石繼忠 許 亮

(浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310014)

0 引言

在水利工程施工中，特別是地下廠房式水電站，往往存在大量的骨料開采，為實現在投資上利益最大化，一般均會利用開采的骨料進行自生產混凝土，而在自建混凝土拌和系統(tǒng)中混凝土配合比設計是拌和系統(tǒng)的重要內容，一方面要針對自產骨料的物理、化學性能選定相適應的水泥及外加劑[1-3](減水劑、引氣劑等)，另一方面要在保證混凝土質量需滿足工程需求的前提下最大化的利用自產原材料[4-7]，節(jié)省投資。本文基于某抽蓄工程自建拌和系統(tǒng)的混凝土配合比設計進行了討論和分析，通過一系列的優(yōu)化措施最終確定了混凝土配合比，為工程開展提供了充分的技術支持。

研究電站位于福州市下轄的永泰縣白云鄉(xiāng)境內，與福州市直線距離37 km,屬于一等大(1)型工程，樞紐建筑物主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫及開關站等建筑物組成，總裝機容量1 200 MW；下水庫工程大壩混凝土量約22.42萬m3；另有地下廠房及邊坡防護擋墻等部位混凝土21.09萬m3，由于其石方開采量高達101萬m3，有用料能充分滿足混凝土拌制需求，因此本工程采用了自建砂石、拌和系統(tǒng)生產混凝土。下水庫大壩共有9個壩段，其平面布置圖如圖1所示，其壩前和壩后均為Ⅱ級配混凝土，而壩體內部為Ⅲ級配混凝土，且擋水面和迎水面及內部各級配混凝土強度不一，因此需要多個混凝土配合比。

1 混凝土配合比設計方案

根據圖1所示，為實現投資效益的最大化，本工程混凝土配合比設計遵循“金包銀”的設計思路，根據結構性能要求不同設計了多種級配和強度的混凝土，在壩前、壩后的擋水面采用C9025W8F50Ⅱ級配的混凝土，在結構內部采用C9015W4F50Ⅲ級配的混凝土，局部采用C9020W6F50Ⅱ級配的混凝土，在過流、沖刷面采用C9030W8F50Ⅱ級配的混凝土，同時根據施工需要設計了50 mm～70 mm,100 mm～120 mm和160 mm～180 mm等多種坍落度的配合比，同時為滿足其他部位混凝土施工需求又設計了一系列28 d齡期的配合比，具體設計要求見表1。

表1 混凝土配合比設計方案

1.1 原材料選取方案

本工程混凝土配合比采用的主要原材料包括：水泥采用“金?！盤.O42.5普硅水泥；骨料采用自建砂石系統(tǒng)生產的人工砂和粗骨料，其中粗骨料分5 mm～20 mm,20 mm～40 mm,40 mm～80 mm三種粒徑；外加劑主要有ART-JR緩凝型高性能減水劑(廠家推薦摻量為0.8%～1.2%，在配合比試驗時，根據坍落度不同要求，調整減水劑摻量)和ART-XY引氣劑(廠家推薦常態(tài)混凝土摻量為0.5%～1.0%，具體摻量視耐久要求經試驗確定)；粉煤灰為F類Ⅱ級散裝粉煤灰。

為檢驗混凝土原材料品質和各類材料對自產原材料的影響，本工程首先進行自產原材料人工砂和骨料的物理、化學性能檢測試驗，確定了其品質性能和級配關系；然后對購買的原材料(水泥、粉煤灰和外加劑)進行了物理、化學性能檢測，其次進行了各類外加劑和粉煤灰的摻量試驗方案，以選定合適的外加劑和粉煤灰摻量。

1.2 原材料的相容性試驗方案

本工程配合比試驗采用小型拌合機配合稱量系統(tǒng)進行配合比試驗開展，首先選取兩種外加劑判別其對水泥和粉煤灰的相容性，根據配合比設計矩陣表格進行了一系列混凝土拌和，并進行了7 d,28 d和90 d齡期的各類性能試驗；同時選取了C25W8F50 Ⅱ級配的混凝土進行室內拌和試驗和混凝土拌和時減水劑摻量擬定0.8%和1%兩種方案，引氣劑摻量擬定0.5%,0.6%,0.7%,0.8%,0.9%和1%六個摻量方案；最終在確定外加劑摻量后在9號壩段進行了現場生產性試驗，以確?；炷涟韬推焚|及在施工過程中的可行性，從而確定混凝土配合比設計的成果是否滿足要求。

2 混凝土配合比試驗成果

2.1 原材料性能分析

經過原材料物理、化學性能試驗，發(fā)現外購的原材料水泥、粉煤灰及外加劑原材料物理性能檢測結果均滿足要求，水泥28 d抗壓強度均滿足要求，對其進行化學性能檢測，發(fā)現檢測性能也滿足要求，且粉煤灰具有較高活性，而外加劑具備高效減水性能，在添加外加劑后能大量減少用水量，隨后對自產原材料進行了物理和化學性能分析，其檢測結果見表2，表3，對粗骨料進行了Ⅱ級配和Ⅲ級配混凝土的骨料組合，取得了最優(yōu)的組合成果，結果見圖2。

表2 人工砂和骨料物理性能檢測結果

表3 人工砂和骨料化學性能檢測結果

通過表2，表3發(fā)現自產原材料物理、力學性能滿足標準要求，而化學性能反應骨料存在一定的堿活性反應，需要通過摻粉煤灰來進行抑制，通過試驗分析確定粉煤灰摻量大于10%，同時通過強度檢測，15%摻量試拌水泥砂漿強度滿足要求，因此本工程粉煤灰摻量暫定15%。

通過骨料級配試驗，對比各比例下骨料的堆積密度、孔隙率及比表面積等參數，發(fā)現骨料表面積隨著小粒徑比例增加而增加，以堆積密度最大為首要因素，最終確定Ⅱ級配混凝土粗骨料組合為GS∶GM=40∶60，Ⅲ級配混凝土骨料組合最優(yōu)為GS∶GM∶GL=30∶30∶40。

2.2 原材料相容性分析

在確定原材料合格后，為進一步確定各原材料之間的相容性，確保施工可行性，通過在9號壩段進行生產性試驗確定了外加劑與水泥砂漿的相容性和外加劑對混凝土坍落度的影響成果，具體成果見表4，表5。

表4 外加劑與水泥砂漿的相容性

表5 外加劑對混凝土坍落度影響

通過表4，表5總結可得出本工程用減水劑后不論是水泥砂漿或摻粉煤灰的砂漿，其用水量均減少，減水率達到44%，而加引氣劑后在不影響減水劑的減水效果下提高了混凝土的含氣量，改善了混凝土的和易性，說明兩種外加劑相容性好，但由于用水量大大減少發(fā)現1 h后混凝土坍落度損失達到94 mm，超過了標準要求，不適用于現場施工，經過調整減水劑成分，增加其保坍落度成分最終經試驗確定采用8%摻量減水劑來降低坍落度損失，得出調整后減水劑其1 h后坍落度損失僅有25 mm，同時減水率滿足要求。

3 結語

1)自產砂石骨料在進行混凝土拌制時由于存在化學特性，需提前針對性的進行性能分析，以選定其所相容的外購原材料產品。

2)外加劑對混凝土性能影響較大，特別是高效的外加劑，其在滿足其自身性能要求時會帶來負面問題，如增加了混凝土坍落度損失，反而使得混凝土不適用于現場澆筑，有必要進行現場生產性試驗確定其拌制性能和成品性能。