云南省昭通市混凝土面板堆石坝面板混凝土配合比应用研究

鲜光伟，张胜勇，季兴船

(1.昭通市水利水电勘测设计研究院，云南 昭通 657000；2.昭通市润源建设工程质量检测咨询有限公司，云南 昭通 657000)

0 前言

混凝土面板堆石坝是从上个世纪末开始兴起的新型筑坝技术，面板是混凝土面板堆石坝的关键结构，混凝土抗压强度是混凝土面板设计时考虑的主要指标之一；由于受施工技术限制，面板混凝土目前仍然采用罐车运输、溜槽入仓、无轨滑模施工，工艺传统而复杂，影响混凝土质量的因素较多，混凝土抗压强度波动较大。收集云南省昭通市13座混凝土面板堆石坝工程验收鉴定资料统计表明(见表1)，面板混凝土配合比水泥最大用量369.0 kg、平均用量302.6 kg，胶凝材料最大用量424.1 kg、平均用量376.0 kg；平均每个大坝的面板存在40条裂缝、最多的有92条裂缝。云南省昭通市13座混凝土面板堆石坝工程实践表明，优质的面板混凝土配合比对保障面板质量非常重要[1]。

本文从降低面板混凝土配合比水泥用量减少水化热，降低胶凝材料用量减少收缩，从而降低面板混凝土开裂风险；提高面板混凝土强度增强面板抗裂能力两个方向着手，结合洗羊塘水库工程施工条件、混凝土原材料情况，开展面板混凝土配合比应用研究，为昭通市混凝土面板堆石坝面板混凝土配合比设计积累试验数据和经验，为同类工程提供借鉴和参考。

混凝土抗压强度指标，具体见表1。

表1 13座面板堆石坝面板混凝土配合比及抗压强度统计表

续表1

1 工程概况

洗羊塘水库位于昭通市巧家县药山镇洗羊塘村，大坝形式为混凝土面板堆石坝，坝顶高程3126.5 m，坝顶全长280 m，顶宽6 m，最大坝高45.5 m。工程建设所需块石、碎石、砂、水泥、外加剂、粉煤灰等原材料均由外购供应。洗羊塘水库工程位置海拔高,冬季时间长，特别是11月中旬左右出现冰凌天气，对工程施工质量控制影响很大，建设风貌见图1。

图1 洗羊塘水库建设风貌

1.1 施工措施

洗羊塘水库面板混凝土在混凝土拌合站出机后，采用混凝土罐车运输到坝顶，在用溜槽输送仓面，无轨滑模施工。混凝土罐车运输最大距离300 m，溜槽最大溜距75 m。混凝土搅拌出机后，历经罐车运输、收料斗入槽、溜槽输送、仓面布料等过程。

1.2 混凝土指标

(1)《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL 228-2013)规定粉煤灰质量等级不宜低于Ⅱ级，掺量宜为15%～30%。

(2)《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008)规定，强度等级为C25的配筋混凝土耐久性要求最小水泥用量260 kg/m3，当混凝土中加入优质活性掺合料或能提高耐久性的外加剂时，可适当减少最小水泥用量。

(3)《洗羊塘水库施工技术要求XYT-03面板和趾板混凝土施工技术要求》要求：混凝土强度等级C25、抗渗等级W10、抗冻等级F200、强度保证率大于95%，水胶比不大于0.50。

1.3 混凝土原材料分析

(1)外加剂检验结果见表2。

表2 外加剂检验结果表

(2)水泥检验结果见表3。

表3 水泥检验结果表

(3)粉煤灰检验结果见表4。

表4 粉煤灰检验结果表

2 试验配合比设计和分析

2.1 配合比设计思路

组成混凝土的材料有粗骨料(中石和小石)、细骨料、胶凝材料(水泥和掺合料)、拌和水、外加剂，其中影响混凝土和易性的主要是浆体含量。浆体是由胶凝材料与拌和水组成，其中细骨料中小于0.08 mm的颗粒与水拌和后可形成浆体改善混凝土的和易性，因此通过提高砂率，可以降低胶凝材料的用量。

混凝土的抗压强度、抗渗等级、抗冻等级存在正相关关系，水胶比是影响混凝土抗压强度的因素之一，选择最佳的外加剂组合，能有效降低混凝土的拌和用水量，降低水胶比，提高混凝土强度。

基于以上特点，混凝土配合比设计思路如下：

(1)考虑外加剂与拌和水，粉煤灰与水泥，砂率(粗骨料与细骨料)3个组合影响因素。

(2)配合比参数选取原则，提高混凝土配制强度及保证率；降低混凝土用水量，降低水泥用量；提高砂率，降低总胶凝材料用量。

(3)配合比试配，根据试配混凝土工作性能和硬化性能指标，调整配合比参数。

2.2 配合比试配

参考昭通市同类工程施工配合比参数和实施后的混凝土抗压强度统计结果以及洗羊塘水库工程概况和面板施工措施，洗羊塘水库面板混凝土配合比参数选取如下：

(1)配制强度大于或等于“13座面板堆石坝面板混凝土配合比及抗压强度统计表”平均抗压强度的最大值(40.1 MPa)；

(2)混凝土保证率大于或等于“13座面板堆石坝面板混凝土配合比及抗压强度统计表”的平均值(97.7%)；

(3)水泥用量小于或等于“13座面板堆石坝面板混凝土配合比及抗压强度统计表”的最小值(267.0 kg)；

(4)胶凝材料用量小于“13座面板堆石坝面板混凝土配合比及抗压强度统计表”的最小值(325.1 kg)。

洗羊塘水库面板混凝土配合比基本参数见表5。

表5 配合比参数表

根据配合比参数，调整砂率、小石比例、水胶比、粉煤灰掺量、外加剂组合及掺量进行多次试配，制作试件，检测混凝土抗压强度。

2.3 配合比分析

(1)试验配合比混凝土抗压强度检测结果分析，见图2。

图2 试验配合比试配抗压强度分析

试验配合比混凝土抗压强度平均值40.8 MPa，最小值37.6 MPa，保证率大于99.9%。

(2)试验配合比胶凝材料、水泥用量用量分析，见图3。

图3 试验配合比试配胶凝材料分析

试验配合比混凝土胶凝材料总量平均值355.9 kg，最小值305.1 kg；水泥用量平均值280.2 kg，最小值243.3 kg。

2.4 推荐试验配合比参数

综合考虑胶凝材料、水泥用量，以及《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008)规定，强度等级为C25的配筋混凝土耐久性要求最小水泥用量260 kg/m3，推荐洗羊塘水库面板混凝土试验配合比见表6。

表6 面板混凝土试验配合比

推荐的配合比混凝土抗压强度检测结果为41.0 MPa，抗渗等级检测结果为>W10，抗冻等级检测结果为F200，强度保证率大于99.9%。

3 工程实施效果

施工单位根据推荐的试验配合比确定施工配合比，经业主、设计、监理批准后施工，共浇筑了4493 m3混凝土，期间未发生混凝土离析、漏浆、泌水现象，施工现场混凝土状态见图4。

图4 施工现场混凝土状态

3.1 硬化混凝土性能检测

根据取样的混凝土检测数据，面板混凝土抗压强度检测结果见表7，混凝土耐久性检测结果见表8。

表7 混凝土抗压强度检测结果

表8 混凝土耐久性检测结果

3.2 混凝土缺陷检测

根据洗羊塘水库工程面板分部验收鉴定结果，面板裂缝缺陷为0。

3.3 混凝土质量分析

按浇筑日期绘制面板混凝土生产质量控制图，见图5；混凝土抗压强度分析结果见表9。

图5 混凝土生产质量控制图

表9 混凝土抗压强度分析结果

根据混凝土抗压强度分析结果，洗羊塘水库面板混凝土总结如下：

(1)混凝土抗压强度极差16.3 MPa，面板混凝土抗压强度波动大，提高施工水平可以进一步提高面板混凝土质量。

(2)混凝土抗压强度最小值29.7 MPa，达到设计强度等级C25的1.19倍。

(3)混凝土强度保证率99.5%，达到设计保证率95%的1.05倍。

4 其它案例

小空山水库是面板混凝土配合比应用研究的第1个试点项目，混凝土配合比参数见表10。

表10 小空山水库面板混凝土配合比

根据小空山水库工程面板分部验收鉴定结果，面板混凝土抗压强度最小值35.1 MPa、最大值42.3 MPa、平均值38.6 MPa，混凝土强度保证率100%，面板裂缝缺陷为0。面板混凝土抗压强度高，但施工的混凝土配合比水泥用量及胶凝材料总量偏大，存在较大优化空间。

5 结语

洗羊塘水库工程面板混凝土配合比的成功应用表明，通过调整外加剂组合减少拌和水和提高砂率措施，可以降低混凝土胶凝材料用量和水泥用量，降低水化热减少面板开裂风险，提高混凝土强度增强面板抗裂能力，从而提高面板整体质量。同时降低混凝土胶凝材料用量和水泥用量，降低成本，节约投资。

本次研究还有不足之处，如限于《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008)第3.3.4条，强度等级为C25的配筋混凝土耐久性要求最小水泥用量260 kg/m3的规定和本次研究资料的局限性，有待进一步探讨降低水泥用量的可行性。