溫國(guó)梁，尹啟亮，付曉麗，王 旭

（1山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南250013；2山東水利置業(yè)有限公司，山東 濟(jì)南250012）

1 前言

太河水庫(kù)位于山東省淄博魯山北麓，北起金雞山，南傍馬鞍山，東依青龍山，西臨豹眼山，南北長(zhǎng)約10余km，東西寬約3 km，上游控制流域面積約780 km2，總庫(kù)容為1.8億m3，是全國(guó)大型水庫(kù)之一。整個(gè)庫(kù)區(qū)水質(zhì)潔凈，不僅是一項(xiàng)大型水利設(shè)施，而且是一處風(fēng)景秀麗的游覽勝地。水庫(kù)在除險(xiǎn)加固過(guò)程中為保證大壩質(zhì)量，提高壩坡混凝土耐久性，能否設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、適用的混凝土配合比，成為該工程關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。為解決該問(wèn)題，試驗(yàn)室進(jìn)行了混凝土配合比優(yōu)選試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括原材料檢測(cè)、混凝土拌合物工作性和物理力學(xué)性能指標(biāo)檢測(cè)，力爭(zhēng)從混凝土配合比設(shè)計(jì)層面保證其設(shè)計(jì)強(qiáng)度、耐久性等級(jí)及經(jīng)濟(jì)性，從而保證壩坡混凝土整體質(zhì)量。

2 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容及依據(jù)和方法

太河水庫(kù)護(hù)坡混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C30F150，水膠比0.40～0.45，粉煤灰最大摻量20%，坍落度要求160～200 mm，石子連續(xù)級(jí)配，骨料最大粒徑31.5 mm，強(qiáng)度保證率95%。依據(jù)SL 352—2006進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度和耐久性選定水膠比，再根據(jù)施工要求的坍落度和石子最大粒徑選定用水量，用水量除以選定的水膠比求出膠材用量，最后采用體積法計(jì)算飽和面干狀態(tài)下砂、石用量，并通過(guò)試驗(yàn)和必要的調(diào)整，確定1 m3混凝土材料用量配合比。

2.2 原材料試驗(yàn)

1）水泥。選用P.O42.5級(jí)水泥，經(jīng)檢測(cè)該水泥符合GB 175—2007標(biāo)準(zhǔn)要求，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水泥物理力學(xué)指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果

2）粉煤灰。選用F類(lèi)Ⅱ級(jí)粉煤灰，所檢指標(biāo)符合DL/T 5055—2007中對(duì)Ⅱ級(jí)粉煤灰的技術(shù)要求，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 粉煤灰質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果 %

3）外加劑。選用HPC-GYJ高效引氣減水劑，所檢項(xiàng)目符合GB 8076—2008中的質(zhì)量要求，總堿量2.15%，密度1.135 g/cm3。

4）粗骨料。粗骨料為5～31.5 mm碎石，摻配比例參照GB/T 14685—2011中對(duì)5～31.5 mm碎石累積篩余規(guī)定的上下線(xiàn)范圍基礎(chǔ)上，通過(guò)最大緊密密度試驗(yàn)得到具體數(shù)值。試驗(yàn)結(jié)果表明，粗骨料各粒級(jí)摻合比例為20%（5～10 mm）、50%（10～20 mm）、30%（20～30 mm）的碎石緊密密度最大（1 610 kg/m），空隙率41%最小，為最優(yōu)摻配比例。

依據(jù)SL 352—2006對(duì)粗骨料的含泥量、泥塊含量、堆積密度、表觀(guān)密度、空隙率、針片狀顆粒含量、壓碎指標(biāo)、飽和面干吸水率等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，所檢指標(biāo)符合DL/T 5144—2001對(duì)粗骨料的品質(zhì)要求。篩分試驗(yàn)粗骨料篩分曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

5）細(xì)骨料。細(xì)骨料為天然中砂，所檢指標(biāo)符合DL/T 5144—2001對(duì)細(xì)骨料的品質(zhì)要求。該砂細(xì)度模數(shù)為2.87，篩分試驗(yàn)細(xì)骨料篩分曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖1 粗骨料5～31.5 mm篩分曲線(xiàn)

圖2 細(xì)骨料篩分曲線(xiàn)

2.3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.3.1 混凝土配制強(qiáng)度的確定

根據(jù)SL 352—2006水工混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，混凝土配制強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：fcu,o為混凝土配制強(qiáng)度，MPa；fcu,k為混凝土設(shè)計(jì)齡期的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度，MPa；t為保證率系數(shù)，由給定的保證率P選定；σ為混凝土壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。當(dāng)設(shè)計(jì)齡期為28 d，抗壓強(qiáng)度保證率P為95%時(shí)，取概率度系數(shù)t=1.645。

2.3.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)基本參數(shù)的選擇

1）水膠比。根據(jù)規(guī)范中最大水膠比要求，考慮到混凝土強(qiáng)度及抗凍等級(jí)要求，水膠比選擇范圍為＜0.50。每個(gè)標(biāo)號(hào)的混凝土，選取3個(gè)水膠比進(jìn)行比較選擇。

2）最優(yōu)砂率。根據(jù)選定的骨料，在水膠比和膠凝材料用量保持不變條件下改變砂率，當(dāng)混凝土拌合物坍落度最大時(shí)，所對(duì)應(yīng)的砂率為最優(yōu)砂率。在該配比案例中，選定0.43為基準(zhǔn)水膠比，單位用水量161 kg，粉煤灰摻量20%。當(dāng)減水劑摻量為2.0%時(shí)，通過(guò)試拌，砂率39%、40%、41%、42%、43%所對(duì)應(yīng)的坍落度分別為160、175、185、180、170 mm。由試拌結(jié)果看出：在滿(mǎn)足該混凝土工作性能要求下，水膠比0.43對(duì)應(yīng)的最優(yōu)砂率為41%。其他水膠比按該基準(zhǔn)水膠比±0.05，砂率±1%內(nèi)變動(dòng)。采用用水量不變的原則來(lái)調(diào)整膠凝材料用量，并在該幅度范圍內(nèi)選取配合比。

2.3.3 膠材用量的確定

混凝土的膠凝材料用量（mc+mp）、水泥用量mc和摻合料用量mp按下式計(jì)算：

式中：mc為每立方米混凝土水泥用量，kg；mp為每立方米混凝土摻合料用量，kg；mw為每立方米混凝土用水量，kg；pm為摻合料產(chǎn)量；w/（c+p）為水膠比。當(dāng)不摻加摻合料時(shí)，p、pm、mp均取0。

2.3.4 骨料用量的確定

砂、石料用量由已確定的用水量、水泥（膠凝材料）用量和砂率，根據(jù)“絕對(duì)體積法”計(jì)算。

2.3.5 混凝土性能指標(biāo)的檢測(cè)

1）混凝土抗壓試驗(yàn)?；炷脸尚?8 d后試塊強(qiáng)度及各指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 C30F150混凝土抗壓試驗(yàn)結(jié)果

2）混凝土抗凍試驗(yàn)?？箖鋈谠囼?yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。相對(duì)動(dòng)彈模量和質(zhì)量損失均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 C30F150混凝土抗凍試驗(yàn)結(jié)果

2.3.6 推薦配合比

根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，考慮到施工單位實(shí)際生產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)質(zhì)量控制要素多且復(fù)雜，具有起伏性，試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)混凝土性能保持足夠的富裕，并且還要考慮拌合物的坍落度。所以，推薦水膠比為0.43為參考配合比：每立方混凝土需用水泥300 kg，粉煤灰75 kg，外加劑7.5 kg，水161 kg，砂764 kg，5～31.5 mm碎石1 100 kg。測(cè)得初始坍落度為185 mm，40 min后坍落度為120 mm，混凝土含氣量4.8%，7 d強(qiáng)度29.3 MPa，28 d強(qiáng)度39.1 MPa。5～10 mm、10～20 mm、20～31.5 mm的石子比例為2∶5∶3。

3 施工配合比的調(diào)整方法及建議

當(dāng)施工條件與試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)條件不同時(shí)，以標(biāo)準(zhǔn)條件為準(zhǔn)，將實(shí)際用水量、骨料用量校準(zhǔn)到試驗(yàn)室設(shè)計(jì)配合比的用量，其目的在于準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)室配合比。當(dāng)氣候條件、拌合物運(yùn)輸條件及澆筑條件改變時(shí)，需對(duì)設(shè)計(jì)坍落度指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)砂的細(xì)度發(fā)生變化時(shí)，也需調(diào)整配合比。在進(jìn)行配合比調(diào)整時(shí)，必須保持水膠比不變，調(diào)整和換算的施工配合比經(jīng)校核正確后，才可以在施工中使用，確保嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)配合比，以保證混凝土拌合物質(zhì)量。