九井岗水电站大坝混凝土配合比试验研究

张 健

（安徽省水利水电勘测设计院 合肥 230088）

1 概况

九井岗水电站大坝为常态混凝土抛物线双曲拱坝，最大坝高96.8m，为Ⅱ级建筑物，厚高比为0.176。大坝由坝体和溢流表孔和滑雪道组成，坝体C20混凝土15.90万m3，溢流堰及滑雪道C30混凝土0.56万m3。

坝体各部位混凝土的强度技术指标及各部位混凝土最大水灰比的限制见表1。

表1 混凝土强度技术指标及不同部位混凝土的最大允许水灰比值

2 原材料试验

为进行混凝土配合比试验，对水泥、粉煤灰、粗细骨料、骨料的碱活性、外加剂等原材料进行了一系列检测试验，试验情况如下。

水泥：试验用水泥为某公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥。通过对水泥的化学成分、品质检测，水泥的品质指标符合GB175-1999中规定的技术要求，但水泥细度较大，45μm筛筛余仅为0.4%，比表面积为3730cm2/g，各龄期水泥胶砂抗压强度超强较多，从水泥胶砂和新拌混凝土性能看，都有泌水现象，水泥的保水性能较差。

粉煤灰：试验用粉煤灰为某火电厂出品，检验结果表明该粉煤灰满足GB/T1596-2005以及《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》（DL/T5055-1996）中Ⅱ级灰的技术要求。采用选用的P.O42.5水泥，进行了不同粉煤灰掺量下的胶砂强度试验，粉煤灰选用4个掺量，分别为10%、20%、30%和40%。试验结果表明，随粉煤灰掺量的增加，胶砂抗压和抗折强度在降低，但抗折强度的下降比例低于抗压强度；当粉煤灰掺量在20%以内时，胶砂强度下降较低。粉煤灰掺量超过30%后，强度下降较快，当粉煤灰掺量为40%时，28d龄期砂浆的抗压和抗折强度分别为42.1MPa和7.9MPa，强度比分别为0.69和0.82。

骨料：试验用细骨料为天然河砂。粗骨料为花岗岩人工碎石，分为三个级配，粒径分别为5～20mm（小石）、20～40mm（中石）、40～80mm（大石）。

砂料含泥量为0.61%，细度模数2.70，由于砂料风化比较严重，饱和面干吸水率偏大，达2.52%。砂料筛分试验及物理性能检测，细骨料河砂满足《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）的技术要求。

粗骨料的物理性能检测检测结果表明小石（5～20mm）级配较差，含量偏高，10mm方孔筛筛余量为25.6%，超出规范要求。另外，片状含量偏高。

碱活性检验：对工程采用的天然砂和人工花岗岩骨料都进行了碱活性检验。试验采用“砂浆棒快速法”，水泥采用标准水泥，检验结果表明采用的天然砂和人工花岗岩粗骨料均为非活性骨料。

外加剂：减水剂共选用两款，分别为某建材有限公司生产的HT-3型缓凝高效减水剂和某厂生产的缓凝高效减水剂（简称为“HN”），根据检测结果：HT-3型缓凝高效减水剂的减水率较低，仅为10.8%，属于合格品，为低浓型萘系缓凝高效减水剂。HN型的减水率为17.9%，也为低浓型萘系缓凝高效减水剂，缓凝组分掺量较多，其凝结时间差比对比样延长近6h，不满足《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-1999）的技术要求，为超缓凝型，终凝时间过长。试验选用HT-3型缓凝高效减水剂。

引气剂为某混凝土外加剂有限公司生产的ZX-YQ型引气剂，技术指标满足要求。

3 混凝土配合比优选试验

配合比优选试验的目的是在满足坝体结构要求的强度、耐久性和施工和易性的条件下，通过试验优化选择各设计强度等级混凝土的配合比参数，经济合理地确定每立方米混凝土中各组成材料的用量。混凝土配合比的参数包括水灰比、用水量、砂率、骨料级配、外加剂掺量以及粉煤灰掺量等。

混凝土配合比的优化设计依据《水工混凝土配合比设计规程》（DL/T5330-2005），配合比计算采用绝对体积法，含气量按3%计算，砂石骨料以饱和面干状态下的质量计算。

混凝土分为坝体三级配常态混凝土（C20）和溢流表孔、滑雪道等抗冲刷部位的三级配常态混凝土（C30）。各级混凝土的配制强度根据强度保证率系数，按下式计算：

fcu，o＝fcu，k＋tσ

各部位混凝土的标准差及混凝土的配制强度：大坝常态混凝土，三级配、设计指标为C2820W6F50、保证率为95%、标准差为4.0MPa、配制强度为26.6MPa；溢流表孔、滑雪道等抗冲刷部位，三级配、设计指标为C2830W8F100、保证率为90%、标准差为5.0MPa、配制强度为36.4MPa。

3.1 用水量

混凝土的用水量采用试拌法确定，固定骨料级配、外加剂掺量和粉煤灰掺量，调整用水量使混凝土的坍落度满足施工要求。通过试拌，确定设计强度等级为C20的混凝土的用水量为120kg/m3，设计强度等级为C30的混凝土的用水量为124kg/m3。

3.2 最优砂率

最优砂率采用试验法确定，通过试验选取。试验时固定混凝土用水量、水灰比、外加剂掺量和粗骨料级配等参数，通过测试不同砂率下混凝土的坍落度值，观察其工作性以及振动泛浆情况等，选择坍落度值大、和易性好的一组作为最优砂率。通过试验，选定两种设计强度等级混凝土的最优砂率均为29%。

表2 28d龄期抗压强度与水灰比的关系

3.3 粗骨料级配

粗骨料级配通过新拌混凝土的性能试验调整确定，试验选择三个级配进行试验，大石∶中石∶小石比例分别为4∶3∶3、5∶3∶2 和 5∶2.5∶2.5，用水量均为 118kg/m3，水灰比均为0.5，砂率为29%和31%，从新拌混凝土看，三个粗骨料级配对混凝土的和易性影响差别不大，塌落度为3.0～3.2cm，含气量为3.7～5.0。推荐粗骨料最优级配采用4∶3∶3（堆积密度最大，达到1770kg/m3，空隙率最小，为34.1%）。

3.4 水灰比和粉煤灰掺量

混凝土的最大水灰比和粉煤灰最大掺量首先要满足耐久性要求，其次满足强度设计要求，取其中的较小值作为推荐配合比参数。试验选择3个水灰比、2个粉煤灰掺量，根据不同龄期混凝土的抗压强度与水灰比的关系，以及抗冻和抗渗耐久性试验结果，确定C20混凝土的最大水灰比为0.55，粉煤灰最大掺量为30%，C30混凝土的最大水灰比为0.55，粉煤灰最大掺量为20%。混凝土不同龄期抗压强度与水灰比的回归关系见表2。

依据表2中28d龄期抗压强度与水灰比的回归分析方程计算，28d龄期达到配制强度的水灰比分别为0.570和0.513，参照表1对不同部位混凝土水灰比的限制，对水流冲刷部位的C30混凝土，推荐试验的水灰比为0.45，考虑到粉煤灰为Ⅱ级灰，推荐掺量为20%；对大坝混凝土，考虑到耐久性要求，以及本次试验用水泥强度超强较多，推荐试验的水灰比为0.53，粉煤灰掺量为30%，该配合比用于大坝水下及基础部位（210m高程以下）和水上部位（229m高程以上），水位变化区（210～229m高程）可采用水灰比0.50，粉煤灰掺量30%。推荐的各部位混凝土配合比见表3。

表3 各部位混凝土配合比

4 结语

九井岗水电站大坝从2007年底开始混凝土浇筑，至2010年初结束。施工期间未能做冻融和抗拉、抗折试验，也未能大范围进行实体强度回弹和抽芯检测，仅从混凝土拌合性能和试块抗压强度看，混凝土的和易性和保水性和试验情况基本相似，所选配合比基本满足设计要求。C20混凝土试块强度值为20.2～25.4MPa，推算保证率为95.5%～98%，标准差为 1.23～1.29 MPa；C30混凝土试块强度值为 31.01～33.0MPa，推算保证率为96%～98%，标准差为0.44～0.86MPa。混凝土试块强度未出现超强较多情况，主要原因是：骨料和砂料未能达到试验样品要求，砂料不是从设计选定料场而是从雷公井库尾取料，库尾砂料含泥量为1.1%～2.2%，部分含有泥块、杂物等，虽采取过筛处理，但未能彻底清除，而且细度模数只有2.4左右；骨料为泄洪隧洞洞挖料和坝基开挖料的加工料，针片状含量偏大，粗骨料未能冲洗干净，含泥量为0.6%～0.7%。由于温控措施较为得当，大坝混凝土未出现大的开裂情况，混凝土的耐久性有待在运行中进一步检验