趙 晉，嚴 江

（山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002）

混凝土面板堆石壩施工方便、工期短、運行安全、抗震性好，對地形地質條件適應性強，作為壩型選擇具有很大的優(yōu)勢，其構造由上游面板、墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)組成，其中上游面的混凝土面板起防滲作用，是整個壩型的安全運行的基礎。在工程應用中，剛性的鋼筋混凝土面板要想充分發(fā)揮其防滲防裂抗沖刷的作用，進行混凝土的配合比設計研究是十分必要的。

太湖水庫工程壩址位于江西省贛州市，為中型水利樞紐工程，庫容2384×104m3。樞紐工程由鋼筋混凝土面板堆石壩、溢洪道、輸水隧洞、上壩公路等組成。按照設計要求，堆石壩的面板混凝土技術要求為C25F50W8，抗凍要求相對較低。故采用室內配合比試驗對原材料進行檢測，設計成型混凝土試件約160組，并對其進行劈裂抗拉強度、抗壓強度、抗?jié)B性能、抗凍性能的耐久性試驗。

1 原材料檢測

1.1 拌和用水

拌和用水來自生活區(qū)地表水源，檢測結果符合《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）標準要求，其檢驗結果見表1。

表1 水質分析檢驗結果

1.2 水泥

水泥采用江西瑞金萬年青水泥有限責任公司生產的萬年青牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其物理力學性能指標符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）要求，檢驗結果見表2。

表2 水泥物理力學性能檢驗結果

1.3 粉煤灰

粉煤灰為永安市榮達建材有限公司生產，檢驗項目的檢測結果符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）中I級粉煤灰要求，檢驗結果見表3。

表3 粉煤灰的檢驗結果

1.4 細骨料

細骨料選用贛州市于都縣于都砂場生產的天然砂，從細骨料檢測試驗結果看，該砂顆粒級配良好，屬于Ⅱ區(qū)，細度模數(shù)2.58，中砂，各項指標均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）要求。

表4 細骨料各項性能的檢驗結果

1.5 粗骨料

粗骨料采用太陂村石料場生產二級配碎石，粒徑分別為5 mm～20 mm、20 mm～40 mm。從試驗結果可以看出，技術指標滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）要求。粗骨料各項試驗結果見表5～表7。

表5 粗骨料密度試驗結果

表6 粗骨料各項性能試驗結果

表7 粗骨料篩分試驗結果

1.6 外加劑

外加劑由山西格瑞特建筑科技股份有限公司生產，GRT-S型高效減水劑，摻量為1.2%，引氣劑為GRT-AE型，其摻量為0.05%，二者的減水率和含氣量的檢測結果符合《混凝土外加劑技術規(guī)程》(DL/T 5100-2014)的規(guī)定要求，見表8。

表8 外加劑檢測試驗結果

1.7 纖維

聚丙烯纖維選用的是武漢市中鼎經(jīng)濟發(fā)展有限責任公司生產的聚丙烯單絲纖維，直徑30 μm，規(guī)格19 mm。摻入聚丙烯纖維可以改善混凝土力學性能，提高抗裂性能和抗沖磨性能，可減少混凝土面板裂縫的產生。

2 配合比設計

2.1 強度計算

面板混凝土的配制強度根據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352-2006)，強度保證率取95%時，保證率系數(shù)t為1.645；設計齡期的抗壓強度為25 MPa時，混凝土抗壓強度標準差為4.0 MPa，根據(jù)配制強度公式，經(jīng)計算得混凝土施工配制強度為31.6 MPa。

2.2 配合比設計

面板混凝土配合比中，二級配碎石的比例通過最佳緊密堆積密度試驗確定，選取小石：中石＝45∶55。

面板混凝土的其他試配參數(shù)范圍如下：坍落度30mm～70mm，含氣量3.5%～5.5%，水膠比0.40～0.55，減水劑摻量1.0%～1.3%，P17、P18組減水劑摻量1.2%，其他摻量為1.3%，引氣劑摻量0.05%；混凝土用水量155 kg/m3～170 kg/m3，砂率38%～41%，粉煤灰摻量20%～25%，聚丙烯纖維的試驗摻量按照生產廠家的推薦摻量1.0 kg/m3確定。

按不同水灰比、不同砂率、不同粉煤灰摻量和1.0%纖維摻量進行排列組合多組試驗，選擇其中八組比較分析，見表9。

表9 C25F50W8面板混凝土配合比試驗

3 試驗成果

3.1 拌和物及強度結果

室內混凝土拌和嚴格按照規(guī)范規(guī)程的要求進行，從拌和試驗結果來看，混凝土用水量大致保持在158 kg/m3～168 kg/m3之間時，混凝土的坍落度大多集中在30 mm～80 mm之間，其試驗結果的測值可以滿足面板混凝土的坍落度要求。引氣劑摻量在0.05%時，混凝土含氣量的測值最小3.5%，最大4.2%，根據(jù)規(guī)范設計要求，混凝土含氣量應在3.5%～5.5%之間，其試驗結果的測值可以滿足混凝土要求的含氣量指標。

從混凝土抗壓強度試驗結果來看，混凝土試件的7 d抗壓強度均大于20 MPa，28 d抗壓強度均大于30 MPa，可以滿足混凝土抗壓強度的設計要求。

從混凝土劈裂抗拉強度試驗結果來看，水膠比0.45（P-18組、P-22組）、水膠比0.50（P-19組、P-23組）的混凝土試件3 d劈裂抗拉強度均大于1.25 MPa，7 d劈裂抗拉強度大于1.58 MPa，其中，水膠比0.45的混凝土試件，3 d劈裂抗拉強度值優(yōu)于水膠比0.50的混凝土試件，在28 d的混凝土劈裂抗拉強度值的差別相對明顯，水膠比0.45的混凝土試件劈裂抗拉強度值則在2.70 MPa上下?；炷涟韬臀镄阅苤笜思皬姸冉Y果見表10。

表10 C25F50W8面板混凝土強度試驗結果

3.2 面板混凝土耐久性指標試驗

混凝土的耐久性試驗檢測其抗?jié)B性能和抗凍性能，重點檢測水膠比為0.50的P-19、P-23組?？?jié)B試驗采用逐級加壓法，壓力加至0.8 MPa后8 h內,6個試件表面均未出現(xiàn)滲水，表明抗?jié)B等級大于W8，滿足設計要求?？箖鲈囼灢捎每焖賰鋈诜?，凍融循環(huán)至50次時，相對動彈性模量大于初始值的60%，質量損失率小于5%，試驗結果表明抗凍等級大于F50，滿足設計要求。檢測結果見表11。

表11 C25F50W8面板混凝土耐久性試驗結果

4 推薦配合比

結合混凝土前期試驗及后期耐久性試驗項目的檢測結果，提出設計等級C25F50W9的面板混凝土配合比，主要參數(shù)水膠比0.45，砂率39%，用水量158 kg/m3。其他參數(shù)及各材料用量見表12。該配合比在現(xiàn)場使用時可以根據(jù)實際情況進行調整。

表12 推薦的面板混凝土配合比

5 結論及建議

5.1 原材料的選擇

水泥采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥的堿含量應符合有關標準要求。

粉煤灰的品質對混凝土較為敏感，本試驗用粉煤灰為Ⅰ級灰，這對改善混凝土拌和物的和易性較為有利，對提高混凝土后期的強度、抗?jié)B性能、降低混凝土中的水化熱及抑制混凝土中的堿活性等也有一定幫助。

砂石骨料應保證其品質要求，特別是砂石骨料中含泥量指標對混凝土的品質及工作性能影響較大，應嚴格控制砂石骨料的含泥量。細骨料宜選用質地堅硬、潔凈、級配良好的天然中砂，粗骨料宜選用質地堅硬、級配良好的人工碎石。

摻用的引氣劑和高效減水劑具有相容性，以保證混凝土達到抗凍性能指標。

5.2 拌和及養(yǎng)護

在實驗室混凝土攪拌時間為90 s～120 s左右，為充分發(fā)揮混凝土外加劑的效用，在現(xiàn)場拌和配制混凝土時可相應進行調整，以保證混凝土的工作性能。

在實驗室混凝土的坍落度范圍在40 mm～70 mm左右，現(xiàn)場采用溜槽輸送混凝土時，坍落度應滿足施工要求，溜槽入口處的坍落度宜控制在30 mm～70 mm。

由于混凝土中摻有粉煤灰摻合料，混凝土的早期強度較低，拆模時間可適當調整延長。混凝土的早期養(yǎng)護十分重要，否則容易產生開裂，應采取保濕和保溫養(yǎng)護措施，直到蓄水為止，或至少90 d。