云南省某水利工程挤压边墙混凝土配合比设计

高亚威，王 帅

(1.沈阳工学院，辽宁 抚顺 113112； 2.中国水利水电第六工程局有限公司，沈阳 110179)

0 前 言

挤压边墙混凝土是混凝土面板堆石坝固坡的一种施工技术，目前应用比较广泛。其主要施工工艺是与垫层料一同填筑，共同升高，并且做到与大坝填筑同步施工[1]。由于挤压边墙混凝土与垫层料一同施工，因而其弹性模量和渗透系数指标与垫层料接近。所以，为保证其施工质量，在施工中对其混凝土配合比应进行专门设计并加以控制。

1 工程概况

该工程位于云南省芒市坝田河(芒市大河右岸支流)流域的上游，由拦河大坝、输水隧洞、导流泄洪放空隧洞和溢洪道组成；其拦河大坝为混凝土面板堆石坝，该工程主要作用是灌溉，兼顾人畜饮水。

2 设计指标

挤压边墙混凝土的设计指标见表1。

表1 挤压边墙混凝土设计指标

3 原材料及中间产品质量检测

3.1 水泥

对用于配合比设计试验的水泥进行凝结时间、安定性和胶砂强度、烧失量等指标检测，该水泥由保山昆钢嘉华水泥建材有限公司生产的，强度等级为P·O42.5，所抽检的指标均符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007的标准要求。水泥各项性能试验成果表，见表2。

表2 水泥各项性能试验成果表

3.2 粉煤灰

对用于配合比试验的Ⅰ级F类粉煤灰进行需水量比、烧失量、三氧化硫、游离氧化钙等指标试验，该粉煤灰由大理诚康再生资源有限公司生产，试验时掺量为50%，抽检的各项试验结果均符合《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》DL/T5055-2007要求。粉煤灰试验成果表，见表3。

表3 粉煤灰试验成果表

3.3 砂石骨料

3.3.1 细骨料

采用芒市风平镇明杨采石场生产的机制砂，所检测的技术指标均符合《水工混凝土施工规范》SL677-2014要求。机制砂试验成果表，见表4。

表4 机制砂试验成果表

3.3.2 粗骨料

采用芒市风平镇明杨采石场生产的碎石，小石粒径为5-20mm，所检测的技术指标均符合《水工混凝土施工规范》SL677-2014及设计要求。小石物理性能试验成果表，见表5。

表5 小石物理性能试验成果表

3.4 外加剂

对用于试验的KR-12型速凝剂进行凝结时间、细度、1d抗压强度以及28d抗压强度比试验，速凝剂试验成果表，见表6。所检测指标符合《水工混凝土外加剂技术规程》DL/T5100-2014要求，其掺量为5.0%。

表6 速凝剂试验成果表

3.5 拌和用水

采用施工现场河水进行试配拌和。

4 配合比设计

根据有关规范要求，挤压边墙混凝土配合比在设计时应该考虑的因素有挤压机压力的大小以及混凝土的抗压强度和弹性模量[2]。因而设计时尽量考虑施工过程中挤压出的混凝土密实度能够与垫层料保持一致，且在满足渗透性要求的基础上，做到抗压强度和弹性模量最低，从而保证其能适应垫层料的变形，又可以承受一定的荷载和冲击。

4.1 混凝土配合比设计

4.1.1 选择胶凝材料用量

采用同一种骨料分别按3.5%、4.5%、5.5%、6.5%四个胶凝材料用量并掺加速凝剂配置混凝土。对每1种胶凝材料用量，按照最大干密度、最优含水率，成型试件，标准养护至规定龄期后进行立方体抗压强度试验并进行分析，得到胶凝材料用量-强度线性关系、水胶比-强度线性关系。

4.1.2 确定用水量

依据《土工试验规程》SL237-1999的相关条款，在室内采用轻型击实仪进行击实试验，并根据试验结果绘制胶凝材料用量与最优含水率，胶凝材料用量与最大干密度的关系曲线，通过曲线确定不同胶凝材料用量混凝土所对应的最佳含水率。

4.1.3 材料用量计算

根据确定的用水量、胶凝材料用量，依据《水工混凝土配合比设计规程》DL/5330-2005标准，采用“密度法”计算1m3混凝土中粗、细骨料的用量，其中砂与小石的比例按50∶50考虑，且混凝土密度假定ρd=2300kg/m3。

粗细骨料总量N=ρd-(W+C+F)；细骨料用量S=50%N；粗骨料用量G=N-S。

4.1.4 求出混凝土配合比

4.2 配合比试验与分析

4.2.1 干密度及含水率试验

根据《土工试验规程》SL237-1999标准，对不同胶凝材料用量、不同用水量情况下配制的混凝土进行干密度及含水率试验。不同胶凝材料用量、不同用水量情况下混凝土的干密度及含水率表，见表7，胶凝材料用量与最优含水率关系曲线，见图1。

表7 不同胶凝材料用量、不同用水量情况下混凝土的干密度及含水率表

图1 胶凝材料用量与最优含水率关系曲线

根据表7中的数据分别绘制胶凝材料用量与最优含水率的关系曲线，见图1，胶凝材料用量与最大干密度的关系曲线，见图2 。

4.2.2 混凝土抗压强度、弹性模量及渗透性试验

根据《水工混凝土配合比设计规程》DL/T5330-2005和《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》DL/5422-2009，通过确定的最优含水率进行混凝土的单位用水量、外加剂掺量等计算，进而完成每方混凝土中各种材料用量的计算。1m3混凝土中各种材料用量表，见表8。

图2 胶凝材料用量与最大干密度关系曲线

表8 1m3混凝土中各种材料用量表

根据表8中的数据，实验室内进行试拌，试拌量为50L，完成混凝土拌和物性能和力学性能的试验检测工作，即混凝土拌和物的干密度、混凝土立方体试件的1d、7d、28d抗压强度，混凝土试件的渗透系数、弹性模量试验。混凝土配合比试验成果表，见表9。

表9 混凝土配合比试验成果表

4.2.3 数据分析

依据表9中的数据进行胶凝材料用量与强度关系的回归分析，进行混凝土的水胶比与强度关系回归分析，得到两条关系曲线。胶凝材料用量与强度的关系曲线、混凝土水胶比与强度的关系曲线见图3和图4。

图3 胶凝材料用量与强度的关系曲线

图4 混凝土水胶比与强度的关系曲线

根据图4可以得出，混凝土的水胶比与强度(1d、7d、28d)之间呈线性关系，即可得到(1)、(2)、(3)式。

fcu.1=-3.05W/(C+F)+9.80 R2=0.9996

(1)

fcu.7=-2.49W/(C+F)+7.45 R2=0.9971

(2)

fcu.28=-1.42W/(C+F)+4.18 R2=0.9964

(3)

4.3 混凝土配合比确定

根据挤压边墙混凝土的配制强度利用式(3)以及《混凝土面板堆石坝挤压边墙混凝土试验规程》DL/T5422-2009的相关要求，即配合比应按各项技术指标满足设计要求的最小水泥用量加0.5%及最优含水率进行计算，能够得到满足设计及有关标准规范要求的混凝土配合比[3]。推荐的混凝土配合比表，见表10。

表10 推荐的混凝土配合比表

5 结 语

混凝土面板堆石坝中的挤压边墙是一种具有低强度、低弹模及半透水、连续的干硬性混凝土墙，是利用机械挤压力形成墙体，后期会对混凝土面板有较大的约束，使得面板出现裂缝等，因而，应严格控制其施工配合比以及按照设计及规范要求对其性能指标加以控制，本工程挤压边墙混凝土配合比在现场施工时效果良好。