加查水电站混凝土施工配合比优化设计

李庆虎

摘要：混凝土配合比设计和优化是保证混凝土工程质量和经济性的前提。本文结合西藏自治区加查水电站砂石拌和系统工程，对高海拔高寒山区混凝土施工配合比优化进行探讨，对类似环境工程施工提供参考试验资料。

Abstract： The design and optimization of concrete mix ratio are the prerequisites to ensure the quality and economics of concrete projects. This paper combines the gravel mixing system project of the Jiacha Hydropower Station in the Tibet Autonomous Region， discusses the optimization of the concrete construction mix ratio in high altitude and high cold mountainous areas， and provides reference test data for similar environmental engineering construction.

关键词：混凝土;配合比;优化设计

Key words： concrete;mix ratio;optimized design

中图分类号：TV544                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）36-0169-05

0  引言

加查水电站位于西藏自治区山南市加查县城上游约5.5公里处，为二等大（2）型工程，总装机容量360MW，混凝土总量约236万m3，其中导流工程约44.7万m3，主体工程约191.3万m3。加查水电站位于高原温带季风半湿润气候地区，根据该站实测资料统计，多年平均气温9.2℃， 极端最高气温和极端最低气温分别为32.0℃、-16.6℃，平均海拔3200m。

1  概况

中国水电八局加查水电站砂拌项目部根据2015年、2016年混凝土使用原材料及混凝土质量检测情况：拌和系统使用的所有原材料整体质量趋于稳定且满足规范、设计要求，实测混凝土抗压强度平均值均大于该标号配制强度值;拌和楼生产的C9015混凝土实测抗压强度高于该标号配制强度7.0MPa、C9020混凝土实测抗压强度高于该标号配制强度4.9MPa、C9025混凝土实测抗压强度高于该标号配制强度5.8MPa，均具有优化的富余空间，中国水电八局加查砂石拌和系统项目部试验室结合以往工程经验、现场混凝土强度实际情况及招标文件要求，针对当时使用的大坝主体工程90天龄期混凝土施工配合比开展了优化试验工作，首先必须确保混凝土抗压强度、力学性能、耐久性等指标满足设计规范要求，通过降低水泥用量来减小混凝土水化热，以提高主体工程混凝土质量，并适当降低工程造价成本。

2  混凝土原材料检测

2.1 水泥

试验用华新P·MH42.5中热硅酸盐水泥，检测结果符合《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》GB/T 200-2003标准要求，水泥的物理性能试验结果见表1、水泥化学分析试验结果见表2。

2.2 粉煤灰

试验用粉煤灰采用石嘴山Ⅱ级粉煤灰，物理性能试验见表3、粉煤灰化学分析试验结果见表4。

2.3 外加剂

试验外加剂采用四川长安育才建材有限公司生产的GK-3000聚羧酸高性能减水剂、GK-9A引气剂，减水剂检测结果见表5、引气剂检测结果见表6、外加剂匀质性检测结果见表7。

2.4 骨料

2.4.1 细骨料

试验用细骨料采用加查水电站中国水电八局砂石加工系统生产的砂，检测结果符合《水工混凝土施工规范》DL/T 5144-2015标准要求，品质检验结果、筛分试验结果及颗粒级配级配曲线见表8、表9、图1。

2.4.2 粗骨料

试验粗骨料采用加查水電站中国水电八局砂石加工系统生产的砂石料，粒径为：5～20mm、20～40mm、40～80mm、80～150mm，检测结果符合《水工混凝土施工规范》DL/T 5144-2015标准要求，粗骨料检测结果见表10。

2.4.3 粗骨料最佳级配

不同粒径良好的骨料级配组合，可以减小骨料空隙率，增大混凝土密实性，提高混凝土拌和物施工性能，降低水泥用量，减小水化热。根据《水工混凝土配合比设计规程》DL/T 5330-2015要求，对二级配、三级配、四级配不同掺配比例组合进行紧密堆积密度试验，粗骨料组合级配检测成果见表11。

根据表11检测成果，选择紧密堆积密度最大、空隙率最小的的骨料组合作为最佳掺配组合。推荐粗骨料最佳级配组合为：

二级配：小石：中石=40：60

三级配：小石：中石：大石=20：30：50

四级配：小石：中石：大石：特大石=20：20：30：30

3  混凝土配合比优化设计试验

混凝土配合比计算采用绝对体积法，混凝土含气量均按5.0%计算。试验用混凝土来自100L自落式混凝土搅拌机，搅拌时间150秒。

3.1 外加剂掺量选择

为研究外加剂不同掺量对混凝土性能的影响，进行了减水剂不同掺量与混凝土和易性及强度关系试验（引气剂掺量以满足含气量控制要求范围内为准）。采用华新

P·MH42.5水泥;石嘴山Ⅱ级粉煤灰;长安育才GK-3000减水剂、GK-9A引气剂。

试验采用三级配混凝土进行，水胶比选用0.55，混凝土含气量控制范围4.0%～6.0%，粉煤灰掺量按照设计确定的掺量30%进行，混凝土坍落度控制在50～70mm，不同减水剂掺量与混凝土性能试验结果见表12。

根据表12可以看出：

①采用华新P·MH42.5中热硅酸盐水泥，水胶比0.55，粉煤灰掺量选择30%，三级配混凝土坍落度控制在50～70mm，减水剂掺量在0.6%时，混凝土拌和物的和易性最佳，强度值最大，故推荐减水剂最佳掺量为0.6%。

②通过室内试验调整，长安育才GK-9A引气剂掺量为2.0/万时混凝土含气量能满足控制值4.0%～6.0%的要求，故确定长安育才GK-9A引气剂掺量为2.0/万。

3.2 混凝土单位用水量及砂率选择

砂率的高低对混凝土的和易性和单位用水量有比较大的影响。在水泥浆用量一定的前提下，若砂率过大，则骨料的总表面积及空隙率增大，相对减小起潤滑骨料作用的水泥浆层厚度，流动性相对减小。在保持混凝土拌和物流动性不变的前提下，则需增加水和水泥的用量。若砂率过小，砂浆量不足，使混凝土拌和物的流动性、粘聚性和保水性变差，影响混凝土强度、耐久性以及其它性能。因此砂率过大过小都不可以，必需经试验确定最优砂率。

本次二、三、四级配混凝土砂率基准试验条件为水胶比0.55，粉煤灰掺量选择30%，减水剂掺量选择0.6%，二级配混凝土坍落度控制在70～90mm、三级配混凝土坍落度控制在50～70mm、四级配混凝土坍落度控制在30～50mm，混凝土含气量均控制在4.0%～6.0%范围内，不同砂率试验结果见表13。

根据表13混凝土拌和物性能及抗压强度结果得出：

采用华新P·MH42.5中热硅酸盐水泥，水胶比0.55，粉煤灰掺量30%，减水剂掺量0.6%时，二级配混凝土坍落度70～90mm的最佳砂率为30%、三级配混凝土坍落度50～70mm的最佳砂率为26%、四级配混凝土坍落度30～50mm的最佳砂率为22%。

3.3 水胶比与强度关系试验

本次试验时，三级配混凝土坍落度控制在50～70mm，混凝土坍落度含气量控制在4.0%～6.0%范围内，粉煤灰掺量选择30%，混凝土拌和物及强度试验成果见表14。

根据表14混凝土水胶比与强度关系试验成果对28天混凝土抗压强度进行回归统计计算，其回归曲线结果见表15，胶水比与28天抗压强度关系曲线见图2。

4  推荐混凝土施工配合比

根据混凝土水胶比与抗压强度关系试验成果及线性回归方程，考虑原材料变化及混凝土设计技术指标要求和有益于仓面施工的原则，依据《水工混凝土施工规范》DL/T 5144-2015及《水工混凝土耐久性技术规范》DL/T 5241-2010综合选择确定各混凝土施工配合比水胶比等参数，推荐施工配合比见表16。

5  结语

通过以上所述的优化试验成果，在满足混凝土的和易性、耐久性（抗冻等级、抗渗等级等）的条件下，节约了胶凝材料和降低混凝土温控成本，指导了工程施工，取得了较好的技术经济效益。从应用的效果来看，加查水电站大坝无渗漏，工程质量优良，在类似地区施工中具有借鉴意义。

参考文献：

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[2]DL/T '5144—2015，水工混凝土施工规范[S].

[3]余永祯.建筑施工手册（冬期施工部分）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

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