三灣水利樞紐工程混凝土配合比試驗研究

董 冰，沈繼承，徐永江

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110006）

三灣水利樞紐位于璦河干流下游，是璦河流域規(guī)劃中的重要樞紐工程，控制流域面積5 869 km2，主要承擔(dān)丹東市城市供水為主，兼顧發(fā)電，并為丹東城市供水安全提供保障。水庫總庫容1.29億 m3，興利庫容 0.35億 m3，規(guī)模為大(2)型，工程等別為Ⅱ等。

工程建成后，2025年可為丹東市提供工業(yè)和生活用水量56.30萬t/d，電站總裝機容量1.6萬W，多年平均發(fā)電量4 080萬kW·h。

1 試驗內(nèi)容

在大體積混凝土工程中，為滿足混凝土設(shè)計強度、耐久性、抗?jié)B性等要求以及和易性的需要，應(yīng)進(jìn)行混凝土配合比優(yōu)選試驗。受丹東市三灣水利樞紐及輸水工程建設(shè)管理局的委托，遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院試驗檢測中心承擔(dān)該工程的混凝土骨料質(zhì)量檢測及混凝土配合比試驗工作。

1.1 原材料試驗

（1）砂（本地河砂）。表觀密度、堆積密度、孔隙率、顆粒級配、細(xì)度模數(shù)、飽和面干吸水率、有機質(zhì)含量、含泥量、泥塊含量、堅固性、輕物質(zhì)含量。

（2）石（本地卵石）。（5～20，20～40，40～80 mm）堆積密度、分級密度、表觀密度、孔隙率、顆粒級配、飽和面干吸水率、含泥量、泥塊含量、壓碎指標(biāo)、有機質(zhì)含量、超遜徑含量、針片狀含量、軟弱顆粒含量、堅固性。

（3）水泥試驗。抗折強度、抗壓強度、凝結(jié)時間、安定性、稠度、細(xì)度。

（4）外加劑（遼水禹泰LSYT引氣高效減水劑）。減水率、含氣量、泌水率比、凝結(jié)時間差、3，7，28 d抗壓強度比、對鋼筋銹蝕作用、收縮比。

1.2 水泥品種

采用撫順?biāo)鄰S生產(chǎn)的渾河牌中熱硅酸鹽水泥PHM42.5級和本溪水泥廠生產(chǎn)的工源牌PO42.5級普通硅酸鹽水泥。

1.3 混凝土配合比試驗

混凝土配合比試驗采用工程所用的各種原材料，依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，提出不同分區(qū)部位優(yōu)選的混凝土配合比。并分別測定混凝土拌和物的性能（坍落度、含氣量、密度）及混凝土的28，90 d的力學(xué)性能（抗壓強度、抗拉強度、抗折強度、彈性模量）及耐久性能（抗凍性、抗?jié)B性）。

配合比設(shè)計要求：丹東市水利樞紐工程設(shè)計按不同分區(qū)提出5種標(biāo)號的混凝土配合比，混凝土配合比設(shè)計密度2 400 kg/m3。其抗壓強度指標(biāo)4種，抗?jié)B指標(biāo)1種，抗凍指標(biāo)3種，見表1。

2 試驗儀器設(shè)備

（1）抗壓設(shè)備：TSY—2000型恒加載壓力試驗機、WE—600B萬能試驗機、TSY—300型恒加載水泥壓力試驗機、PH—4.0型自動調(diào)壓混凝土抗?jié)B儀、KTJ—500型電動抗折試驗機；

表1 丹東市水利樞紐工程混凝土配合比試驗要求表

（2）其他設(shè)備：60 L 混凝土攪拌機、800×800振動臺、NJ—160水泥凈漿攪拌機、JJ—5水泥膠砂攪拌機、ZTPO型（ISO）水泥膠砂振實臺；DT—12動彈模量測定儀、TDR型混凝土快速凍融機、PS—6型鋼筋銹蝕測量儀等儀器。

3 試驗內(nèi)容和結(jié)果

（1）砂率的選擇

砂率對混凝土拌和物的流動性及粘聚性有較大的影響，所以在配合比設(shè)計時，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和通過試驗來確定最佳砂率。所謂最佳砂率，就是在水泥用量及用水量一定的情況下，能使混凝土拌和物獲得最佳的流動性，并且能保持粘聚性和較好的保水性時的砂率值。

試驗是按二級配和三級配混凝土通過拌和物試驗選擇砂率的。單位用水量和水泥用量不變，同時外加劑摻量不變，共拌制5組混凝土拌和物，通過試驗分別測定坍落度，觀察比較粘聚性與保水性。試驗結(jié)果表明，B1-3砂率選用27%、B2-1砂率選用26%、B4-1砂率選用25%、B5-2砂率選用33%，水灰比為 0.43，0.47，0.41，0.40 時的坍落度值最大，而流動性良好。

（2）外加劑的選擇

結(jié)合三灣水利樞紐工程具體情況并征得委托方的同意，選用遼水禹泰LSYT引氣高效減水劑。經(jīng)過對外加劑試驗均符合GB8076—1997標(biāo)準(zhǔn)要求，其摻量與膠凝材料質(zhì)量比為1%

4 混凝土配合比試驗有關(guān)參數(shù)的選擇

混凝土配合比所用的骨料為丹東當(dāng)?shù)靥烊涣蠄龅穆咽Ｔ囼灂r骨料的級配通過比較試驗確定。見表2。

表2 卵石級配

三級配采用 30∶30∶40，二級配采用 40∶60。

（1）配制強度的確定

所謂配制強度就是根據(jù)設(shè)計混凝土標(biāo)號，考慮施工技術(shù)水平，計算出配合比設(shè)計所要達(dá)到的強度。計算公式為：

式中 fCU.O—混凝土配制強度，MPa；fCU.k—混凝土設(shè)計強度等級值，MPa；σ—標(biāo)準(zhǔn)離差，MPa；t—保證率系數(shù)，根據(jù)施工控制水平而定。

根據(jù)當(dāng)?shù)睾褪┕た刂扑胶鸵延械墓こ探?jīng)驗，試驗時保證率取95%時t取1.645。由于無歷史統(tǒng)計資料強度標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)設(shè)計齡期混凝土抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，取混凝土抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)差，計算結(jié)果見表3。

表3 各部位混凝土配制強度

（2）原材料（粗細(xì)骨料和水泥）試驗

由試驗結(jié)果得出三灣水利樞紐工程天然料場的砂子細(xì)度模數(shù)和表觀密度略小，卵石表觀密度隨著級配增加而略有增大。由于砂子的細(xì)度模數(shù)和表觀密度略小，對混凝土配合比設(shè)計的含砂率略有減小。試驗結(jié)果滿足設(shè)計要求。

5 混凝土配合比試驗結(jié)果

丹東市水利樞紐工程設(shè)計按不同分區(qū)提出5種標(biāo)號的混凝土配合比見表1，實際試驗安排17組配合比，兩組常態(tài)、15組摻外加劑，以便從中選優(yōu)。

混凝土配合比試驗結(jié)果表明：混凝土表觀密度大部分達(dá)到2 400 kg/m3；抗?jié)B性能很好，均滿足且超過設(shè)計要求；抗凍結(jié)果全部合格；抗壓強度隨著單位膠凝材料總量的減少而降低，一般認(rèn)為有抗凍要求的混凝土，抗凍標(biāo)號多成為混凝土的控制指標(biāo)。本次試驗由于摻入引氣高效減水劑，明顯地提高了抗凍性能，但相應(yīng)的降低了混凝土強度，所以在抗凍標(biāo)準(zhǔn)滿足各類混凝土設(shè)計要求的情況下，抗壓強度成為選擇混凝土配合比的控制指標(biāo)。從混凝土配合比試驗成果來看，滿足壩體上游面混凝土配制強度的只有B1-3的配合比；滿足壩體下游上部、壩體下游下部混凝土配制強度要求的有6組配合比，雖然抗凍要求不同，而強度指標(biāo)是一致的，均為R90150，其配制強度21.6 MPa，為節(jié)省水泥和設(shè)計的工作量，推薦B2-1為壩體下游上部、壩體下游下部的混凝土配合比；滿足壩墩、堰面、消力池的混凝土配制強度的只有B4-1配合比；滿足電站上部混凝土配制強度的只有B5-2配合比。如原材料發(fā)生變化，需要重新試驗論證。不同分區(qū)混凝土配合比列見表4。

表4 丹東市三灣水利樞紐工程不同分區(qū)混凝土推薦配合比