2 水灰（膠）比的確定

《水工混凝土試驗規程》（SL 352-2006）的規定，混凝土的水灰（膠）比應以骨料在飽和面干狀態下的混凝土單位用水量與膠凝材料用量的比值為準，同時必須滿足混凝土強度和耐久性的要求。

3.2.1 按耐久性要求規定的最大水膠比

《水工混凝土抗冰凍設計規范》（SL 211-2006）對F200 及以上的抗凍混凝土其水灰（膠）比不得大于0.45。水灰（膠）比最大允許值的規定見《水工混凝土試驗規程》（SL 352-2006）附錄A 中表A.5.1 的規定。

3.2.2 根據試驗確定

查閱相關工程大量配合比設計資料[1-6]，其中高性能混凝土配合比的水膠比基本在：C50 配合比水膠比0.24～0.34 之間，C40 配合比水膠比0.28～0.38 之間，,選擇的高性能混凝土水膠比見表4。

表4 選擇混凝土的水膠比、用水量和砂率

3.3 確定用水量

據所用砂石骨料的情況、坍落度值和外加劑的品種、摻量，選定用水量。

根據《水工混凝土試驗規程》（SL 352-2006）中表A.5.2用水量初選表進行用水量初選，泵送混凝土按坍落度每增大20 mm，相應增加5 kg/m3用水量計算。

本次配合比設計均摻用外加劑，按下式計算用水量：

式中：mw0為計算混凝土配合比每立方混凝土用水量，kg/m3；m'w0為未摻外加劑時推定的滿足實際坍落度要求的每立方混凝土用水量，kg/m3；β 為- 外加劑的減水率，%。

選定的混凝土的用水量，見表4。

3.4 最優砂率

砂率參考《水工混凝土試驗規程》（SL 352-2006）附錄A中表A.5.4 的規定按坍落度每增大20 mm，砂率增大1%的幅度予以調整的方法進行初選，然后進行混凝土試拌，測定其坍落度，觀察其和易性，滿足設計要求的坍落度、和易性較好的砂率為最佳砂率。最佳砂率見表4。

3.5 摻合料

摻合料選用粉煤灰，粉煤灰對骨料存在堿活性潛在危害有抑制作用，選用的摻合料摻量見表5。

表5 粉煤灰摻量 單位：kg/m3

3.6 高性能混凝土改性劑

混凝土改性劑按每方混凝土量計，經過試配改性加劑的摻量見表6。

表6 混凝土改性劑摻量 單位：kg/m3

3.7 確定含氣量

根據《水工建筑物抗冰凍設計規范》（SL 211-2006），普通混凝土的含氣量由抗凍設計等級確定，依據規范對混凝土含氣量的要求，見表7。

表7 抗凍混凝土含氣量要求

3.8 試配的配合比中各原材料的用量

根據以上確定的參數，調整砂率和水膠比，按絕對體積法計算，確定基準配合比及不同水膠比的配合比各材料用量，見表8。

表8 基準配合比材料用量表

4 混凝土配合比試驗結果

混凝土配合比拌合物性能及抗壓強度結果見附表9。

從表9 可見，通過試驗研究，發現C40～C50 混凝土的坍落度在200 mm～220 mm 之間，能夠滿足泵送的要求；含氣量在4.2%～4.7%之間，符合抗凍混凝土對含氣量的要求；28 d 抗壓強度均能滿足相應等級混凝土的強度要求。

表9 配合比拌合物性能及抗壓強度

圖1 在工地現場實驗室進行高性能混凝土配合比試驗

5 推薦混凝土配合比

根據混凝土拌合物的各項性能及混凝土硬化后的抗壓強度等各項試驗結果，選擇混凝土配合比強度及和易性滿足設計要求的配合比為推薦高性能混凝土配合比，供施工單位參考選用，見表10。根據推薦配合比，我們將進一步測定高性能混凝土的抗沖磨、抗凍及抗滲等性能，以確定其各方面性能均能滿足設計要求。

圖2 在工地進行高性能混凝土配合比驗證試驗

6 結論

以新疆阿爾塔什水利樞紐工程為例，在水利工程中使用高性能混凝土配合比設計，不但控制工程質量，節省成本，而且保證施工進度，進一步提高水工結構混凝土的耐久性指標，達到混凝土內實外美、保障工程設計使用壽命的目的。本文通過大量優化試配試驗推薦的高性能混凝土配合比，可為今后類似工程提供借鑒。

表10 高性能混凝土推薦配合比