新疆阿爾塔什水利樞紐工程高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)

王曉軍，代興艷，李 令

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司，陜西 西安 710065）

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程位于喀什地區(qū)莎車縣和克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃莅⒖颂湛h交界處，是葉爾羌河干流山區(qū)下游河段的控制性水利樞紐工程，主要由攔河壩、泄水建筑物、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房、生態(tài)基流放水洞等建筑物組成，規(guī)劃水庫(kù)正常蓄水位1820 m，最大壩高164.8 m，水庫(kù)總庫(kù)容22.49 億m3，電站總裝機(jī)容量755MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量22.6 億kW·h。工程總投資86億元，總工期為74 個(gè)月，是目前新疆最大的水利工程。因在設(shè)計(jì)、施工等方面面臨諸多技術(shù)難題，被稱為“新疆的三峽工程”。

葉爾羌河流域位于新疆塔里木盆地西部，地處歐亞大陸腹地，因遠(yuǎn)離海洋，周圍又有高山阻隔，加上大沙漠的影響，流域內(nèi)呈典型的大陸性氣候，其主要特點(diǎn)是氣溫年變化較大，日溫差大，空氣干燥，日照長(zhǎng)，蒸發(fā)強(qiáng)烈，降水量稀少，冬季天氣干燥寒冷。針對(duì)該地區(qū)的氣候特點(diǎn)及工程的具體要求，本工程采用高耐久性的高性能混凝土。

2 主要原材料

水泥：克州青松水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P.O.42.5 水泥，比表面積358 m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量26.4%，3 d 和28 d 抗壓強(qiáng)度分別為28.8 MPa 和48.7 MPa。

細(xì)骨料：新疆阿爾塔什C3 料場(chǎng)河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，表觀密度為2690 kg/m3，石粉含量14.1%，堅(jiān)固性5%，硫化物及硫酸鹽含量0.2%，14 d 膨脹率0.25%。

粗骨料：新疆阿爾塔什C3 料場(chǎng)5 mm～20 mm、20 mm～40 mm 碎石，表觀密度2700 kg/m3，堅(jiān)固性1%，針片狀含量分別為10%、5%，含泥量分別為0.8%、0.4%；14 d 膨脹率均為0.21%。粗細(xì)骨料均存在堿活性潛在危害。

粉煤灰：新疆華電喀什二期發(fā)電有限責(zé)任公司的II 級(jí)粉煤灰，細(xì)度19.2%，燒失量4.5%，需水量比102%，含水量0.4%。

外加劑：北京首領(lǐng)科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的XJ-A/B 型高性能混凝土改性劑，由液體組分A 和粉體組分B 所組成。液體組分XJ-A 的減水率為29%，泌水率0%，含氣量4.2%，28 d 抗壓強(qiáng)度比156%，28 d 收縮率比為103%。粉體組分XJ-B 的含水量0.1%，氯離子含量0.03%，比表面積920 m2/kg。

3 配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)主要包括配合比參數(shù)的確定、計(jì)算、試配和調(diào)整等步驟。本次混凝土配合比試驗(yàn)采用絕對(duì)體積法計(jì)算單位體積混凝土各項(xiàng)材料用量，粗、細(xì)骨料均以飽和面干狀態(tài)為準(zhǔn)，在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分體現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，既滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，同時(shí)考慮混凝土的工作性，以便于施工。

3.1 混凝土配制強(qiáng)度確定

依照SL 352-2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，計(jì)算見(jiàn)下式：

式中：fcu，0為混凝土28 d 齡期配制強(qiáng)度，MPa；fcu，k為混凝土設(shè)計(jì)齡期的的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度，MPa；t 為保證率系數(shù)，由給定的保證率P 選定，其值按表1 選用；σ 為混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。

表1 保證率和保證率系數(shù)的關(guān)系

選定P=95%，t=1.645 進(jìn)行計(jì)算。

本工程配合比設(shè)計(jì)中，無(wú)近期同品種混凝土抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)資料，σ 值按照表2 進(jìn)行取用。

表2 標(biāo)準(zhǔn)差σ 選用值

不同等級(jí)的混凝土取不同標(biāo)準(zhǔn)差，上式可計(jì)算出配制強(qiáng)度見(jiàn)表3。

表3 混凝土配制強(qiáng)度

3.2 水灰（膠）比的確定

《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）的規(guī)定，混凝土的水灰（膠）比應(yīng)以骨料在飽和面干狀態(tài)下的混凝土單位用水量與膠凝材料用量的比值為準(zhǔn)，同時(shí)必須滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性的要求。

3.2.1 按耐久性要求規(guī)定的最大水膠比

《水工混凝土抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 211-2006）對(duì)F200 及以上的抗凍混凝土其水灰（膠）比不得大于0.45。水灰（膠）比最大允許值的規(guī)定見(jiàn)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）附錄A 中表A.5.1 的規(guī)定。

3.2.2 根據(jù)試驗(yàn)確定

查閱相關(guān)工程大量配合比設(shè)計(jì)資料[1-6]，其中高性能混凝土配合比的水膠比基本在：C50 配合比水膠比0.24～0.34 之間，C40 配合比水膠比0.28～0.38 之間，,選擇的高性能混凝土水膠比見(jiàn)表4。

表4 選擇混凝土的水膠比、用水量和砂率

3.3 確定用水量

據(jù)所用砂石骨料的情況、坍落度值和外加劑的品種、摻量，選定用水量。

根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）中表A.5.2用水量初選表進(jìn)行用水量初選，泵送混凝土按坍落度每增大20 mm，相應(yīng)增加5 kg/m3用水量計(jì)算。

本次配合比設(shè)計(jì)均摻用外加劑，按下式計(jì)算用水量：

式中：mw0為計(jì)算混凝土配合比每立方混凝土用水量，kg/m3；m'w0為未摻外加劑時(shí)推定的滿足實(shí)際坍落度要求的每立方混凝土用水量，kg/m3；β 為- 外加劑的減水率，%。

選定的混凝土的用水量，見(jiàn)表4。

3.4 最優(yōu)砂率

砂率參考《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）附錄A中表A.5.4 的規(guī)定按坍落度每增大20 mm，砂率增大1%的幅度予以調(diào)整的方法進(jìn)行初選，然后進(jìn)行混凝土試拌，測(cè)定其坍落度，觀察其和易性，滿足設(shè)計(jì)要求的坍落度、和易性較好的砂率為最佳砂率。最佳砂率見(jiàn)表4。

3.5 摻合料

摻合料選用粉煤灰，粉煤灰對(duì)骨料存在堿活性潛在危害有抑制作用，選用的摻合料摻量見(jiàn)表5。

表5 粉煤灰摻量 單位：kg/m3

3.6 高性能混凝土改性劑

混凝土改性劑按每方混凝土量計(jì)，經(jīng)過(guò)試配改性加劑的摻量見(jiàn)表6。

表6 混凝土改性劑摻量 單位：kg/m3

3.7 確定含氣量

根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 211-2006），普通混凝土的含氣量由抗凍設(shè)計(jì)等級(jí)確定，依據(jù)規(guī)范對(duì)混凝土含氣量的要求，見(jiàn)表7。

表7 抗凍混凝土含氣量要求

3.8 試配的配合比中各原材料的用量

根據(jù)以上確定的參數(shù)，調(diào)整砂率和水膠比，按絕對(duì)體積法計(jì)算，確定基準(zhǔn)配合比及不同水膠比的配合比各材料用量，見(jiàn)表8。

表8 基準(zhǔn)配合比材料用量表

4 混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

混凝土配合比拌合物性能及抗壓強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)附表9。

從表9 可見(jiàn)，通過(guò)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)C40～C50 混凝土的坍落度在200 mm～220 mm 之間，能夠滿足泵送的要求；含氣量在4.2%～4.7%之間，符合抗凍混凝土對(duì)含氣量的要求；28 d 抗壓強(qiáng)度均能滿足相應(yīng)等級(jí)混凝土的強(qiáng)度要求。

表9 配合比拌合物性能及抗壓強(qiáng)度

圖1 在工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行高性能混凝土配合比試驗(yàn)

5 推薦混凝土配合比

根據(jù)混凝土拌合物的各項(xiàng)性能及混凝土硬化后的抗壓強(qiáng)度等各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，選擇混凝土配合比強(qiáng)度及和易性滿足設(shè)計(jì)要求的配合比為推薦高性能混凝土配合比，供施工單位參考選用，見(jiàn)表10。根據(jù)推薦配合比，我們將進(jìn)一步測(cè)定高性能混凝土的抗沖磨、抗凍及抗?jié)B等性能，以確定其各方面性能均能滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 在工地進(jìn)行高性能混凝土配合比驗(yàn)證試驗(yàn)

6 結(jié)論

以新疆阿爾塔什水利樞紐工程為例，在水利工程中使用高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)，不但控制工程質(zhì)量，節(jié)省成本，而且保證施工進(jìn)度，進(jìn)一步提高水工結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性指標(biāo)，達(dá)到混凝土內(nèi)實(shí)外美、保障工程設(shè)計(jì)使用壽命的目的。本文通過(guò)大量?jī)?yōu)化試配試驗(yàn)推薦的高性能混凝土配合比，可為今后類似工程提供借鑒。

表10 高性能混凝土推薦配合比