抗凍混凝土聯鎖塊在大屯水庫中的應用

常 青，吳延銳，王 珩

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250014；2.山東農業大學，山東 泰安 271000；3.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210024）

1 工程概況

1.1 大屯水庫概況

大屯水庫是南水北調東線一期工程輸水干線工程重要調蓄水庫，水庫設計最高蓄水位為29.80 m，死水位為21.0 m，最大壩高為14.15 m，壩頂高程32.3～32.65 m，壩軸線總長8 914 m，壩頂寬度7.5 m，最大庫容5 209萬m3，總占地面積648.86 hm2，年供水量12 502萬m3。壩坡鋪設型式由上到下為：預制混凝土聯鎖塊、20～40 mm的15 cm厚碎石、5～20 mm的15 cm厚碎石、復合土工膜、10 cm厚砂。

1.2 聯鎖塊型式

聯鎖塊型式如圖1所示，厚度210 mm。其特點是：開孔可排水防止揚壓力，減小波浪爬高，在三個方向均實現聯鎖，整體性好，可適應不均勻沉降。該預制塊采用干硬性混凝土振動擠壓成型工藝制作，無需占用模具，綜合成本低，生產速度快。

圖1 混凝土聯鎖塊型式

1.3 聯鎖塊抗凍指標

由于該地區處于淮河以北，冬季最冷月平均氣溫低于－3℃，屬寒冷地區，因此，該混凝土的設計指標為C25F150，對干硬性混凝土來說，其抗凍性能要求較高。

對于本文混凝土聯鎖塊，參考《水工混凝土試驗規程》（SL 352－2006）中的方法進行測試，即成型標準試件，進行快凍法試驗，測量質量損失率和相對動彈性模量，若經歷一定凍融循環次數后，質量損失率低于5%，相對動彈性模量大于60%，則表明混凝土具有相應的抗凍等級。

2 原材料及混凝土配合比

2.1 原材料的選擇

綜合考慮當地原材料、預制塊生產條件以及混凝土抗凍性的要求，選擇以下原材料：1）選用山水牌P·O42.5水泥，不采用復合水泥；2）不使用粉煤灰等摻合料；3）細骨料采用當地人工砂，人工砂石粉含量在12%～22%內，適合制作干硬性混凝土；4）考慮到預制塊最小尺寸為40 mm，要保證骨料最大粒徑不大于該尺寸的1/3，粗骨料采用5～10 mm的機制灰巖碎石；5）外加劑為當地廠家的萘系減水劑和引氣劑。

2.2 混凝土配合比參數

按《水工混凝土試驗規程》（SL 352-2006）中附錄A水工混凝土配合比設計方法，該混凝土28 d配制強度為31.6 MPa，為達到抗凍性，控制含氣量3%～5%，工作度采用碾壓混凝土的工作度指標 VC 值（s），即以加壓（4.9 kPa）振動（頻率50 Hz，振幅0.5 mm）方式下，表面布滿漿體的時間來計量。選擇3個水膠比，針對當地灰巖砂石骨料進行混凝土配合比試驗，最終混凝土配合比見表1，砂率為50%左右。

表1 聯鎖塊混凝土試驗配合比

混凝土聯鎖塊采用的工藝是機器自動布料，隨后振動擠壓成型，設計指標對密實度要求較高，混凝土拌和物的工作性要求為：1）具有一定的濕度，容易振動擠壓出漿；2）具有一定的干度，容易下料，因此混凝土配合比參數的確定經過了多次試驗。其中，VC值是混凝土和易性的重要指標，考慮到混凝土的易密實性和易下料性，且在機械生產時形狀的保持能力，經過多次試驗，確定該干硬性混凝土合理的VC值為15 s左右。水膠比在0.28～0.38之間，以保證混凝土中有足夠的水泥漿，且漿體不易與骨料離析。用水量控制在112 kg/m3左右。在具體的生產過程中，以上參數還應根據設備的工藝特性進行適當調整。

3 現場聯鎖塊的質量檢驗

2013年7月，自大屯水庫標段現場預制塊取樣，經過切割、磨平、拋光后，進行抗壓強度、氣泡參數測試及抗凍性能測試。

根據預制塊的尺寸特點，沿通孔方向切割，最大尺寸為80 mm，因此，抗壓試件尺寸為80 mm正方體，抗凍試件尺寸為100 mm×80 mm×400 mm。

3.1 抗壓強度

對預制塊產品進行切割，隨后進行了抗壓強度試驗，結果為43.8 MPa，滿足了強度要求。

3.2 抗凍試驗

每50個凍融循環進行一次質量和動彈模量測試，質量損失率均小于5%，相對動彈性模量測試結果見圖2。試驗表明預制塊抗凍性能良好。

4 結論

圖2 混凝土預制塊（切割）抗凍試驗結果

1）通過優選原材料、調整水膠比、砂率等參數，控制VC值，配制出抗凍等級F150以上的混凝土聯鎖塊，其抗凍性能最高可達F250，滿足設計要求。

2）針對振動擠壓成型工藝，建議控制水膠比為0.30，用水量 112 kg/m3左右，VC值15 s左右，含氣量3%～5%，振動擠壓后密度2 380～2 400 kg/m3，有力地保證了聯鎖塊的質量。

3）對工廠生產的預制塊取樣進行了抗壓強度、抗凍性能測試，結果表明，抗壓強度為43.8 MPa，抗凍性能良好。

4）對大屯平原水庫應用效果的調查表明，預制聯鎖塊的整體應用效果優良，未出現凍融破壞，該聯鎖塊的成功應用對其他護坡工程具有借鑒意義。

[1] 常青,董衛軍,李春艷.談垂直聯鎖混凝土砌塊結構型式的改進[J].山東水利,2016,12:5.

[2] 董衛軍,常青,李福川.平原水庫振動擠壓成型護坡預制塊質量控制[J].山東水利，2013.12 68.

[3] 常青,金才勇,于云.平原水庫護坡預制塊混凝土配合比試驗分析[J].山東水利，2013.12 62.