加查水電站混凝土施工配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

李慶虎

摘要：混凝土配合比設(shè)計(jì)和優(yōu)化是保證混凝土工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性的前提。本文結(jié)合西藏自治區(qū)加查水電站砂石拌和系統(tǒng)工程，對高海拔高寒山區(qū)混凝土施工配合比優(yōu)化進(jìn)行探討，對類似環(huán)境工程施工提供參考試驗(yàn)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(guān)鍵詞：混凝土;配合比;優(yōu)化設(shè)計(jì)

Key words： concrete;mix ratio;optimized design

中圖分類號：TV544? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(qū)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(jī)容量360MW，混凝土總量約236萬m3，其中導(dǎo)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(fēng)半濕潤氣候地區(qū)，根據(jù)該站實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，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(xiàng)目部根據(jù)2015年、2016年混凝土使用原材料及混凝土質(zhì)量檢測情況：拌和系統(tǒng)使用的所有原材料整體質(zhì)量趨于穩(wěn)定且滿足規(guī)范、設(shè)計(jì)要求，實(shí)測混凝土抗壓強(qiáng)度平均值均大于該標(biāo)號配制強(qiáng)度值;拌和樓生產(chǎn)的C9015混凝土實(shí)測抗壓強(qiáng)度高于該標(biāo)號配制強(qiáng)度7.0MPa、C9020混凝土實(shí)測抗壓強(qiáng)度高于該標(biāo)號配制強(qiáng)度4.9MPa、C9025混凝土實(shí)測抗壓強(qiáng)度高于該標(biāo)號配制強(qiáng)度5.8MPa，均具有優(yōu)化的富余空間，中國水電八局加查砂石拌和系統(tǒng)項(xiàng)目部試驗(yàn)室結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場混凝土強(qiáng)度實(shí)際情況及招標(biāo)文件要求，針對當(dāng)時(shí)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(yōu)化試驗(yàn)工作，首先必須確保混凝土抗壓強(qiáng)度、力學(xué)性能、耐久性等指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)規(guī)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(zhì)量，并適當(dāng)降低工程造價(jià)成本。

2? 混凝土原材料檢測

2.1 水泥

試驗(yàn)用華新P·MH42.5中熱硅酸鹽水泥，檢測結(jié)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(biāo)準(zhǔn)要求，水泥的物理性能試驗(yàn)結(jié)果見表1、水泥化學(xué)分析試驗(yàn)結(jié)果見表2。

2.2 粉煤灰

試驗(yàn)用粉煤灰采用石嘴山Ⅱ級粉煤灰，物理性能試驗(yàn)見表3、粉煤灰化學(xué)分析試驗(yàn)結(jié)果見表4。

2.3 外加劑

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

2.4 骨料

2.4.1 細(xì)骨料

試驗(yàn)用細(xì)骨料采用加查水電站中國水電八局砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的砂，檢測結(jié)果符合《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T 5144-2015標(biāo)準(zhǔn)要求，品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果、篩分試驗(yàn)結(jié)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(yàn)粗骨料采用加查水電站中國水電八局砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的砂石料，粒徑為：5～20mm、20～40mm、40～80mm、80～150mm，檢測結(jié)果符合《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T 5144-2015標(biāo)準(zhǔn)要求，粗骨料檢測結(jié)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(shí)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(jù)《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)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(jìn)行緊密堆積密度試驗(yàn)，粗骨料組合級配檢測成果見表11。

根據(jù)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(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)

混凝土配合比計(jì)算采用絕對體積法，混凝土含氣量均按5.0%計(jì)算。試驗(yàn)用混凝土來自100L自落式混凝土攪拌機(jī)，攪拌時(shí)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(jìn)行了減水劑不同摻量與混凝土和易性及強(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)（引氣劑摻量以滿足含氣量控制要求范圍內(nèi)為準(zhǔn)）。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(yàn)采用三級配混凝土進(jìn)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(shè)計(jì)確定的摻量30%進(jìn)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(yàn)結(jié)果見表12。

根據(jù)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(shí)，混凝土拌和物的和易性最佳，強(qiáng)度值最大，故推薦減水劑最佳摻量為0.6%。

②通過室內(nèi)試驗(yàn)調(diào)整，長安育才GK-9A引氣劑摻量為2.0/萬時(shí)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(qiáng)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(jīng)試驗(yàn)確定最優(yōu)砂率。

本次二、三、四級配混凝土砂率基準(zhǔn)試驗(yàn)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(nèi)，不同砂率試驗(yàn)結(jié)果見表13。

根據(jù)表13混凝土拌和物性能及抗壓強(qiáng)度結(jié)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(shí)，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(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)

本次試驗(yàn)時(shí)，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(nèi)，粉煤灰摻量選擇30%，混凝土拌和物及強(qiáng)度試驗(yàn)成果見表14。

根據(jù)表14混凝土水膠比與強(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)成果對28天混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)計(jì)算，其回歸曲線結(jié)果見表15，膠水比與28天抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線見圖2。

4? 推薦混凝土施工配合比

根據(jù)混凝土水膠比與抗壓強(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)成果及線性回歸方程，考慮原材料變化及混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求和有益于倉面施工的原則，依據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T 5144-2015及《水工混凝土耐久性技術(shù)規(guī)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(shù)，推薦施工配合比見表16。

5? 結(jié)語

通過以上所述的優(yōu)化試驗(yàn)成果，在滿足混凝土的和易性、耐久性（抗凍等級、抗?jié)B等級等）的條件下，節(jié)約了膠凝材料和降低混凝土溫控成本，指導(dǎo)了工程施工，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。從應(yīng)用的效果來看，加查水電站大壩無滲漏，工程質(zhì)量優(yōu)良，在類似地區(qū)施工中具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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