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【摘 要】 介绍了银盘电站纵堰混凝土配合比设计及混凝土性能试验结果，并结合施工实际，对配合比的使用效果进行了简要的分析研究。
【关键词】 混凝土；配合比；研究；应用
1、工程概况
乌江银盘水电站纵堰布置在乌江河床右岸，由上纵堰段、坝身段、下纵堰段三大部分组成，上纵段堰顶高程217.0m，最大堰高39.0m；下纵段堰顶高程215.0m，最大堰高37m。堰内坝身段宽25.5m，顺水流向长64m。
主要混凝土工程量：碾压混凝土约32万m3，常态混凝土8.1万m3。混凝土强度等级及主要设计指标见表1所示。
表1 混凝土强度等级及主要设计指标
部位 强度
等级 级配 限制最大水胶比 极限拉伸（×10-4） 抗冻 抗渗
28d 90d
纵堰内部混凝土（RCC） C9015 三 0.55 ≮0.60 ≮0.70 F50 W6
坝身段迎水面及外部混凝土（RCC） C9020 二 0.50 ≮0.65 ≮0.75 F150 W8
上纵段、下纵段变态混凝土 C9020 三 0.50 ≮0.65 ≮0.75 F150 W8
基础及垫层混凝土 C9020 三 0.50 ≮0.80 ≮0.75 F150 W8
防护混凝土 C20 三 0.50 ≮0.80 — F150 W8
坝身段坝顶及门库周边 C9025 三 0.50 ≮0.85 ≮0.90 F150 W8
下纵段常态混凝土 C9030 三 0.45 ≮0.85 ≮0.90 F150 W8
2 原材料性能
2.1水泥
试验采用华新P·MH42.5中热硅酸盐水泥，物理性能检测结果见表2。
2.2粉煤灰
试验用粉煤灰为重庆珞璜电厂生产的II级粉煤灰，各项技术指标满DL/T5055-1996《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》中II级粉煤灰的要求。
2.3外加剂
外加剂采用江苏博特新材料股份有限公司生产的JM系列萘系高效缓凝减水剂和引气剂，经检验缓凝高效减水剂及引气剂性能满足规范要求。
2.3.骨料
试验用骨料为左岸董家沟砂石系统加工的灰岩人工骨料。细骨料细度模数为2.54，石粉含量为13.5%，表观密度为2.71g/cm3；粗骨料表观密度为2.72g/cm3，吸水率为0.63%。人工碎石组合比：碾压混凝土二级配为55：45，三级配为30：40：30；常态混凝土二级配为55：45，三级配为50：20：30。
3 混凝土配合比设计
3.1试验方案
银盘电站纵堰混凝土部位及功能分区细致，坝体内部采用碾压混凝土，坝体外部既有变态混凝土也有常态混凝土；不同种类不同等级混凝土既要满足强度等级及变形性能要求，又要满足耐久性要求，因而试验方案的选择显得尤为重要，试验方案组合见表3。
表3 配合比设计方案组合
序号 混凝土种类 骨料级配 水胶比 粉煤灰掺量（%） 备注
1 碾压 二、三 0.45、0.50、0.55 50、55、60
2 变态 二 0.45、0.50 45、50 加浆量4%、6%、8%
3 常态 二、三 0.45、0.50、0.55 0、20、30、35
3.1配合比参数的选择
3.1.1水胶比
通过强度试验结果结合类似工程经验，对于坝体碾压混凝土C9015、C9020选用0.50的水胶比，变态混凝土浆液水胶比选用0.45；对于常态混凝土，根据强度等级及使用部位的不同，选用0.45及0.50两个水胶比即可。
3.1.2粉煤灰掺量
粉煤灰作为掺合料，替代水泥加入混凝土中，不仅能改善混凝土的和易性，增加密实性，降低水化热，减少混凝土开裂的诱因，而且能够降低成本，取得一定的经济效益。对于碾压混凝土，按照目前国内外碾压混凝土的发展趋势，采用较低的水胶比，大掺量粉煤灰的方法，选取设计最大粉煤灰限制掺量60%，考虑到C9020（RCC）作为坝身段的一部分，90d极限拉伸值≮75×10-6，根据试验结果粉煤灰掺量选取50%；常态混凝土粉煤灰掺量选取设计最大粉煤灰限制掺量30%，具有抗冲磨要求的部位，粉煤灰掺量选用20%，各等级混凝土性能试验结果能够满足设计指标要求。
3.1.3混凝土单位用水量
混凝土单位用水量与石子级配、粗细骨料粒形、砂子细度模数、砂率、粉煤灰掺量及外加剂用量、坍落度要求等密切相关。根据混凝土拌和物性能试验结果，银盘电站围堰三级配碾压混凝土C9015单位用水量为78kg/m3，二级配碾压混凝土C9020单位用水量为90kg/m3；三级配常态混凝土单位用水量102kg/cm3，二级配常态混凝土单位用水量123kg/m3。
4 混凝土性能
4.1混凝土抗压强度
混凝土抗压强度试验结果见表4所示。其中编号YP-1～YP-12为常态混凝土，编号YP-16～YP-24为碾压混凝土。从试验结果可以看出，不论常态混凝土还是碾压混凝土其抗压强度均有以下特点：①混凝土的各龄期抗压强度值与胶水比具有良好的线性关系，见图1；②混凝土的抗压强度随水胶比的增大而降低；③在水胶比相同时，混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低的趋势；④高掺粉煤灰混凝土早期强度发展较慢，后期強度增长较快，粉煤灰掺量为60%的碾压混凝土，90d抗压强度是7d的2.31倍，而不掺粉煤灰的混凝土，90d抗压强度是7d的1.55倍。
图1 混凝土28天抗压强度与水胶比关系 4.2混凝土抗压弹性模量
试验测得各配合比混凝土28d的抗压弹模在33.1GPa～41.2GPa，90d抗压弹模在37.3GPa～44.7GPa。混凝土弹模与强度和骨料有一定关系，一般来说，混凝土和骨料强度愈高，弹模越大。
4.3混凝土极限拉伸
极限拉伸值与极拉强度随龄期增长，与抗压强度正相关，但相关性较差。这主要是因为混凝土极限拉伸试验易受骨料粒径、级配、装料不均、偏心等因素影响，一般是骨料粒径小的比大的极限拉伸值要大。
极限拉伸试验结果见表5，其中编号YP-1～YP-15为常态混凝土，编号YP-16～YP-24为碾压混凝土。碾压混凝土由于粉煤灰掺量大因而极限拉伸值相对较低，28d极限拉伸值在61×10-6～81×10-6之间，90d极限拉伸值在71×10-6～88×10-6之间；常态混凝土28d极限拉伸值在69×10-6～101×10-6之间，90d极限拉伸值在78×10-6～117×10-6之间。
4.4混凝土抗冻及抗渗
根据不同部位混凝土抗冻、抗渗要求，分别掺加适量的减水剂和引气剂。对于常态混凝土引气剂掺量一般在0.6/万左右时，含气量在4%～5%左右；碾压混凝土由于用水量较小，粉煤灰掺量较大，引气剂掺量在8/万～10/万时，含气量能够达到3.4%左右。经抗冻、抗渗试验，混凝土抗冻、抗渗性能均能满足设计要求。
5 推荐配合比
根据混凝土配合比性能试验结果，纵堰混凝土推荐配合比如表6所示。
6 工程应用
银盘电站纵堰施工历时一年，共浇注混凝土40万m3，其中碾压混凝土32万m3，常态混凝土8.1万m3，抽检混凝土抗压强度185组，其中设计强度等级为C9015碾压混凝土抽检85组，90d抗压强度平均值为29.7MPa，合格率为100%；C9020碾压混凝土抽检17组，90d抗压强度平均值为32.5MPa，合格率为100%；常态混凝土抽检83组，各设计龄期混凝土抗压强度值均满足设计要求，合格率为100%。
从检验结果来看，混凝土工程浇注质量总体良好，但部分标号混凝土强度值高于设计强度较多，其主要原因是：①对于碾压混凝土，设计强度等级C9020，考虑到碾压混凝土的可碾性及设计最大水灰比限制（≯0.50），推荐配合比水胶比为0.50，粉煤灰掺量50%，其性能试验结果能够满足设计要求；但施工过程中，由于砂石骨料，特别是人工砂中的石粉含量较低的原因，造成碾压混凝土的可碾性较差。通过试验，采用以粉煤灰代替部分砂料，增加砂中细粉含量，提高了碾压混凝土的可碾性。因而实际施工配合比中胶凝材料用量为250kg/m3左右，实际水胶比只有0.36左右，其中粉煤灰占胶材总量的65%左右，在水灰比不变的情况下，胶凝材料的增加必然引起混凝土强度的提高。一般认为水胶比降低0.05，混凝土强度提高3MPa～6MPa，依此推算，现场施工水胶比比室内试验水胶比降低近0.15，从而造成碾压混凝土超强现象发生也就不足为奇了。胶凝材料的增加，提高混凝土强度的同时也使混凝土的其他性能发生变化，特别是热学性能，是否对结构物的温控有不利影响，温控措施是否要改进等等，还待进一步研究和探讨；②对于常态混凝土，设计强度等级C9030，由于浇注部位有抗冲耐磨要求，受设计最大水灰比（≯0.45）及最大粉煤灰掺量（≯20%）限制，从而造成混凝土强度高于设计强度等级较多，但这对保证结构物的抗冲磨要求是有利的。
7 结语
混凝土配合比各项性能指标均能满足设计要求，根据实际情况调整后，并经工程应用证明了其合理和可行。
根据银盘电站纵堰碾压施工实际经验，砂子石粉含较量较低时，可以采用粉煤灰代替砂的方法来提高碾压混凝土的可碾性，也会增加混凝土的强度，故当采用粉煤灰替砂方案，配合比還可进一步优化，降低单方混凝土造价。
作者简介：于付海，安徽阜阳人，工程师，从事水利水电工程建设施工管理。
【关键词】 混凝土；配合比；研究；应用
1、工程概况
乌江银盘水电站纵堰布置在乌江河床右岸，由上纵堰段、坝身段、下纵堰段三大部分组成，上纵段堰顶高程217.0m，最大堰高39.0m；下纵段堰顶高程215.0m，最大堰高37m。堰内坝身段宽25.5m，顺水流向长64m。
主要混凝土工程量：碾压混凝土约32万m3，常态混凝土8.1万m3。混凝土强度等级及主要设计指标见表1所示。
表1 混凝土强度等级及主要设计指标
部位 强度
等级 级配 限制最大水胶比 极限拉伸（×10-4） 抗冻 抗渗
28d 90d
纵堰内部混凝土（RCC） C9015 三 0.55 ≮0.60 ≮0.70 F50 W6
坝身段迎水面及外部混凝土（RCC） C9020 二 0.50 ≮0.65 ≮0.75 F150 W8
上纵段、下纵段变态混凝土 C9020 三 0.50 ≮0.65 ≮0.75 F150 W8
基础及垫层混凝土 C9020 三 0.50 ≮0.80 ≮0.75 F150 W8
防护混凝土 C20 三 0.50 ≮0.80 — F150 W8
坝身段坝顶及门库周边 C9025 三 0.50 ≮0.85 ≮0.90 F150 W8
下纵段常态混凝土 C9030 三 0.45 ≮0.85 ≮0.90 F150 W8
2 原材料性能
2.1水泥
试验采用华新P·MH42.5中热硅酸盐水泥，物理性能检测结果见表2。
2.2粉煤灰
试验用粉煤灰为重庆珞璜电厂生产的II级粉煤灰，各项技术指标满DL/T5055-1996《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》中II级粉煤灰的要求。
2.3外加剂
外加剂采用江苏博特新材料股份有限公司生产的JM系列萘系高效缓凝减水剂和引气剂，经检验缓凝高效减水剂及引气剂性能满足规范要求。
2.3.骨料
试验用骨料为左岸董家沟砂石系统加工的灰岩人工骨料。细骨料细度模数为2.54，石粉含量为13.5%，表观密度为2.71g/cm3；粗骨料表观密度为2.72g/cm3，吸水率为0.63%。人工碎石组合比：碾压混凝土二级配为55：45，三级配为30：40：30；常态混凝土二级配为55：45，三级配为50：20：30。
3 混凝土配合比设计
3.1试验方案
银盘电站纵堰混凝土部位及功能分区细致，坝体内部采用碾压混凝土，坝体外部既有变态混凝土也有常态混凝土；不同种类不同等级混凝土既要满足强度等级及变形性能要求，又要满足耐久性要求，因而试验方案的选择显得尤为重要，试验方案组合见表3。
表3 配合比设计方案组合
序号 混凝土种类 骨料级配 水胶比 粉煤灰掺量（%） 备注
1 碾压 二、三 0.45、0.50、0.55 50、55、60
2 变态 二 0.45、0.50 45、50 加浆量4%、6%、8%
3 常态 二、三 0.45、0.50、0.55 0、20、30、35
3.1配合比参数的选择
3.1.1水胶比
通过强度试验结果结合类似工程经验，对于坝体碾压混凝土C9015、C9020选用0.50的水胶比，变态混凝土浆液水胶比选用0.45；对于常态混凝土，根据强度等级及使用部位的不同，选用0.45及0.50两个水胶比即可。
3.1.2粉煤灰掺量
粉煤灰作为掺合料，替代水泥加入混凝土中，不仅能改善混凝土的和易性，增加密实性，降低水化热，减少混凝土开裂的诱因，而且能够降低成本，取得一定的经济效益。对于碾压混凝土，按照目前国内外碾压混凝土的发展趋势，采用较低的水胶比，大掺量粉煤灰的方法，选取设计最大粉煤灰限制掺量60%，考虑到C9020（RCC）作为坝身段的一部分，90d极限拉伸值≮75×10-6，根据试验结果粉煤灰掺量选取50%；常态混凝土粉煤灰掺量选取设计最大粉煤灰限制掺量30%，具有抗冲磨要求的部位，粉煤灰掺量选用20%，各等级混凝土性能试验结果能够满足设计指标要求。
3.1.3混凝土单位用水量
混凝土单位用水量与石子级配、粗细骨料粒形、砂子细度模数、砂率、粉煤灰掺量及外加剂用量、坍落度要求等密切相关。根据混凝土拌和物性能试验结果，银盘电站围堰三级配碾压混凝土C9015单位用水量为78kg/m3，二级配碾压混凝土C9020单位用水量为90kg/m3；三级配常态混凝土单位用水量102kg/cm3，二级配常态混凝土单位用水量123kg/m3。
4 混凝土性能
4.1混凝土抗压强度
混凝土抗压强度试验结果见表4所示。其中编号YP-1～YP-12为常态混凝土，编号YP-16～YP-24为碾压混凝土。从试验结果可以看出，不论常态混凝土还是碾压混凝土其抗压强度均有以下特点：①混凝土的各龄期抗压强度值与胶水比具有良好的线性关系，见图1；②混凝土的抗压强度随水胶比的增大而降低；③在水胶比相同时，混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低的趋势；④高掺粉煤灰混凝土早期强度发展较慢，后期強度增长较快，粉煤灰掺量为60%的碾压混凝土，90d抗压强度是7d的2.31倍，而不掺粉煤灰的混凝土，90d抗压强度是7d的1.55倍。
图1 混凝土28天抗压强度与水胶比关系 4.2混凝土抗压弹性模量
试验测得各配合比混凝土28d的抗压弹模在33.1GPa～41.2GPa，90d抗压弹模在37.3GPa～44.7GPa。混凝土弹模与强度和骨料有一定关系，一般来说，混凝土和骨料强度愈高，弹模越大。
4.3混凝土极限拉伸
极限拉伸值与极拉强度随龄期增长，与抗压强度正相关，但相关性较差。这主要是因为混凝土极限拉伸试验易受骨料粒径、级配、装料不均、偏心等因素影响，一般是骨料粒径小的比大的极限拉伸值要大。
极限拉伸试验结果见表5，其中编号YP-1～YP-15为常态混凝土，编号YP-16～YP-24为碾压混凝土。碾压混凝土由于粉煤灰掺量大因而极限拉伸值相对较低，28d极限拉伸值在61×10-6～81×10-6之间，90d极限拉伸值在71×10-6～88×10-6之间；常态混凝土28d极限拉伸值在69×10-6～101×10-6之间，90d极限拉伸值在78×10-6～117×10-6之间。
4.4混凝土抗冻及抗渗
根据不同部位混凝土抗冻、抗渗要求，分别掺加适量的减水剂和引气剂。对于常态混凝土引气剂掺量一般在0.6/万左右时，含气量在4%～5%左右；碾压混凝土由于用水量较小，粉煤灰掺量较大，引气剂掺量在8/万～10/万时，含气量能够达到3.4%左右。经抗冻、抗渗试验，混凝土抗冻、抗渗性能均能满足设计要求。
5 推荐配合比
根据混凝土配合比性能试验结果，纵堰混凝土推荐配合比如表6所示。
6 工程应用
银盘电站纵堰施工历时一年，共浇注混凝土40万m3，其中碾压混凝土32万m3，常态混凝土8.1万m3，抽检混凝土抗压强度185组，其中设计强度等级为C9015碾压混凝土抽检85组，90d抗压强度平均值为29.7MPa，合格率为100%；C9020碾压混凝土抽检17组，90d抗压强度平均值为32.5MPa，合格率为100%；常态混凝土抽检83组，各设计龄期混凝土抗压强度值均满足设计要求，合格率为100%。
从检验结果来看，混凝土工程浇注质量总体良好，但部分标号混凝土强度值高于设计强度较多，其主要原因是：①对于碾压混凝土，设计强度等级C9020，考虑到碾压混凝土的可碾性及设计最大水灰比限制（≯0.50），推荐配合比水胶比为0.50，粉煤灰掺量50%，其性能试验结果能够满足设计要求；但施工过程中，由于砂石骨料，特别是人工砂中的石粉含量较低的原因，造成碾压混凝土的可碾性较差。通过试验，采用以粉煤灰代替部分砂料，增加砂中细粉含量，提高了碾压混凝土的可碾性。因而实际施工配合比中胶凝材料用量为250kg/m3左右，实际水胶比只有0.36左右，其中粉煤灰占胶材总量的65%左右，在水灰比不变的情况下，胶凝材料的增加必然引起混凝土强度的提高。一般认为水胶比降低0.05，混凝土强度提高3MPa～6MPa，依此推算，现场施工水胶比比室内试验水胶比降低近0.15，从而造成碾压混凝土超强现象发生也就不足为奇了。胶凝材料的增加，提高混凝土强度的同时也使混凝土的其他性能发生变化，特别是热学性能，是否对结构物的温控有不利影响，温控措施是否要改进等等，还待进一步研究和探讨；②对于常态混凝土，设计强度等级C9030，由于浇注部位有抗冲耐磨要求，受设计最大水灰比（≯0.45）及最大粉煤灰掺量（≯20%）限制，从而造成混凝土强度高于设计强度等级较多，但这对保证结构物的抗冲磨要求是有利的。
7 结语
混凝土配合比各项性能指标均能满足设计要求，根据实际情况调整后，并经工程应用证明了其合理和可行。
根据银盘电站纵堰碾压施工实际经验，砂子石粉含较量较低时，可以采用粉煤灰代替砂的方法来提高碾压混凝土的可碾性，也会增加混凝土的强度，故当采用粉煤灰替砂方案，配合比還可进一步优化，降低单方混凝土造价。
作者简介：于付海，安徽阜阳人，工程师，从事水利水电工程建设施工管理。