吳 火 兵

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

1 概 述

兩河口水電站規(guī)模巨大，混凝土設計總量約360萬m3，其中，二級配混凝土總用量約250萬m3。兩河口水電站骨料料源為砂板巖，骨料針片狀、類針片狀顆粒含量高[1]，導致骨料粒形及級配差，緊密堆積狀態(tài)下的空隙率整體偏大、比表面積大，吸水量大，混凝土單位用水量和膠凝材用量高，且會降低新拌混凝土施工性能、力學性能，不利于混凝土質量控制[2]。

2 研究目的

水工混凝土常用骨料主要劃分為5～20 mm、20～40 mm、40～80 mm及80～150 mm四種[3]。針對兩河口骨料粒形選擇受限的實際情況，在施工條件允許的情況下，研究通過擴展二級配混凝土骨料級配，適當增大最大骨料粒徑，改善骨料級配，降低骨料空隙率，減小用水量和膠凝材用量，從而降低水化熱溫升、降低混凝土開裂風險、降低工程造價，保障混凝土工程質量，擬研究分析將二級配混凝土調(diào)整為二級半混凝土(即骨料最大粒徑擴展至40～60 mm范圍)的技術經(jīng)濟可行性。

3 主要研究內(nèi)容及成果

3.1 采用的原材料

水泥為嘉華特種水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·MH42.5中熱水泥；粉煤灰采用貴州粵黔電力有限責任公盤南電廠生產(chǎn)的Ⅰ級F類粉煤灰；外加劑為江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的SBTJM-ⅡC型高性能減水劑及GYQ-1型引氣劑；粗、細骨料采用兩河口水電站前期砂石骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)的砂、板巖骨料，其中，40～60 mm粒徑骨料為試驗檢測中心從半成品料堆人工篩得。

3.2 骨料優(yōu)化組合試驗

良好的顆粒級配組合可以增加骨料堆積密度、降低空隙率，進而增加混凝土的密實度、節(jié)約砂漿，降低干縮開裂風險，改善混凝土抗?jié)B性能等。為優(yōu)選中、小石最優(yōu)比例組合，改善顆粒級配，降低混合骨料空隙率，根據(jù)水電工程常用骨料比例，結合Fuller級配曲線開展骨料優(yōu)化組合比選試驗，試驗結果見表1。由表1可見，5～20：20～40：40～60三種粒徑骨料比例為3∶3∶4時，緊密堆積密度為1 790 kg/m，在各種比例組合中最密實，空隙率較小，后續(xù)試驗以5～20∶20～40∶40～60=3∶3∶4比例組合開展研究。

3.3 混凝土配合比設計

根據(jù)兩河口水電站工程常用的混凝土強度等級，選取C30強度等級，坍落度70～90 mm，級配分別為二級、二級半(粗骨料最大粒徑擴展至40～60 mm)兩種開展混凝土配合比設計。

(1)初選配合比。粉煤灰摻量：兩河口水電站混凝土骨料有堿活性，粉煤灰摻量依據(jù)能夠有效抑制砂板巖骨料堿活性為原則，根據(jù)工程可研階段開展的試驗研究成果，粉煤灰摻量為20%[4]。單位用水量：根據(jù)工程經(jīng)驗，結合室內(nèi)試拌確定，本次試驗經(jīng)室內(nèi)試拌、調(diào)整，初步分別確定為125 kg/m3、140 kg/m3。砂率：結合骨料優(yōu)化組合試驗成果，根據(jù)室內(nèi)配合比試拌成果確定。經(jīng)室內(nèi)試拌、調(diào)整，初步確定0.45水膠比下的砂率分別37%、40%。外加劑摻量：根據(jù)生產(chǎn)廠家推薦摻量，含氣量控制在3.5%～5.5%，以坍落度滿足控制指標要求為原則。

表1 骨料摻配比例組合試驗結果

(2)混凝土配合比。在初步配合比試驗選定的參數(shù)基礎上，分別選擇0.45、0.5、0.55三個水膠比進行試拌，在滿足混凝土坍落度、和易性要求的條件下建立膠水比， 即抗壓強度關系，根據(jù)混凝土抗壓強度與膠水比關系，計算確定混凝土配合比后，經(jīng)試拌調(diào)整，開展混凝土性能復核試驗，確定常態(tài)C30混凝土配合比(表2)。

3.4 兩種骨料級配混凝土性能試驗

為進一步研究不同骨料級配對于混凝土性能影響，針對二級配和二級半混凝土之間差異開展了較系統(tǒng)的比較試驗，結果見表3。

3.5 二級半混凝土相關配套措施

根據(jù)兩河口水電站砂石系統(tǒng)及混凝土拌和系統(tǒng)的實際情況，如果應用二級半混凝土，需要采取以下工程措施：

(1)混凝土骨料加工系統(tǒng)改造。為增加40～60 mm大尺寸混凝土骨料，在混凝土骨料系統(tǒng)設計中增加相應40～60 mm大尺寸骨料篩分系統(tǒng)(相應粒徑的振動篩和輸送皮帶)及相應的成品骨料堆存料倉。

(2)混凝土拌和系統(tǒng)改造。對高線、低線2座混凝土拌和系統(tǒng)調(diào)整，增設40～60 mm大尺寸骨料存貯罐及相應的骨料上料、稱量系統(tǒng)。

3.6 二級半混凝土應用范圍研究

結合混凝土施工規(guī)范、設計要求，在滿足鋼筋保護層、鋼筋間距與骨料最大粒徑尺寸比例前提下，在投標階段混凝土澆筑方式不變的條件下，結合現(xiàn)場混凝土入倉、振搗等施工條件，研究確定二級半混凝土可應用的范圍主要是泄水建筑物各洞室襯砌及引水發(fā)電系統(tǒng)尾水洞及尾水連接管襯砌邊墻和底板，混凝土總量約50萬m3。

3.7 試驗成果分析

表2 混凝土配合比

表3 兩種骨料級配混凝土試驗結果

(1)配合比參數(shù)變化。兩種骨料級配下的混凝土單位用水量試驗結果顯示：二級半混凝土相對于二級配混凝土，由于骨料粒徑范圍的變寬，單位用水量降低15 kg；骨料表面積及其混合空隙率由于粒徑增加而降低，進而導致砂率降低。

(2)混凝土和易性。水工混凝土坍落度僅適用于骨料最大粒徑不超過40 mm[5]，本次試驗過程中坍落度和含氣量檢測了濕篩除40 mm以上骨料前后的對比試驗。濕篩除40 mm骨料顆粒后，混凝土含氣量檢測結果略呈增加趨勢，混凝土坍落度增加。但是，坍落度擴展度試驗結果不受影響，說明常態(tài)混凝土在保證相同和易性下，隨著粒徑范圍的變寬，混凝土施工性能未受顯著影響。從坍落度試驗過程來看，二級半混凝土黏聚性較好，無浸水、離析、板結等現(xiàn)象。

(3)混凝土強度。在相同水膠比(0.45)條件下，隨著骨料粒徑范圍的變化，混凝土抗壓強度、劈拉強度無顯著趨勢變化。

4 結 語

通過骨料優(yōu)化組合試驗、混凝土配合比設計、兩種骨料級配混凝土性能試驗、應用二級半混凝土相關配套措施及可應用范圍研究，對二級半混凝土代替?zhèn)鹘y(tǒng)二級配混凝土方案從經(jīng)濟、技術方面進行了綜合研究。

以0.45水膠比為基礎的C30常態(tài)混凝土，骨料粒徑由二級配擴展至二級半后，通過配合比參數(shù)適當調(diào)整，新拌混凝土和易性較好，混凝土強度未現(xiàn)明顯波動；隨著骨料粒徑的擴展，混凝土單位用水量減少15 kg，單位混凝土膠凝材料用量減少33 kg，對降低水化熱溫升、降低混凝土開裂風險、保障工程質量有利；在經(jīng)濟效益方面，二級半混凝土總量約50萬m3，水泥單價以500元/t估算，直接經(jīng)濟效益約700萬元，考慮到砂石加工系統(tǒng)及混凝土拌和系統(tǒng)改造等因素產(chǎn)生的成本投入估算約600萬元，經(jīng)濟效益基本可行。