三湾水利枢纽工程混凝土配合比试验研究

董 冰，沈继承，徐永江

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006）

三湾水利枢纽位于瑷河干流下游，是瑷河流域规划中的重要枢纽工程，控制流域面积5 869 km2，主要承担丹东市城市供水为主，兼顾发电，并为丹东城市供水安全提供保障。水库总库容1.29亿 m3，兴利库容 0.35亿 m3，规模为大(2)型，工程等别为Ⅱ等。

工程建成后，2025年可为丹东市提供工业和生活用水量56.30万t/d，电站总装机容量1.6万W，多年平均发电量4 080万kW·h。

1 试验内容

在大体积混凝土工程中，为满足混凝土设计强度、耐久性、抗渗性等要求以及和易性的需要，应进行混凝土配合比优选试验。受丹东市三湾水利枢纽及输水工程建设管理局的委托，辽宁省水利水电勘测设计研究院试验检测中心承担该工程的混凝土骨料质量检测及混凝土配合比试验工作。

1.1 原材料试验

（1）砂（本地河砂）。表观密度、堆积密度、孔隙率、颗粒级配、细度模数、饱和面干吸水率、有机质含量、含泥量、泥块含量、坚固性、轻物质含量。

（2）石（本地卵石）。（5～20，20～40，40～80 mm）堆积密度、分级密度、表观密度、孔隙率、颗粒级配、饱和面干吸水率、含泥量、泥块含量、压碎指标、有机质含量、超逊径含量、针片状含量、软弱颗粒含量、坚固性。

（3）水泥试验。抗折强度、抗压强度、凝结时间、安定性、稠度、细度。

（4）外加剂（辽水禹泰LSYT引气高效减水剂）。减水率、含气量、泌水率比、凝结时间差、3，7，28 d抗压强度比、对钢筋锈蚀作用、收缩比。

1.2 水泥品种

采用抚顺水泥厂生产的浑河牌中热硅酸盐水泥PHM42.5级和本溪水泥厂生产的工源牌PO42.5级普通硅酸盐水泥。

1.3 混凝土配合比试验

混凝土配合比试验采用工程所用的各种原材料，依据相关规范要求，提出不同分区部位优选的混凝土配合比。并分别测定混凝土拌和物的性能（坍落度、含气量、密度）及混凝土的28，90 d的力学性能（抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量）及耐久性能（抗冻性、抗渗性）。

配合比设计要求：丹东市水利枢纽工程设计按不同分区提出5种标号的混凝土配合比，混凝土配合比设计密度2 400 kg/m3。其抗压强度指标4种，抗渗指标1种，抗冻指标3种，见表1。

2 试验仪器设备

（1）抗压设备：TSY—2000型恒加载压力试验机、WE—600B万能试验机、TSY—300型恒加载水泥压力试验机、PH—4.0型自动调压混凝土抗渗仪、KTJ—500型电动抗折试验机；

表1 丹东市水利枢纽工程混凝土配合比试验要求表

（2）其他设备：60 L 混凝土搅拌机、800×800振动台、NJ—160水泥净浆搅拌机、JJ—5水泥胶砂搅拌机、ZTPO型（ISO）水泥胶砂振实台；DT—12动弹模量测定仪、TDR型混凝土快速冻融机、PS—6型钢筋锈蚀测量仪等仪器。

3 试验内容和结果

（1）砂率的选择

砂率对混凝土拌和物的流动性及粘聚性有较大的影响，所以在配合比设计时，按有关标准和通过试验来确定最佳砂率。所谓最佳砂率，就是在水泥用量及用水量一定的情况下，能使混凝土拌和物获得最佳的流动性，并且能保持粘聚性和较好的保水性时的砂率值。

试验是按二级配和三级配混凝土通过拌和物试验选择砂率的。单位用水量和水泥用量不变，同时外加剂掺量不变，共拌制5组混凝土拌和物，通过试验分别测定坍落度，观察比较粘聚性与保水性。试验结果表明，B1-3砂率选用27%、B2-1砂率选用26%、B4-1砂率选用25%、B5-2砂率选用33%，水灰比为 0.43，0.47，0.41，0.40 时的坍落度值最大，而流动性良好。

（2）外加剂的选择

结合三湾水利枢纽工程具体情况并征得委托方的同意，选用辽水禹泰LSYT引气高效减水剂。经过对外加剂试验均符合GB8076—1997标准要求，其掺量与胶凝材料质量比为1%

4 混凝土配合比试验有关参数的选择

混凝土配合比所用的骨料为丹东当地天然料场的卵石。试验时骨料的级配通过比较试验确定。见表2。

表2 卵石级配

三级配采用 30∶30∶40，二级配采用 40∶60。

（1）配制强度的确定

所谓配制强度就是根据设计混凝土标号，考虑施工技术水平，计算出配合比设计所要达到的强度。计算公式为：

式中 fCU.O—混凝土配制强度，MPa；fCU.k—混凝土设计强度等级值，MPa；σ—标准离差，MPa；t—保证率系数，根据施工控制水平而定。

根据当地和施工控制水平和已有的工程经验，试验时保证率取95%时t取1.645。由于无历史统计资料强度标准差，根据设计龄期混凝土抗压强度标准值，取混凝土抗压强度标准差，计算结果见表3。

表3 各部位混凝土配制强度

（2）原材料（粗细骨料和水泥）试验

由试验结果得出三湾水利枢纽工程天然料场的砂子细度模数和表观密度略小，卵石表观密度随着级配增加而略有增大。由于砂子的细度模数和表观密度略小，对混凝土配合比设计的含砂率略有减小。试验结果满足设计要求。

5 混凝土配合比试验结果

丹东市水利枢纽工程设计按不同分区提出5种标号的混凝土配合比见表1，实际试验安排17组配合比，两组常态、15组掺外加剂，以便从中选优。

混凝土配合比试验结果表明：混凝土表观密度大部分达到2 400 kg/m3；抗渗性能很好，均满足且超过设计要求；抗冻结果全部合格；抗压强度随着单位胶凝材料总量的减少而降低，一般认为有抗冻要求的混凝土，抗冻标号多成为混凝土的控制指标。本次试验由于掺入引气高效减水剂，明显地提高了抗冻性能，但相应的降低了混凝土强度，所以在抗冻标准满足各类混凝土设计要求的情况下，抗压强度成为选择混凝土配合比的控制指标。从混凝土配合比试验成果来看，满足坝体上游面混凝土配制强度的只有B1-3的配合比；满足坝体下游上部、坝体下游下部混凝土配制强度要求的有6组配合比，虽然抗冻要求不同，而强度指标是一致的，均为R90150，其配制强度21.6 MPa，为节省水泥和设计的工作量，推荐B2-1为坝体下游上部、坝体下游下部的混凝土配合比；满足坝墩、堰面、消力池的混凝土配制强度的只有B4-1配合比；满足电站上部混凝土配制强度的只有B5-2配合比。如原材料发生变化，需要重新试验论证。不同分区混凝土配合比列见表4。

表4 丹东市三湾水利枢纽工程不同分区混凝土推荐配合比