C25F50W8混凝土面板配合比设计研究

赵 晋，严 江

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

混凝土面板堆石坝施工方便、工期短、运行安全、抗震性好，对地形地质条件适应性强，作为坝型选择具有很大的优势，其构造由上游面板、垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区组成，其中上游面的混凝土面板起防渗作用，是整个坝型的安全运行的基础。在工程应用中，刚性的钢筋混凝土面板要想充分发挥其防渗防裂抗冲刷的作用，进行混凝土的配合比设计研究是十分必要的。

太湖水库工程坝址位于江西省赣州市，为中型水利枢纽工程，库容2384×104m3。枢纽工程由钢筋混凝土面板堆石坝、溢洪道、输水隧洞、上坝公路等组成。按照设计要求，堆石坝的面板混凝土技术要求为C25F50W8，抗冻要求相对较低。故采用室内配合比试验对原材料进行检测，设计成型混凝土试件约160组，并对其进行劈裂抗拉强度、抗压强度、抗渗性能、抗冻性能的耐久性试验。

1 原材料检测

1.1 拌和用水

拌和用水来自生活区地表水源，检测结果符合《水工混凝土施工规范》（SL 677-2014）标准要求，其检验结果见表1。

表1 水质分析检验结果

1.2 水泥

水泥采用江西瑞金万年青水泥有限责任公司生产的万年青牌P·O42.5普通硅酸盐水泥，其物理力学性能指标符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）要求，检验结果见表2。

表2 水泥物理力学性能检验结果

1.3 粉煤灰

粉煤灰为永安市荣达建材有限公司生产，检验项目的检测结果符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）中I级粉煤灰要求，检验结果见表3。

表3 粉煤灰的检验结果

1.4 细骨料

细骨料选用赣州市于都县于都砂场生产的天然砂，从细骨料检测试验结果看，该砂颗粒级配良好，属于Ⅱ区，细度模数2.58，中砂，各项指标均满足《水工混凝土施工规范》（SL 677-2014）要求。

表4 细骨料各项性能的检验结果

1.5 粗骨料

粗骨料采用太陂村石料场生产二级配碎石，粒径分别为5 mm～20 mm、20 mm～40 mm。从试验结果可以看出，技术指标满足《水工混凝土施工规范》（SL 677-2014）要求。粗骨料各项试验结果见表5～表7。

表5 粗骨料密度试验结果

表6 粗骨料各项性能试验结果

表7 粗骨料筛分试验结果

1.6 外加剂

外加剂由山西格瑞特建筑科技股份有限公司生产，GRT-S型高效减水剂，掺量为1.2%，引气剂为GRT-AE型，其掺量为0.05%，二者的减水率和含气量的检测结果符合《混凝土外加剂技术规程》(DL/T 5100-2014)的规定要求，见表8。

表8 外加剂检测试验结果

1.7 纤维

聚丙烯纤维选用的是武汉市中鼎经济发展有限责任公司生产的聚丙烯单丝纤维，直径30 μm，规格19 mm。掺入聚丙烯纤维可以改善混凝土力学性能，提高抗裂性能和抗冲磨性能，可减少混凝土面板裂缝的产生。

2 配合比设计

2.1 强度计算

面板混凝土的配制强度根据《水工混凝土试验规程》(SL 352-2006)，强度保证率取95%时，保证率系数t为1.645；设计龄期的抗压强度为25 MPa时，混凝土抗压强度标准差为4.0 MPa，根据配制强度公式，经计算得混凝土施工配制强度为31.6 MPa。

2.2 配合比设计

面板混凝土配合比中，二级配碎石的比例通过最佳紧密堆积密度试验确定，选取小石：中石＝45∶55。

面板混凝土的其他试配参数范围如下：坍落度30mm～70mm，含气量3.5%～5.5%，水胶比0.40～0.55，减水剂掺量1.0%～1.3%，P17、P18组减水剂掺量1.2%，其他掺量为1.3%，引气剂掺量0.05%；混凝土用水量155 kg/m3～170 kg/m3，砂率38%～41%，粉煤灰掺量20%～25%，聚丙烯纤维的试验掺量按照生产厂家的推荐掺量1.0 kg/m3确定。

按不同水灰比、不同砂率、不同粉煤灰掺量和1.0%纤维掺量进行排列组合多组试验，选择其中八组比较分析，见表9。

表9 C25F50W8面板混凝土配合比试验

3 试验成果

3.1 拌和物及强度结果

室内混凝土拌和严格按照规范规程的要求进行，从拌和试验结果来看，混凝土用水量大致保持在158 kg/m3～168 kg/m3之间时，混凝土的坍落度大多集中在30 mm～80 mm之间，其试验结果的测值可以满足面板混凝土的坍落度要求。引气剂掺量在0.05%时，混凝土含气量的测值最小3.5%，最大4.2%，根据规范设计要求，混凝土含气量应在3.5%～5.5%之间，其试验结果的测值可以满足混凝土要求的含气量指标。

从混凝土抗压强度试验结果来看，混凝土试件的7 d抗压强度均大于20 MPa，28 d抗压强度均大于30 MPa，可以满足混凝土抗压强度的设计要求。

从混凝土劈裂抗拉强度试验结果来看，水胶比0.45（P-18组、P-22组）、水胶比0.50（P-19组、P-23组）的混凝土试件3 d劈裂抗拉强度均大于1.25 MPa，7 d劈裂抗拉强度大于1.58 MPa，其中，水胶比0.45的混凝土试件，3 d劈裂抗拉强度值优于水胶比0.50的混凝土试件，在28 d的混凝土劈裂抗拉强度值的差别相对明显，水胶比0.45的混凝土试件劈裂抗拉强度值则在2.70 MPa上下。混凝土拌和物性能指标及强度结果见表10。

表10 C25F50W8面板混凝土强度试验结果

3.2 面板混凝土耐久性指标试验

混凝土的耐久性试验检测其抗渗性能和抗冻性能，重点检测水胶比为0.50的P-19、P-23组。抗渗试验采用逐级加压法，压力加至0.8 MPa后8 h内,6个试件表面均未出现渗水，表明抗渗等级大于W8，满足设计要求。抗冻试验采用快速冻融法，冻融循环至50次时，相对动弹性模量大于初始值的60%，质量损失率小于5%，试验结果表明抗冻等级大于F50，满足设计要求。检测结果见表11。

表11 C25F50W8面板混凝土耐久性试验结果

4 推荐配合比

结合混凝土前期试验及后期耐久性试验项目的检测结果，提出设计等级C25F50W9的面板混凝土配合比，主要参数水胶比0.45，砂率39%，用水量158 kg/m3。其他参数及各材料用量见表12。该配合比在现场使用时可以根据实际情况进行调整。

表12 推荐的面板混凝土配合比

5 结论及建议

5.1 原材料的选择

水泥采用P·O42.5普通硅酸盐水泥，水泥的碱含量应符合有关标准要求。

粉煤灰的品质对混凝土较为敏感，本试验用粉煤灰为Ⅰ级灰，这对改善混凝土拌和物的和易性较为有利，对提高混凝土后期的强度、抗渗性能、降低混凝土中的水化热及抑制混凝土中的碱活性等也有一定帮助。

砂石骨料应保证其品质要求，特别是砂石骨料中含泥量指标对混凝土的品质及工作性能影响较大，应严格控制砂石骨料的含泥量。细骨料宜选用质地坚硬、洁净、级配良好的天然中砂，粗骨料宜选用质地坚硬、级配良好的人工碎石。

掺用的引气剂和高效减水剂具有相容性，以保证混凝土达到抗冻性能指标。

5.2 拌和及养护

在实验室混凝土搅拌时间为90 s～120 s左右，为充分发挥混凝土外加剂的效用，在现场拌和配制混凝土时可相应进行调整，以保证混凝土的工作性能。

在实验室混凝土的坍落度范围在40 mm～70 mm左右，现场采用溜槽输送混凝土时，坍落度应满足施工要求，溜槽入口处的坍落度宜控制在30 mm～70 mm。

由于混凝土中掺有粉煤灰掺合料，混凝土的早期强度较低，拆模时间可适当调整延长。混凝土的早期养护十分重要，否则容易产生开裂，应采取保湿和保温养护措施，直到蓄水为止，或至少90 d。