質(zhì)量檢測在水利工程混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

丁華麗

（河南省水利第二工程局，河南 鄭州450016）

水利工程質(zhì)量檢測，是指水利工程質(zhì)量檢測單位依據(jù)國家有關(guān)法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水利工程實(shí)體以及用于水利工程的原材料、中間產(chǎn)品、金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備等進(jìn)行檢查、測量、試驗(yàn)或者度量，并將結(jié)果與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、要求進(jìn)行比較，以確定工程質(zhì)量是否合格所進(jìn)行的活動(dòng)[1]。

質(zhì)量檢測對(duì)水利工程施工發(fā)揮著重要保障作用[2]，根據(jù)工程質(zhì)量管理要求，加強(qiáng)水利工程質(zhì)量檢測具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義。本文旨在通過對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)中質(zhì)量檢測工作的主要內(nèi)容等進(jìn)行探討，提出滿足設(shè)計(jì)要求和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的混凝土配合比，同時(shí)為監(jiān)理單位審查混凝土施工配合比提供參考。

1 工程案例選擇

工程實(shí)例為位于河南省東部引江濟(jì)淮工程某提水泵站，該泵站主要通過加壓向調(diào)蓄水庫供水。該泵站主體工程由進(jìn)口段、檢修閘、進(jìn)水池、主廠房、副廠房及廠區(qū)、出水管線等部分組成，該泵站設(shè)計(jì)裝機(jī)6臺(tái)（4用2備），水泵揚(yáng)程為29.14m。采用機(jī)型為GS1400-19/14B、電機(jī)YSPKK1000-14，總裝機(jī)6×2240kW，為大（2）型Ⅱ等泵站[3]。

2 質(zhì)量檢測依據(jù)

質(zhì)量檢測依據(jù)如下：DL/T5330—2015《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》、SL352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》、GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》、GB/T8074—2008《水泥比表面積測定方法 勃氏法》、GB/T1346—2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》、GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》、GB/T208—2014《水泥密度測定方法》、GB/T176—2017《水泥化學(xué)分析方法》、GB/T1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB8076—2008《混凝土外加劑》、GB/T8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》、SL677—2014《水工混凝土施工規(guī)范》設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)技術(shù)要求等。

3 原材料質(zhì)量檢測

原材料的質(zhì)量對(duì)混凝土起著至關(guān)重要的作用，對(duì)原材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)是進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)的必要環(huán)節(jié)之一。水利工程用混凝土常見原材料主要包括水泥、骨料、摻合料和外加劑等[4]。水泥質(zhì)量檢測的主要內(nèi)容包括比表面積、凝結(jié)時(shí)間、安定性、膠砂強(qiáng)度、水泥堿含量、燒失量等[5]。水泥質(zhì)量檢測主要指標(biāo)要求如表1所示。

表1 水泥質(zhì)量檢測主要指標(biāo)要求

砂、石等骨料通常按粗骨料和細(xì)骨料進(jìn)行分類檢測，主要包括粗骨料的含泥量、泥塊含量、表觀密度、堆積密度、壓碎指標(biāo)、粗骨料二級(jí)配摻和比例、緊密密度等最佳容重相關(guān)參數(shù)，細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)、石粉含量、泥塊含量、表觀密度、堆積密度、飽和面干吸水率、輕物質(zhì)含量、堅(jiān)固性、硫化物及硫酸鹽含量等參數(shù)。

骨料質(zhì)量檢測主要指標(biāo)要求如表2所示。

表2 骨料質(zhì)量檢測主要指標(biāo)要求

粉煤灰、礦粉等摻合料和減水劑等外加劑質(zhì)量檢驗(yàn)的主要內(nèi)容包括粉煤灰的細(xì)度、需水量比、含水量、三氧化硫含量、燒失量等，礦粉的密度、比表面積、活性指數(shù)、流動(dòng)度比、初凝時(shí)間比、含水量、三氧化硫含量、氯離子、燒失量等，減水劑的減水率、含氣量、1h經(jīng)時(shí)變化量及pH值等參數(shù)指標(biāo)。

摻合料和外加劑質(zhì)量檢測主要指標(biāo)要求如表3和表4所示。

表3 摻合料質(zhì)量檢測主要指標(biāo)要求

表4 外加劑質(zhì)量檢測主要指標(biāo)要求

本次檢驗(yàn)分別對(duì)兩個(gè)不同廠家的P.O42.5級(jí)水泥，砂石料廠5～20mm、20～40mm碎石和機(jī)制砂以及電廠粉煤灰、鋼廠礦粉、T-HPC聚羧酸高性能減水劑（復(fù)合型）進(jìn)行原材料質(zhì)量檢驗(yàn)，結(jié)果表明均滿足相關(guān)規(guī)范和招標(biāo)設(shè)計(jì)文件的技術(shù)要求，其中減水劑推薦摻量為1.0%。

4 配合比試配質(zhì)量檢測

4.1 配制強(qiáng)度確定

混凝土配制強(qiáng)度按式（1）計(jì)算：

式（1）中：fcu.o為混凝土配制強(qiáng)度，MPa；fcu.k為混凝土設(shè)計(jì)齡期的設(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（保證率和保證率系數(shù)關(guān)系）；σ為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。

本配合比設(shè)計(jì)齡期為28d，抗壓強(qiáng)度保證率P取95%，即取保證率系數(shù)t=1.645，28d齡期fcu.o=fcu.k+1.645σ。

4.2 基本參數(shù)選擇

根據(jù)招標(biāo)文件要求，各部位混凝土應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，各部位混凝土強(qiáng)度等級(jí)及主要設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)滿足混凝土強(qiáng)度等級(jí)及主要設(shè)計(jì)指標(biāo)：一二級(jí)配C25、C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，限制最大水膠比0.5，抗?jié)B等級(jí)W4，抗凍等級(jí)F150。C25W4F150泵送一、二級(jí)配及常態(tài)二級(jí)配混凝土水膠比選擇：0.45、0.47、0.50；0.44、0.46、0.49和0.42、0.44、0.46；C30W4F150泵送一、二配及常態(tài)二級(jí)配混凝土水膠比選擇：0.44、0.47、0.50，0.43、0.45、0.47和0.42、0.44、0.46。

粉煤灰摻量（單參）：C25、C30設(shè)計(jì)等級(jí)混凝土均選擇20%粉煤灰摻量。粉煤灰及礦粉摻量（復(fù)參）：C25、C30設(shè)計(jì)等級(jí)混凝土選擇20%礦粉摻量、20%粉煤灰摻量，25%礦粉摻量、15%粉煤灰摻量，30%礦粉摻量、10%粉煤灰摻量。對(duì)于混凝土用水量、砂率、減水劑的摻量，通過試拌、調(diào)整、使混凝土拌和物的和易性符合要求。

4.3 組分材料計(jì)算

混凝土各組分材料采用絕對(duì)體積法[6]計(jì)算。

單參粉煤灰：

粉煤灰和礦粉復(fù)參：

式（2）（3）中：C、k、F、W、S、G分別為混凝土中水泥、礦粉、粉煤灰、水、砂及石子用量，kg/m3；ρc、ρk、ρF、ρW分別為水泥、礦粉、粉煤灰及水的密度，取值分別為3.00（3.02）g/cm3、2.94g/cm3、2.20g/cm3、1g/cm3；γS、γg分別為砂、石子飽和面干表觀密度，取值分別為2680kg/m3、2720（2710）kg/m3；α為混凝土拌和物中含氣量的百分?jǐn)?shù)。

4.4 試配質(zhì)量檢測

對(duì)C25W4F150、C30W4F150泵送二級(jí)配、常態(tài)二級(jí)配混凝土分別進(jìn)行不同廠家水泥單參和水泥、粉煤灰、礦粉復(fù)參配合比試配質(zhì)量檢驗(yàn)。以C30W4F150常態(tài)二級(jí)配混凝土，廠家一的水泥、粉煤灰、礦粉復(fù)參為例，介紹配合比試配質(zhì)量檢測的主要內(nèi)容。

4.4.1 抗壓強(qiáng)度質(zhì)量檢測

C30W4F150二級(jí)配混凝土要求坍落度為70～90mm，試配原材料：廠家一生產(chǎn)的P.O42.5水泥，某電力粉煤灰公司生產(chǎn)的的Ⅱ級(jí)F類粉煤灰，某鋼廠生產(chǎn)的礦粉S95，粗骨料采用某砂石料廠5～20mm、20～40mm碎石，細(xì)骨料采用某砂石料廠的機(jī)制砂，減水劑采用某化工公司生產(chǎn)的HT-HPC聚羧酸高性能減水劑（復(fù)合型）。

分別按以下方案進(jìn)行抗壓強(qiáng)度質(zhì)量檢測：①根據(jù)配制強(qiáng)度，水膠比為0.46，礦粉摻量為20%，粉煤灰摻量為20%；②水膠比為0.46，礦粉摻量為25%，粉煤灰摻量為15%；③水膠比為0.46，礦粉摻量為30%，粉煤灰摻量為10%。

4.4.2 混凝土抗?jié)B性能質(zhì)量檢測

按水膠比0.44、礦粉摻量為20%、粉煤灰摻量為20%，水膠比為0.44、礦粉摻量為25%、粉煤灰摻量為15%，水膠比為0.44、礦粉摻量為30%、粉煤灰摻量為10%制作混凝土抗?jié)B試件，采用逐級(jí)加壓法加壓至0.5MPa，試驗(yàn)試件中無透水試件。

4.4.3 混凝土抗凍性能檢測

按水膠比0.44、礦粉摻量為20%、粉煤灰摻量為20%，水膠比為0.44、礦粉摻量為25%、粉煤灰摻量為15%，水膠比為0.44、礦粉摻量為30%、粉煤灰摻量為10%成型試件進(jìn)行快凍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：各抗凍試件經(jīng)150次凍融后，相對(duì)動(dòng)彈模量均大于60%，質(zhì)量損失均小于5%。試驗(yàn)試件的抗凍性能滿足F150的抗凍要求。

上述質(zhì)量檢測指標(biāo)匯總?cè)绫?所示。

表5 C30W4F150常態(tài)二級(jí)配混凝土復(fù)參質(zhì)量檢測指標(biāo)

由表5可知，在同樣試件條件下，YJJH-2試件在溫度、塌落度、含氣量、7d抗壓強(qiáng)度、28d抗壓強(qiáng)度、凍融后相對(duì)動(dòng)彈模量和凍融后質(zhì)量損失等多方面具有明顯優(yōu)勢。

5 結(jié)論

結(jié)合工程原材料質(zhì)量檢驗(yàn)、混凝土配合比室內(nèi)試配試驗(yàn)、系數(shù)調(diào)整以及混凝土配合比質(zhì)量檢測結(jié)果，C30W4F150常態(tài)二級(jí)配混凝土，廠家一的水泥、粉煤灰和礦粉復(fù)參配合比確定為：①二級(jí)配粗骨料5～20mm、20～40mm摻和比例分別為40%、60%；②砼C30配制強(qiáng)度為37.4MPa；③減水劑摻量為1.0%；④水膠比為0.44，砂率為38%，礦粉摻量為25%，粉煤灰摻量為15%，1m3混凝土材料中水、水泥、礦粉、粉煤灰、砂、石子和減水劑用量分別為154kg/m3、210kg/m3、

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

⑤混凝土坍落度為80mm，含氣量為4.6%，溫度為15.2℃；⑥混凝土試塊7d抗壓強(qiáng)度為30.2MPa，28d抗壓強(qiáng)度為40.3MPa，在0.5MPa抗?jié)B試驗(yàn)壓力下無透水試件，抗?jié)B等級(jí)為W4，150次凍融后相對(duì)動(dòng)彈模量為84.2%，質(zhì)量損失為2.8%，混凝土試塊強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍均滿足設(shè)計(jì)要求。

質(zhì)量檢測作為水利工程施工中必不可少的重要環(huán)節(jié)，為保障工程建設(shè)施工質(zhì)量、提高施工安全管理和發(fā)揮工程效益奠定了重要基礎(chǔ)，尤其是在混凝土配合比設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用。對(duì)于具體的水利工程，在依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范及技術(shù)合同條款的基礎(chǔ)上，可以參考本文提供的思路和方法，對(duì)混凝土原材料和配合比試配過程進(jìn)行質(zhì)量檢測，便于合理確定混凝土的配合比，對(duì)工程施工具有顯著的指導(dǎo)意義。