质量检测在水利工程混凝土配合比设计中的应用探讨

丁华丽

（河南省水利第二工程局，河南 郑州450016）

水利工程质量检测，是指水利工程质量检测单位依据国家有关法律、法规和标准，对水利工程实体以及用于水利工程的原材料、中间产品、金属结构和机电设备等进行检查、测量、试验或者度量，并将结果与有关标准、要求进行比较，以确定工程质量是否合格所进行的活动[1]。

质量检测对水利工程施工发挥着重要保障作用[2]，根据工程质量管理要求，加强水利工程质量检测具有显著的现实意义。本文旨在通过对混凝土配合比设计中质量检测工作的主要内容等进行探讨，提出满足设计要求和各项技术指标的混凝土配合比，同时为监理单位审查混凝土施工配合比提供参考。

1 工程案例选择

工程实例为位于河南省东部引江济淮工程某提水泵站，该泵站主要通过加压向调蓄水库供水。该泵站主体工程由进口段、检修闸、进水池、主厂房、副厂房及厂区、出水管线等部分组成，该泵站设计装机6台（4用2备），水泵扬程为29.14m。采用机型为GS1400-19/14B、电机YSPKK1000-14，总装机6×2240kW，为大（2）型Ⅱ等泵站[3]。

2 质量检测依据

质量检测依据如下：DL/T5330—2015《水工混凝土配合比设计规程》、SL352—2006《水工混凝土试验规程》、GB175—2007《通用硅酸盐水泥》、GB/T8074—2008《水泥比表面积测定方法 勃氏法》、GB/T1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》、GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》、GB/T208—2014《水泥密度测定方法》、GB/T176—2017《水泥化学分析方法》、GB/T1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB8076—2008《混凝土外加剂》、GB/T8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》、SL677—2014《水工混凝土施工规范》设计图纸及相关技术要求等。

3 原材料质量检测

原材料的质量对混凝土起着至关重要的作用，对原材料进行质量检验是进行混凝土配合比设计的必要环节之一。水利工程用混凝土常见原材料主要包括水泥、骨料、掺合料和外加剂等[4]。水泥质量检测的主要内容包括比表面积、凝结时间、安定性、胶砂强度、水泥碱含量、烧失量等[5]。水泥质量检测主要指标要求如表1所示。

表1 水泥质量检测主要指标要求

砂、石等骨料通常按粗骨料和细骨料进行分类检测，主要包括粗骨料的含泥量、泥块含量、表观密度、堆积密度、压碎指标、粗骨料二级配掺和比例、紧密密度等最佳容重相关参数，细骨料的细度模数、石粉含量、泥块含量、表观密度、堆积密度、饱和面干吸水率、轻物质含量、坚固性、硫化物及硫酸盐含量等参数。

骨料质量检测主要指标要求如表2所示。

表2 骨料质量检测主要指标要求

粉煤灰、矿粉等掺合料和减水剂等外加剂质量检验的主要内容包括粉煤灰的细度、需水量比、含水量、三氧化硫含量、烧失量等，矿粉的密度、比表面积、活性指数、流动度比、初凝时间比、含水量、三氧化硫含量、氯离子、烧失量等，减水剂的减水率、含气量、1h经时变化量及pH值等参数指标。

掺合料和外加剂质量检测主要指标要求如表3和表4所示。

表3 掺合料质量检测主要指标要求

表4 外加剂质量检测主要指标要求

本次检验分别对两个不同厂家的P.O42.5级水泥，砂石料厂5～20mm、20～40mm碎石和机制砂以及电厂粉煤灰、钢厂矿粉、T-HPC聚羧酸高性能减水剂（复合型）进行原材料质量检验，结果表明均满足相关规范和招标设计文件的技术要求，其中减水剂推荐掺量为1.0%。

4 配合比试配质量检测

4.1 配制强度确定

混凝土配制强度按式（1）计算：

式（1）中：fcu.o为混凝土配制强度，MPa；fcu.k为混凝土设计龄期的设计抗压强度，MPa；t为保证率系数，由给定的保证率P选定（保证率和保证率系数关系）；σ为混凝土立方体抗压强度标准差，MPa。

本配合比设计龄期为28d，抗压强度保证率P取95%，即取保证率系数t=1.645，28d龄期fcu.o=fcu.k+1.645σ。

4.2 基本参数选择

根据招标文件要求，各部位混凝土应达到设计要求，各部位混凝土强度等级及主要设计指标应满足混凝土强度等级及主要设计指标：一二级配C25、C30强度等级的混凝土，限制最大水胶比0.5，抗渗等级W4，抗冻等级F150。C25W4F150泵送一、二级配及常态二级配混凝土水胶比选择：0.45、0.47、0.50；0.44、0.46、0.49和0.42、0.44、0.46；C30W4F150泵送一、二配及常态二级配混凝土水胶比选择：0.44、0.47、0.50，0.43、0.45、0.47和0.42、0.44、0.46。

粉煤灰掺量（单参）：C25、C30设计等级混凝土均选择20%粉煤灰掺量。粉煤灰及矿粉掺量（复参）：C25、C30设计等级混凝土选择20%矿粉掺量、20%粉煤灰掺量，25%矿粉掺量、15%粉煤灰掺量，30%矿粉掺量、10%粉煤灰掺量。对于混凝土用水量、砂率、减水剂的掺量，通过试拌、调整、使混凝土拌和物的和易性符合要求。

4.3 组分材料计算

混凝土各组分材料采用绝对体积法[6]计算。

单参粉煤灰：

粉煤灰和矿粉复参：

式（2）（3）中：C、k、F、W、S、G分别为混凝土中水泥、矿粉、粉煤灰、水、砂及石子用量，kg/m3；ρc、ρk、ρF、ρW分别为水泥、矿粉、粉煤灰及水的密度，取值分别为3.00（3.02）g/cm3、2.94g/cm3、2.20g/cm3、1g/cm3；γS、γg分别为砂、石子饱和面干表观密度，取值分别为2680kg/m3、2720（2710）kg/m3；α为混凝土拌和物中含气量的百分数。

4.4 试配质量检测

对C25W4F150、C30W4F150泵送二级配、常态二级配混凝土分别进行不同厂家水泥单参和水泥、粉煤灰、矿粉复参配合比试配质量检验。以C30W4F150常态二级配混凝土，厂家一的水泥、粉煤灰、矿粉复参为例，介绍配合比试配质量检测的主要内容。

4.4.1 抗压强度质量检测

C30W4F150二级配混凝土要求坍落度为70～90mm，试配原材料：厂家一生产的P.O42.5水泥，某电力粉煤灰公司生产的的Ⅱ级F类粉煤灰，某钢厂生产的矿粉S95，粗骨料采用某砂石料厂5～20mm、20～40mm碎石，细骨料采用某砂石料厂的机制砂，减水剂采用某化工公司生产的HT-HPC聚羧酸高性能减水剂（复合型）。

分别按以下方案进行抗压强度质量检测：①根据配制强度，水胶比为0.46，矿粉掺量为20%，粉煤灰掺量为20%；②水胶比为0.46，矿粉掺量为25%，粉煤灰掺量为15%；③水胶比为0.46，矿粉掺量为30%，粉煤灰掺量为10%。

4.4.2 混凝土抗渗性能质量检测

按水胶比0.44、矿粉掺量为20%、粉煤灰掺量为20%，水胶比为0.44、矿粉掺量为25%、粉煤灰掺量为15%，水胶比为0.44、矿粉掺量为30%、粉煤灰掺量为10%制作混凝土抗渗试件，采用逐级加压法加压至0.5MPa，试验试件中无透水试件。

4.4.3 混凝土抗冻性能检测

按水胶比0.44、矿粉掺量为20%、粉煤灰掺量为20%，水胶比为0.44、矿粉掺量为25%、粉煤灰掺量为15%，水胶比为0.44、矿粉掺量为30%、粉煤灰掺量为10%成型试件进行快冻试验。试验结果表明：各抗冻试件经150次冻融后，相对动弹模量均大于60%，质量损失均小于5%。试验试件的抗冻性能满足F150的抗冻要求。

上述质量检测指标汇总如表5所示。

表5 C30W4F150常态二级配混凝土复参质量检测指标

由表5可知，在同样试件条件下，YJJH-2试件在温度、塌落度、含气量、7d抗压强度、28d抗压强度、冻融后相对动弹模量和冻融后质量损失等多方面具有明显优势。

5 结论

结合工程原材料质量检验、混凝土配合比室内试配试验、系数调整以及混凝土配合比质量检测结果，C30W4F150常态二级配混凝土，厂家一的水泥、粉煤灰和矿粉复参配合比确定为：①二级配粗骨料5～20mm、20～40mm掺和比例分别为40%、60%；②砼C30配制强度为37.4MPa；③减水剂掺量为1.0%；④水胶比为0.44，砂率为38%，矿粉掺量为25%，粉煤灰掺量为15%，1m3混凝土材料中水、水泥、矿粉、粉煤灰、砂、石子和减水剂用量分别为154kg/m3、210kg/m3、

88kg/m3、53kg/m3、705kg/m3、1186kg/m3、3.5kg/m3；

⑤混凝土坍落度为80mm，含气量为4.6%，温度为15.2℃；⑥混凝土试块7d抗压强度为30.2MPa，28d抗压强度为40.3MPa，在0.5MPa抗渗试验压力下无透水试件，抗渗等级为W4，150次冻融后相对动弹模量为84.2%，质量损失为2.8%，混凝土试块强度、抗渗、抗冻均满足设计要求。

质量检测作为水利工程施工中必不可少的重要环节，为保障工程建设施工质量、提高施工安全管理和发挥工程效益奠定了重要基础，尤其是在混凝土配合比设计中起着至关重要的作用。对于具体的水利工程，在依据相关技术规范及技术合同条款的基础上，可以参考本文提供的思路和方法，对混凝土原材料和配合比试配过程进行质量检测，便于合理确定混凝土的配合比，对工程施工具有显著的指导意义。