江西省洪屏抽水蓄能電站混凝土配合比試驗(yàn)研究

章李樂

(南昌市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 江西 南昌 330009)

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江西省洪屏抽水蓄能電站混凝土配合比試驗(yàn)研究

章李樂

(南昌市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 江西 南昌 330009)

【摘要】混凝土配合比設(shè)計(jì)中水膠比、砂率、外加劑摻量及粉煤灰摻量等參數(shù)需要根據(jù)原材料品質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，但在實(shí)際試驗(yàn)過程中，常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或廠家推薦指標(biāo)確定，可能會(huì)造成方案不合理，難以指導(dǎo)施工。本文系統(tǒng)闡述了江西省洪屏抽水蓄能電站混凝土配合比方案設(shè)計(jì)思路，包括：根據(jù)試配方案的28d混凝土強(qiáng)度成果，使用最小二乘法確定各個(gè)配合比方案水膠比；根據(jù)拌和物的工作性與用水量關(guān)系、拌和物的和易性與強(qiáng)度損失關(guān)系、水泥凈漿流動(dòng)度損失確定混凝土配合比的砂率、粉煤灰摻量以及外加劑摻量參數(shù)；根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度、工作性以及耐久性要求，制定符合工程實(shí)際的混凝土配合比設(shè)計(jì)方案。實(shí)踐證明：配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)方案既縮短了配制時(shí)間又經(jīng)濟(jì)可靠。

【關(guān)鍵詞】洪屏抽水蓄能電站；混凝土；配合比；試驗(yàn)研究

1概述

合理的混凝土配合比設(shè)計(jì)與配制是保證混凝土澆筑質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)?；炷僚浜媳仍囼?yàn)是一個(gè)系統(tǒng)工程，影響因素很多，需要根據(jù)原材料及各類參數(shù)的不同設(shè)計(jì)混凝土配合比，以配制耐久性、和易性都能夠滿足要求的混凝土。因此，混凝土配合比的確定不僅僅是一個(gè)試驗(yàn)過程，更應(yīng)該是一個(gè)細(xì)致的研究過程。本文對(duì)江西省洪屏抽水蓄能電站混凝土配合比方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以使所設(shè)計(jì)的配合比方案能夠滿足施工、設(shè)計(jì)與規(guī)程規(guī)范要求。

江西省洪屏抽水蓄能電站是江西省第一座抽水蓄能電站，位于靖安縣境內(nèi)，電站規(guī)劃裝機(jī)容量為2400MW，總投資為51.88億元。電站樞紐建筑物主要由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房和地面開關(guān)站等組成。洪屏電站混凝土配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)共有4個(gè)強(qiáng)度等級(jí)：C15、C20、C25、C30，部分混凝土還有抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)不同的耐久性要求，需設(shè)計(jì)16個(gè)混凝土配合比設(shè)計(jì)方案，具體要求見表1。

表1　洪屏電站混凝土配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)要求

2混凝土配合比方案設(shè)計(jì)

制定混凝土配合比方案需要經(jīng)過試配、調(diào)整及確定三個(gè)階段，在試配前還須對(duì)原材料與水泥等產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，選取最優(yōu)砂率、粉煤灰與外加劑最優(yōu)摻量等配合比基本參數(shù)。參數(shù)是否合理決定了混凝土配合比方案是否經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)上是否可行。洪屏電站混凝土配合比設(shè)計(jì)的總體原則有三個(gè)：滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、耐久性要求；配合比方案要經(jīng)濟(jì)合理；配合比方案提出的時(shí)間不影響施工進(jìn)度要求。

2.1原材料品質(zhì)試驗(yàn)

洪屏電站混凝土配合比原材料包括人工砂、碎石(三級(jí)配)、水泥、粉煤灰及外加劑。所檢測(cè)原材料品質(zhì)符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

2.2選取混凝土配合比基本參數(shù)

混凝土配合比方案需要確定的基本參數(shù)包括水膠比、單位用水量、最優(yōu)砂率、粉煤灰摻量、外加劑摻量、骨料最大堆積密度等。

2.2.1最大堆積密度試驗(yàn)

洪屏電站混凝土配合比試驗(yàn)二級(jí)配最大堆積密度試驗(yàn)選擇4種組合，當(dāng)二級(jí)配最大級(jí)配為小石∶中石=40∶60時(shí)，堆積密度最大；三級(jí)配最大級(jí)配為小石∶中石∶大石=30∶30∶40時(shí)，堆積密度最大。

2.2.2外加劑摻量

外加劑的摻入效果隨工程所用原材料的不同而異。為給室內(nèi)混凝土拌和試驗(yàn)選擇合適減水劑摻量提供依據(jù)，進(jìn)行外加劑與拌和用膠凝材料適應(yīng)性試驗(yàn)，即摻外加劑的凈漿流動(dòng)度及其經(jīng)時(shí)流動(dòng)度試驗(yàn)。洪屏電站外引氣型高效緩凝減水劑最適摻量試驗(yàn)成果見圖1。

圖1　不同摻量減水劑凈漿流動(dòng)度及損失試驗(yàn)曲線

摻量低、流動(dòng)度大且流動(dòng)度損失小的外加劑摻量為最佳摻量，此時(shí)的外加劑對(duì)膠凝材料的適應(yīng)性好。從圖1可以看出此種水泥減水劑的最適摻量為0.9%。

2.2.3粉煤灰摻量

在0.5水膠比、外加劑摻量為0.9%的情況下，選擇粉煤灰10%、20%、30%三個(gè)摻量進(jìn)行粉煤灰摻量與強(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見圖2。根據(jù)不同粉煤灰摻量混凝土拌和物強(qiáng)度成果，7d、28d混凝土強(qiáng)度都隨粉煤灰摻量的增加而減少，粉煤灰摻量為30%時(shí)，強(qiáng)度損失較大。粉煤灰摻量為20%與30%時(shí)混凝土拌和物工作性較好。從混凝土強(qiáng)度損失與拌和物性能考慮，選擇20%粉煤灰摻量。

圖2　不同粉煤灰摻量混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)成果

2.2.4最優(yōu)砂率選取

在保證混凝土拌和物具有良好的黏聚性并達(dá)到要求的工作性時(shí)用水量較小、拌和物密度較大所對(duì)應(yīng)的砂率即為最優(yōu)砂率。洪屏電站混凝土配合比分別進(jìn)行二級(jí)配常態(tài)、二級(jí)配泵送混凝土砂率優(yōu)選試驗(yàn)。二級(jí)配常態(tài)、泵送混凝土最優(yōu)砂率試驗(yàn)時(shí)，水膠比為0.5、粉煤灰摻量為20%、外加劑摻量為0.9%，三個(gè)參數(shù)不變進(jìn)行二級(jí)配常態(tài)混凝土最優(yōu)砂率試驗(yàn)，具體成果見圖3～圖6。

圖3　二級(jí)配常態(tài)混凝土砂率—密度關(guān)系

圖4　二級(jí)配常態(tài)混凝土砂率—坍落度關(guān)系

圖5　二級(jí)配泵送混凝土砂率—密度關(guān)系

圖6　二級(jí)配泵送混凝土砂率—坍落度關(guān)系

常態(tài)混凝土在水膠比為0.5、粉煤灰摻量為20%、砂率為38%時(shí),混凝土拌和物工作性好、密度最大，因此二級(jí)配常態(tài)混凝土在0.5水膠比時(shí)最優(yōu)砂率取38%。

泵送混凝土在水膠比為0.5、粉煤灰摻量為20%、砂率為42%時(shí),混凝土拌和物工作性好、密度最大，因此二級(jí)配泵送混凝土在0.5水膠比時(shí)最優(yōu)砂率取42%。

2.3混凝土配合比試配方案及水膠比確定

一般情況下，試驗(yàn)人員選取三個(gè)水膠比設(shè)計(jì)混凝土試配方案，根據(jù)試配方案結(jié)果選取混凝土水膠比。若按照常規(guī)方法確定試配混凝土配合比，則16個(gè)混凝土配合比方案需要試配50個(gè)左右的方案，其中有許多重復(fù)方案，增加了工作量，無法滿足施工進(jìn)度要求，且不經(jīng)濟(jì)合理。洪屏電站混凝土配合比計(jì)算水膠比時(shí)，對(duì)于二級(jí)配常態(tài)、泵送混凝土各選取6個(gè)水膠比進(jìn)行試配試驗(yàn)，使用最小二乘法進(jìn)行線性回歸分析。試配方案成果見表2，選用的水膠比、試配成果及線性回歸方程見表3。

表2　試配方案成果

注 1.使用“南方”牌P.O 42.5水泥，水泥強(qiáng)度為fce=45.9MPa；2.外加劑摻量為0.9%；3.粉煤灰摻量為20%。

表3　二級(jí)配常態(tài)與二級(jí)配泵送混凝土線性回歸方程成果

根據(jù)常態(tài)混凝土膠水比—強(qiáng)度線性回歸方程，考慮強(qiáng)度離差系數(shù)，相應(yīng)于配制C15混凝土水膠比不宜大于0.67，相應(yīng)于配制C20混凝土水膠比不宜大于0.55，相應(yīng)于配制C25混凝土水膠比不宜大于0.48，相應(yīng)于配制C30混凝土水膠比不宜大于0.42。三級(jí)配C15混凝土推薦使用HP-01配合比方案。

根據(jù)泵送混凝土膠水比—強(qiáng)度線性回歸方程，考慮強(qiáng)度離差系數(shù)，相應(yīng)于配制C20混凝土水膠比不宜大于0.59，相應(yīng)于配制混凝土C25混凝土水膠比不宜大于0.51，相應(yīng)于配制C30混凝土水膠比不宜大于0.44。在調(diào)整過程中，可適當(dāng)減小水膠比，以滿足混凝土耐久性要求。

2.4混凝土配合比方案的調(diào)整及確定

混凝土配合比方案的調(diào)整是整個(gè)方案設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。目前，混凝土配合比方案的調(diào)整技術(shù)方法并沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或研究，一般是根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。本配合比設(shè)計(jì)方案的調(diào)整原則為：?滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度與耐久性要求，提出的水膠比應(yīng)保證設(shè)計(jì)指標(biāo)要求；?滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，根據(jù)相應(yīng)的澆筑部位進(jìn)行調(diào)整；?滿足經(jīng)濟(jì)性要求，盡量減少水泥的使用。根據(jù)初步試配和調(diào)整的混凝土方案進(jìn)行了混凝土耐久性能試驗(yàn)，推薦了設(shè)計(jì)要求的混凝土配合比方案。

3結(jié)語

經(jīng)投入使用，所確定的混凝土配合比方案能夠較好地指導(dǎo)實(shí)際施工，獲得了參建各方的認(rèn)可。以下幾點(diǎn)可供借鑒：

a.對(duì)于大型水利樞紐工程，一個(gè)系統(tǒng)、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的配合比試驗(yàn)是非常必要的。配合比設(shè)計(jì)并非一次性的試驗(yàn)過程，而是需要反復(fù)的調(diào)整、試驗(yàn)與研究，這也是混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心。但為滿足施工工期要求，配合比試驗(yàn)方案需統(tǒng)一分析。

b.對(duì)于大型水利工程，不同設(shè)計(jì)指標(biāo)的混凝土配合比要求單獨(dú)設(shè)計(jì)，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。以該工程C30W10F50、C30F100、C30F50混凝土配合比方案為例，當(dāng)不考慮經(jīng)濟(jì)性因素時(shí)，三個(gè)方案可設(shè)計(jì)為C30W10F100的混凝土配合比。C30W10F100混凝土配合比方案多使用5kg/m3水泥。

c.目前大型水利工程重要部位都有耐久性要求。在確定水膠比時(shí)，應(yīng)考慮規(guī)范對(duì)于耐久性水膠比的要求。洪屏電站泵送混凝土配合比計(jì)算時(shí)，對(duì)有抗凍性要求的混凝土，水膠比最大值為0.57。

d.目前對(duì)于粉煤灰摻量、外加劑摻量還沒有相應(yīng)的規(guī)范，混凝土配合比試驗(yàn)常根據(jù)廠家推薦或經(jīng)驗(yàn)選取摻量。目前確定粉煤灰最優(yōu)摻量的主要依據(jù)是其與坍落度、強(qiáng)度和溫度的關(guān)系。對(duì)于外加劑摻量需要進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)，以判斷其摻量是否合適。

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Experimental study on concrete mix proportion in Jiangxi Hongping Pumped Storage Power Station

ZHANG Lile

(NanchangWaterResourcesPlanningandDesignInstitute,Nanchang330009,China)

Abstract:Water cement ratio, sand ratio, admixture dosage, fly ash dosage and other parameters in concrete mix proportion design are adjusted according to raw material quality. However, they are determined frequently according to experiment or indicators recommended by the manufacturer in actual test process. The plan may become irrational, and it is difficult to guide construction. In the paper, concrete mix proportion plan design concept in Jiangxi Hongping Pumped Storage Power Station is described systematically, including the follows: the least square method is used for determining water cement ratio of each mix proportion plans according to the 28d concrete strength results of trial plan. The sand ratio, fly ash dosage and admixture dosage parameters of concrete mix proportion are determined according to mixture workability and water dosage relationship, mixture mixability and strength loss relationship, and cement paste fluidity loss. Concrete mix proportion design plan in line with engineering practice is formulated according to design strength, workability and durability requirements. Practice proves that mix proportion optimization design plan not only shortens the preparation time, it is also economic and reliable.

Key words:Hongping Pumped Storage Power Station; concrete; mix proportion; experimental study

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.06.014

中圖分類號(hào)：TV431

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8241(2016)06- 0046- 05

科學(xué)研究及工程設(shè)計(jì)