掺粉煤灰水工混凝土配合比的设计方法浅析.pdf

1前言 掺粉煤灰水工混凝土配合比的设计方法浅析 王毅 ( 中国水电建设集团第十五局有限公司科研设计院 陕西 成阳 7 1 2 0 0 0 ) 摘要现代水 工混凝土施工 ， 普遍使 用粉煤灰取代部分水 泥用 量， 也 因而对 配合 比的设计提 出 了更高 的要求。本文通过对湖南株 溪 口水 电站闸坝工程溢流堰面 混凝土配合 比设计过程的详细表述 ， 总结 了掺用粉煤灰混凝土配合比的设计方法绝对体积法的设计思想和设计过程。供混凝 土配 比试验人 员参考。 关键词水工混凝土 ； 配合 比设计 ； 绝对体积法 中图分类号 ： T v 4 3 1 文献标识码 ： B 在现代水 工混凝土 中，普 遍使用一部 分粉煤灰等量或超量取代水泥量。一方 面， 通过粉煤灰 的微玻璃 珠效应大力 改善混凝 土拌合物 的质量 ， 另一方面 ， 达 到减 少水泥 用量 、 降低水 化热 、 避免温 度裂 缝 、 提 高经 济效益的目的。 水工混凝土施工技术规 范规定：掺用粉煤灰混凝土配合比设计 时 ， 应按绝对体积法进行。但 由于绝对体积 法与质量法相 比， 计算 繁杂 ， 而且需 要进行 许多中间试验环节 ，一 般在 l丁程配合 比设 计 中很少使用 ，加之设计规 程对此设 计方 法的规定很笼统 ， 不 易实 际操作 ， 许 多试验 人员对此设计方法不 了解或不熟悉 。本文 结合湖南株溪 口水电站工程抗 冲磨混凝 土 配 合比的设计 ，从技术 总结 的角度详 细地 阐述 了绝 对体 积 法 的设 计思 想 和设 计 过 程 ， 供广 大同行参考 ， 也与广大 同行探讨 。 2工程概 况 湖南资水株溪V I 水电站工程位于资水 中游 益阳市安化县境 内， 是 以发 电为主 、 兼 顾航 运等的综合利用工程 。水库正常 蓄水 位 8 7 5 m， 电站 装机容 量 41 8 5 MW， 枢纽 布置从左 到右依次为左岸挡水 土坝 、单级 单线船 闸、 1 2孑 L 混凝土低堰闸坝 、 河床式发 电厂房 ，枢 纽建 筑物还包括坝 后消力池 和 护坦 等。该工程 于 2 0 0 5年 1 1 月开 _T， 2 0 0 8 年 l O月完工 ， 总工期 3 6个 月。 3用绝对体 积 法设计 混 凝土 配 合 比 3 1基本情况及设计要求 。 该溢 流堰 面设计 为抗 冲磨 混凝土 ， 强 度等级 为 C 4 0 ， 强度保 证率 9 5 ， 抗渗 等级 W8 ， 为了避免和减 少温度 裂缝 以及提 高砼 表面抗 冲磨 特性 ，要求 掺加粉煤灰及 抗冲 磨剂 。根据 实体结 构及配筋率 ， 要求使用一 级配或二级配混凝土 。本文 以二级配为例 。 3 2配合 比设计的详细方法步骤 ( 】 ) 原材料及试验结果 水泥 ( 代 号 C) ： 益 阳市 东方 水 泥有 限 责任公司生产的 P 0 4 2 5普通硅酸盐水 泥 ， 各项技术指标 检测合格 。用李 氏瓶法 测得 水泥 比重为 3 1 g c m 。 粉煤灰( 代号 F ) ： 益 阳市 昌源电力 有限 公司生产 的 级 粉煤灰 ，质量合格 。细度 1 9 7 ， 需 水量 比 9 3 0 ， 用 李 氏瓶 法测 得 粉煤灰比重为2 2 5 m 。根据相关规范对 抗冲磨混凝土中粉煤灰掺量的限制要求 ， 取最大掺量值 1 5 。 外 加剂 ：使用 河北同邦 - J J n 剂公 司生 产的T B l 】 型高效减水剂， 经检测质量合 格 ， 掺量 0 7 时， 减水率 为 1 6 。抗 冲磨剂 H F为甘肃 巨才 电力 公司生产 ， 按厂家 建议 表 1 各级骨料的表观密度值及吸水率 掺 量 2 5 。 骨 料 ( 代号 G) ： 由坝 区河床 疏挖 的 河 卵石经筛分而成，各项物理性能试验结果 均能满足混凝土对粗细骨料的技术要求。 确定各级骨料的表观密度 用绝 对体积 法设 计混 凝土 配合 比时 ， 必须精确检测骨料的表观密度值。试验室 用静水 天平 测得各级骨料 的表观密度值及 吸水率如表 1 。 砂率及骨料级配的试验 在混凝 土配合 比设计 中 ，砂率大小 直 接影 响混凝 土拌 合物 的流动性 和粘 聚性 ， 合理 的砂率 可以使混凝土 既满 足施工 和易 性要求 ，又 能使单 方混凝 土单 位用水量最 少 。砂率选择 试验采用选定 水胶 比和 固定 用水量逐级变 砂率 的方法进行 至少五次试 拌 ， 绘制坍 落度 和砂率关系 曲线 ， 在满足混 凝土粘 聚性 、 保 水性 良好 的前 提下 ， 在 曲线 上选择坍落度最 大时的砂率确 定为该拌合 物的最优砂率 ，再 根据设计要 求的坍落度 调整其单位用水量。经过实 际材料试拌 ， 选 定二级配的最优砂率为 3 8 。 确定骨料组合 的最佳级 配 选定几个不 同重量 比组合 的卵石骨料 进行振实密度试验。根据最 大密度 法原则， 以振实密度最大的组合为最佳级配。实际 材料试验 的结果为 ：当 G ： G十= 4 0： 6 0 时 ， 振实密度最大为 1 6 3 m ， 选 为最佳级 配 砂 小石 中石 大石 特大石 项目 ( 0 mm 5 m m) ( 5 ram 2 0 mm) ( 2 0 ram 4 0 mm) ( 40 mm 8 0 m m) ( 8 0 mm1 2 0 mm) 饱 和面干 表 观密度 2 6 2 0 2 6 2 2 2 6 3 0 2 6 6 o 2 6 8 3 ( k g m ) 饱 和面干 吸水率 ( ) 1 5 6 l - 4 2 1 0 5 0 _ 3 3 O 2 0 fi Il G ( 2 ) 确定配制强度 已 知 ：kk = 4 0 0 MP a ， P = 9 5 ， t = 1 6 4 5 ， 口 ： 5 0 MP a 。 则 ： f ,l L k +t = 4 0 0 + 1 645 5 0 = 4 8 2 5 MP a ( 3) 设计坍落度 设计坍落度 为 3 0 ram5 0 ram( 注 ： 从 最终 试验结 果来看 ， 该设计不合理 ) 。 ( 4) 水胶 比( w ) 的计算 水 泥的强度等级为 4 2 5 MP a ，取 水泥 强度 的富余系数 1 0 。 则 ： ： = 4 2 5 MP a ， 根据鲍罗米公式 计算 水胶 比如下 。( 按 设计规程 ， 卵石 回归系 数 d= O 4 8 ， B： O 3 3) 一 ： ： ： ( C + o + o t 卢 ) 4 8 2 5 + 0 4 8 x 0 3 3 4 2 5 =O-3 7 则可确定试拌水胶比为： 0 3 2、 0 3 7、 0 4 2 。 ( 5 ) 确定用水量( 代号 W ) 查设计规程 中用水量表 得 ：卵石 二级配 时 ， 单位 用水 量 为 l fi O k g m ； 掺 T B 一1 1 减 水 剂时 ， 用水量 W= I 6 0 X( 1 - 1 6 ) ： l 3 5 k m 。 ( 6 ) 用绝对体积法计算各种材料用量 水胶浆体积 ( v( c + F + w) ) 根 据 丽 W ： 0 3 2 ， 得 到( F + c )= 舌 磬 = 4 2 2 k m 。 则 ： C = 4 2 2 8 5 = 3 5 8 k g m F= 4 2 2 - 3 5 8 =6 4 k g m 。 所 以 ， V C q-W t= 鲁 + + l 3 5 = 2 7 9 L 。 骨料体积( 、 l ) V ，) = 1 0 0 0 一、 l + n w ) 一d= 1 0 0 0 2 7 9 3 0 =6 9 1 “ 为含气量 ) 二级配时骨料的加权饱和面干表观密度 粗骨料的加权密度( G ： G十= 4 0： 6 0 ) A=2 6 2 2 X 4 0 + 2 6 3 0 X 6 0 = 2 62 6 8 g c m 粗细骨料总的加权密度 ( 砂 率为 3 8 ) B = 2 6 2 0 X 3 8 q t - 2 6 2 6 8 6 2 = 2 6 2 4 2 e m 二级配时单方混凝 土中粗细骨料 的总 质量 M= B、 ( ： 2 6 2 4 2 X 6 91 =1 8 1 3 - 3 单方 混凝土中粗细骨料的用 量分 配 ： 细骨料 ： 1 8 1 3 - 3 X 3 8 = 6 8 9 1 k g 表 2 单方混凝 土材料用量表( 单位 k g m。 ) 水 水泥 粉煤 灰 砂 小石 中石 T B l l H F l 3 5 3 5 8 6 4 6 8 9 4 5 0 6 7 4 2 9 5 4 1 05 5 粗骨料 ： 1 8 l 3 3 6 8 9 1 = l 1 2 4 2 k g 根据最佳级配 ， 小石 ( 5 2 0 m m) 用量为 G =1 1 2 4 2 X4 0 = 4 4 9 7 k g m ， 中石 ( 2 04 0 mm) 用量 为 G = l 1 2 4 2 X 6 0 = 6 7 4 5 k g m 。 单方混凝 土中外加剂用 量 T B 一 1 1高 效 减 水 剂 ： 4 2 20 7 = 2 9 5 4 k g m H F抗 冲磨 剂： 4 2 2 2 5 = 1 0 5 5 k g m 最 终确定 的单 方混凝土 中各种材 料用量 如表 2 。 3 3计算配合 比的室 内试 配 对 上述 配合 比进 行室 内试 配 ， 采用机 械 拌合形式 ，观察拌合物的外观状态呈干硬 状 态 。但在 用坍 落度 筒做 试验 时发 现 ， 当分 层 插捣 后 ， 在 坍 落度 筒 提起 时 ， 混 凝 土拌 合 物 迅速 流动 扩散 开来 ， 似 胶状 。在人 工 翻捣 时 发 现 该 拌合 物 对 地 板 的粘 结 力 很 强 ， 粘 聚性 良好 ， 实 测“ 坍落 度 ” 达 到 2 5 O m m， 表 现 出大 流动 性 和 自密 实 的特 征 ，成 型抗 压 强 度试 件 。 重 复 3 - 2条 中第 ( 6 ) 步 ， 设 计水胶 比分 别 为 0 3 7和 0 4 2时的配合 比，并进行试 配和成 型试件 ， 拌合物 外观同前 ， 实测 坍落度分别 为 2 2 6 mm、 2 2 0 mm， 成型抗 压强度试件 。 养护至设计龄期 2 8 d时 ， 实测抗压强度分 别为 4 8 5 MP a 、 3 9 8 MP a和 3 2 5 MP a 。 最终选定水胶 比为 0 3 2的配合 比为施 用配合 比。经抗 渗试 件到期后实测 ， 抗 渗等级 均大于 W8 。抗 冲磨特性根据对 HF科研单位 的咨询得知 ： 当掺量( 干掺 ) 达 到 2 5 时 ， 完全 可以满足水 工混凝土抗冲磨性能要求。 3 4施工 注意事项 ( 1 ) 在拌 和站集 中拌合 时 ， 应尽 可能使用 强制式 搅拌 机。 由于该 混凝 土粘结 力 强 ， 所 以 ， 施 工机械 组合 要安排 紧凑 ， 保证 连续 、 快 速施工 ， 每班要人工及时充分的清理搅拌罐 内 粘 附的混凝土 ， 避 免凝结后难 以铲 除 ， 而且影 响搅拌罐 的容积 。 ( 2 ) 在现场施工时 ， 一方 面要保 护混凝土 钢筋 保护层的厚度 ； 另一方面 ， 要对溢 流堰面 上 已经浇筑 的 H F混 凝土适 时的收光抹面 ， 保 证堰面的平滑性。 4结语 通过施工现场抽取试件检测 ， 混凝土强度 均满足设计要求，试件强度统计标准差 口 5 O M P a ， 这就证明使用绝对体积法设计的配合 比相 当成功。需 要强调地是 ， 绝对体积法对各 种材料的表观密度 的测定数据一定要准确 ， 一 定要理解 加权密度值 的概念 和胶凝材料 的概 念 ， 否则 容易犯顾此失彼 的错误 ， 从而 导致 整 体设计错 误。 由于绝对体积 法这种设计方法使用很少 ， 尤其是在 目前水工混凝土大 量使用粉煤灰 的 情况下 ， 每一位试验人员更有必要熟悉此种配 合 比设计 方法。 以上浅见 ， 一方面与同行探讨 ， 另一方面也 旨在抛砖引玉 。陕西水利 参考文献 【 1 用 于 水 泥 和 混 凝 土 中 的 粉 煤 灰 ( G B T1 5 9 6 2 0 0 5 ) 国家质量监督检验检 疫总 局 2 0 0 5 ， 0 8 ； 【 2 】 普 通 混凝 土 配 合 比设 计 规 程 0 G J 5 5 2 0 0 0 ) 中华人 民共和 国建设部 ； f 3 】 水 工 混凝 土配 合 比 设 计规 程( DL T 5 3 3 0 - - - 2 0 0 5 ) 水利水电出版社 ： 4 】 水工混凝 土施 工技术规 范 ( DL T 5 0 5 5 1 9 9 6 ) 水利 水 电 出版 社 ( 责任编辑 ： 黄灵芝) 据 以上对 渠首工程各 方案的运行 条件 ，工程量及 程 造价 等 因素 的 多方 比较 分析 看 。第 一 方 案具 有 工程 量 小 ， 工程 投 资最低 ， 结合 叶河 洪水 特性 考 虑 既经 济 又 合 理 ，操 作 运 行 较 安 全 方 便 、 灵 活 ，即使 遭 遇特 大 洪水 溃 坝后 易 于修 复 等 优 点 。因此 ， 推 荐第 一方 案 。 5结 语 在 叶尔 羌河这 样 的游荡 性 、 多 泥沙河 流 上 改建 拦 河 渠首 ，保 证 引水 及 泄 洪 冲沙 是 水 ： 设计 中的 重要 环 节 ，设计 方 案 的 优劣 直 接 关 系到 水 利工 程 的运 行 安 全性 和 实用 性 。民生渠 首改 建 工程 的推荐 方案 ， 保 留和 充 分 利用 了渠 首前 的 人工 弯 道 ，以 凹 岸引 水 ， 防止 了泥 沙 人 渠 ， 防 沙效 果 显著 。 推荐 方 案 改建 时 充分 利 用 了原 民生渠 首 的 引水 及 冲沙 闸 ， 为工 程建 设节 省 了资金 。新 增 的 泄 洪 闸不 但 为原 有 的 泄洪 闸减 轻 了泄 洪压 力 ， 提 高 了渠 首 工程 泄 洪 能力 ， 还解 决 工程 的设 计 标 准 偏低 的问 题 。泄洪 闸平 时关 闸 壅 水沉 沙 ， 汛 期 开 闸泄 水排 沙 ， 很 好 地起 到 了基本 上 不 改变 原 河道 的 形态 ，又使 进 水 闸始终 保持 良好 的进 水条件 的作 用。因此 ， 推 荐 方案 的提 出 ，对 解 决 民生 渠首 现状 存 在 的 问题 ， 具 有 很好 的 现实 意义 ， 同时 还 为 今 后 在多 泥 沙河 流 上的 修 建渠 首工 程 提供 了有益 地参考 。陕西水利 参考文献 【 1 华 东水利学 院 水工设 计手册 【 l ( 】 北京： 水 利 电 力 出版 社 1 9 8 4 【 2 】 张世儒， 高逸 士， 夏维城等 水闸【 M】 北京： 水 利 电 力 出版 社 1 9 8 3 2 5 6 3 5 6 ( 责任编辑 ： 黄灵芝)