C25F50W8混凝土面板配合比設計研究

趙 晉，嚴 江

（山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002）

混凝土面板堆石壩施工方便、工期短、運行安全、抗震性好，對地形地質條件適應性強，作為壩型選擇具有很大的優勢，其構造由上游面板、墊層區、過渡區、主堆石區、下游堆石區組成，其中上游面的混凝土面板起防滲作用，是整個壩型的安全運行的基礎。在工程應用中，剛性的鋼筋混凝土面板要想充分發揮其防滲防裂抗沖刷的作用，進行混凝土的配合比設計研究是十分必要的。

太湖水庫工程壩址位于江西省贛州市，為中型水利樞紐工程，庫容2384×104m3。樞紐工程由鋼筋混凝土面板堆石壩、溢洪道、輸水隧洞、上壩公路等組成。按照設計要求，堆石壩的面板混凝土技術要求為C25F50W8，抗凍要求相對較低。故采用室內配合比試驗對原材料進行檢測，設計成型混凝土試件約160組，并對其進行劈裂抗拉強度、抗壓強度、抗滲性能、抗凍性能的耐久性試驗。

1 原材料檢測

1.1 拌和用水

拌和用水來自生活區地表水源，檢測結果符合《水工混凝土施工規范》（SL 677-2014）標準要求，其檢驗結果見表1。

表1 水質分析檢驗結果

1.2 水泥

水泥采用江西瑞金萬年青水泥有限責任公司生產的萬年青牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其物理力學性能指標符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）要求，檢驗結果見表2。

表2 水泥物理力學性能檢驗結果

1.3 粉煤灰

粉煤灰為永安市榮達建材有限公司生產，檢驗項目的檢測結果符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）中I級粉煤灰要求，檢驗結果見表3。

表3 粉煤灰的檢驗結果

1.4 細骨料

細骨料選用贛州市于都縣于都砂場生產的天然砂，從細骨料檢測試驗結果看，該砂顆粒級配良好，屬于Ⅱ區，細度模數2.58，中砂，各項指標均滿足《水工混凝土施工規范》（SL 677-2014）要求。

表4 細骨料各項性能的檢驗結果

1.5 粗骨料

粗骨料采用太陂村石料場生產二級配碎石，粒徑分別為5 mm～20 mm、20 mm～40 mm。從試驗結果可以看出，技術指標滿足《水工混凝土施工規范》（SL 677-2014）要求。粗骨料各項試驗結果見表5～表7。

表5 粗骨料密度試驗結果

表6 粗骨料各項性能試驗結果

表7 粗骨料篩分試驗結果

1.6 外加劑

外加劑由山西格瑞特建筑科技股份有限公司生產，GRT-S型高效減水劑，摻量為1.2%，引氣劑為GRT-AE型，其摻量為0.05%，二者的減水率和含氣量的檢測結果符合《混凝土外加劑技術規程》(DL/T 5100-2014)的規定要求，見表8。

表8 外加劑檢測試驗結果

1.7 纖維

聚丙烯纖維選用的是武漢市中鼎經濟發展有限責任公司生產的聚丙烯單絲纖維，直徑30 μm，規格19 mm。摻入聚丙烯纖維可以改善混凝土力學性能，提高抗裂性能和抗沖磨性能，可減少混凝土面板裂縫的產生。

2 配合比設計

2.1 強度計算

面板混凝土的配制強度根據《水工混凝土試驗規程》(SL 352-2006)，強度保證率取95%時，保證率系數t為1.645；設計齡期的抗壓強度為25 MPa時，混凝土抗壓強度標準差為4.0 MPa，根據配制強度公式，經計算得混凝土施工配制強度為31.6 MPa。

2.2 配合比設計

面板混凝土配合比中，二級配碎石的比例通過最佳緊密堆積密度試驗確定，選取小石：中石＝45∶55。

面板混凝土的其他試配參數范圍如下：坍落度30mm～70mm，含氣量3.5%～5.5%，水膠比0.40～0.55，減水劑摻量1.0%～1.3%，P17、P18組減水劑摻量1.2%，其他摻量為1.3%，引氣劑摻量0.05%；混凝土用水量155 kg/m3～170 kg/m3，砂率38%～41%，粉煤灰摻量20%～25%，聚丙烯纖維的試驗摻量按照生產廠家的推薦摻量1.0 kg/m3確定。

按不同水灰比、不同砂率、不同粉煤灰摻量和1.0%纖維摻量進行排列組合多組試驗，選擇其中八組比較分析，見表9。

表9 C25F50W8面板混凝土配合比試驗

3 試驗成果

3.1 拌和物及強度結果

室內混凝土拌和嚴格按照規范規程的要求進行，從拌和試驗結果來看，混凝土用水量大致保持在158 kg/m3～168 kg/m3之間時，混凝土的坍落度大多集中在30 mm～80 mm之間，其試驗結果的測值可以滿足面板混凝土的坍落度要求。引氣劑摻量在0.05%時，混凝土含氣量的測值最小3.5%，最大4.2%，根據規范設計要求，混凝土含氣量應在3.5%～5.5%之間，其試驗結果的測值可以滿足混凝土要求的含氣量指標。

從混凝土抗壓強度試驗結果來看，混凝土試件的7 d抗壓強度均大于20 MPa，28 d抗壓強度均大于30 MPa，可以滿足混凝土抗壓強度的設計要求。

從混凝土劈裂抗拉強度試驗結果來看，水膠比0.45（P-18組、P-22組）、水膠比0.50（P-19組、P-23組）的混凝土試件3 d劈裂抗拉強度均大于1.25 MPa，7 d劈裂抗拉強度大于1.58 MPa，其中，水膠比0.45的混凝土試件，3 d劈裂抗拉強度值優于水膠比0.50的混凝土試件，在28 d的混凝土劈裂抗拉強度值的差別相對明顯，水膠比0.45的混凝土試件劈裂抗拉強度值則在2.70 MPa上下。混凝土拌和物性能指標及強度結果見表10。

表10 C25F50W8面板混凝土強度試驗結果

3.2 面板混凝土耐久性指標試驗

混凝土的耐久性試驗檢測其抗滲性能和抗凍性能，重點檢測水膠比為0.50的P-19、P-23組。抗滲試驗采用逐級加壓法，壓力加至0.8 MPa后8 h內,6個試件表面均未出現滲水，表明抗滲等級大于W8，滿足設計要求。抗凍試驗采用快速凍融法，凍融循環至50次時，相對動彈性模量大于初始值的60%，質量損失率小于5%，試驗結果表明抗凍等級大于F50，滿足設計要求。檢測結果見表11。

表11 C25F50W8面板混凝土耐久性試驗結果

4 推薦配合比

結合混凝土前期試驗及后期耐久性試驗項目的檢測結果，提出設計等級C25F50W9的面板混凝土配合比，主要參數水膠比0.45，砂率39%，用水量158 kg/m3。其他參數及各材料用量見表12。該配合比在現場使用時可以根據實際情況進行調整。

表12 推薦的面板混凝土配合比

5 結論及建議

5.1 原材料的選擇

水泥采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥的堿含量應符合有關標準要求。

粉煤灰的品質對混凝土較為敏感，本試驗用粉煤灰為Ⅰ級灰，這對改善混凝土拌和物的和易性較為有利，對提高混凝土后期的強度、抗滲性能、降低混凝土中的水化熱及抑制混凝土中的堿活性等也有一定幫助。

砂石骨料應保證其品質要求，特別是砂石骨料中含泥量指標對混凝土的品質及工作性能影響較大，應嚴格控制砂石骨料的含泥量。細骨料宜選用質地堅硬、潔凈、級配良好的天然中砂，粗骨料宜選用質地堅硬、級配良好的人工碎石。

摻用的引氣劑和高效減水劑具有相容性，以保證混凝土達到抗凍性能指標。

5.2 拌和及養護

在實驗室混凝土攪拌時間為90 s～120 s左右，為充分發揮混凝土外加劑的效用，在現場拌和配制混凝土時可相應進行調整，以保證混凝土的工作性能。

在實驗室混凝土的坍落度范圍在40 mm～70 mm左右，現場采用溜槽輸送混凝土時，坍落度應滿足施工要求，溜槽入口處的坍落度宜控制在30 mm～70 mm。

由于混凝土中摻有粉煤灰摻合料，混凝土的早期強度較低，拆模時間可適當調整延長。混凝土的早期養護十分重要，否則容易產生開裂，應采取保濕和保溫養護措施，直到蓄水為止，或至少90 d。