江西省洪屏抽水蓄能电站混凝土配合比试验研究

章李乐

(南昌市水利规划设计院， 江西 南昌 330009)



江西省洪屏抽水蓄能电站混凝土配合比试验研究

章李乐

(南昌市水利规划设计院， 江西 南昌 330009)

【摘要】混凝土配合比设计中水胶比、砂率、外加剂掺量及粉煤灰掺量等参数需要根据原材料品质进行调整，但在实际试验过程中，常根据经验或厂家推荐指标确定，可能会造成方案不合理，难以指导施工。本文系统阐述了江西省洪屏抽水蓄能电站混凝土配合比方案设计思路，包括：根据试配方案的28d混凝土强度成果，使用最小二乘法确定各个配合比方案水胶比；根据拌和物的工作性与用水量关系、拌和物的和易性与强度损失关系、水泥净浆流动度损失确定混凝土配合比的砂率、粉煤灰掺量以及外加剂掺量参数；根据设计强度、工作性以及耐久性要求，制定符合工程实际的混凝土配合比设计方案。实践证明：配合比优化设计方案既缩短了配制时间又经济可靠。

【关键词】洪屏抽水蓄能电站；混凝土；配合比；试验研究

1概述

合理的混凝土配合比设计与配制是保证混凝土浇筑质量的重要环节。混凝土配合比试验是一个系统工程，影响因素很多，需要根据原材料及各类参数的不同设计混凝土配合比，以配制耐久性、和易性都能够满足要求的混凝土。因此，混凝土配合比的确定不仅仅是一个试验过程，更应该是一个细致的研究过程。本文对江西省洪屏抽水蓄能电站混凝土配合比方案设计进行了系统研究，以使所设计的配合比方案能够满足施工、设计与规程规范要求。

江西省洪屏抽水蓄能电站是江西省第一座抽水蓄能电站，位于靖安县境内，电站规划装机容量为2400MW，总投资为51.88亿元。电站枢纽建筑物主要由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和地面开关站等组成。洪屏电站混凝土配合比设计指标共有4个强度等级：C15、C20、C25、C30，部分混凝土还有抗渗等级、抗冻等级不同的耐久性要求，需设计16个混凝土配合比设计方案，具体要求见表1。

表1　洪屏电站混凝土配合比设计指标要求

2混凝土配合比方案设计

制定混凝土配合比方案需要经过试配、调整及确定三个阶段，在试配前还须对原材料与水泥等产品的品质进行检测，选取最优砂率、粉煤灰与外加剂最优掺量等配合比基本参数。参数是否合理决定了混凝土配合比方案是否经济合理、技术上是否可行。洪屏电站混凝土配合比设计的总体原则有三个：满足设计强度、耐久性要求；配合比方案要经济合理；配合比方案提出的时间不影响施工进度要求。

2.1原材料品质试验

洪屏电站混凝土配合比原材料包括人工砂、碎石(三级配)、水泥、粉煤灰及外加剂。所检测原材料品质符合规范和设计要求。

2.2选取混凝土配合比基本参数

混凝土配合比方案需要确定的基本参数包括水胶比、单位用水量、最优砂率、粉煤灰掺量、外加剂掺量、骨料最大堆积密度等。

2.2.1最大堆积密度试验

洪屏电站混凝土配合比试验二级配最大堆积密度试验选择4种组合，当二级配最大级配为小石∶中石=40∶60时，堆积密度最大；三级配最大级配为小石∶中石∶大石=30∶30∶40时，堆积密度最大。

2.2.2外加剂掺量

外加剂的掺入效果随工程所用原材料的不同而异。为给室内混凝土拌和试验选择合适减水剂掺量提供依据，进行外加剂与拌和用胶凝材料适应性试验，即掺外加剂的净浆流动度及其经时流动度试验。洪屏电站外引气型高效缓凝减水剂最适掺量试验成果见图1。

图1　不同掺量减水剂净浆流动度及损失试验曲线

掺量低、流动度大且流动度损失小的外加剂掺量为最佳掺量，此时的外加剂对胶凝材料的适应性好。从图1可以看出此种水泥减水剂的最适掺量为0.9%。

2.2.3粉煤灰掺量

在0.5水胶比、外加剂掺量为0.9%的情况下，选择粉煤灰10%、20%、30%三个掺量进行粉煤灰掺量与强度关系试验，试验成果见图2。根据不同粉煤灰掺量混凝土拌和物强度成果，7d、28d混凝土强度都随粉煤灰掺量的增加而减少，粉煤灰掺量为30%时，强度损失较大。粉煤灰掺量为20%与30%时混凝土拌和物工作性较好。从混凝土强度损失与拌和物性能考虑，选择20%粉煤灰掺量。

图2　不同粉煤灰掺量混凝土强度试验成果

2.2.4最优砂率选取

在保证混凝土拌和物具有良好的黏聚性并达到要求的工作性时用水量较小、拌和物密度较大所对应的砂率即为最优砂率。洪屏电站混凝土配合比分别进行二级配常态、二级配泵送混凝土砂率优选试验。二级配常态、泵送混凝土最优砂率试验时，水胶比为0.5、粉煤灰掺量为20%、外加剂掺量为0.9%，三个参数不变进行二级配常态混凝土最优砂率试验，具体成果见图3～图6。

图3　二级配常态混凝土砂率—密度关系

图4　二级配常态混凝土砂率—坍落度关系

图5　二级配泵送混凝土砂率—密度关系

图6　二级配泵送混凝土砂率—坍落度关系

常态混凝土在水胶比为0.5、粉煤灰掺量为20%、砂率为38%时,混凝土拌和物工作性好、密度最大，因此二级配常态混凝土在0.5水胶比时最优砂率取38%。

泵送混凝土在水胶比为0.5、粉煤灰掺量为20%、砂率为42%时,混凝土拌和物工作性好、密度最大，因此二级配泵送混凝土在0.5水胶比时最优砂率取42%。

2.3混凝土配合比试配方案及水胶比确定

一般情况下，试验人员选取三个水胶比设计混凝土试配方案，根据试配方案结果选取混凝土水胶比。若按照常规方法确定试配混凝土配合比，则16个混凝土配合比方案需要试配50个左右的方案，其中有许多重复方案，增加了工作量，无法满足施工进度要求，且不经济合理。洪屏电站混凝土配合比计算水胶比时，对于二级配常态、泵送混凝土各选取6个水胶比进行试配试验，使用最小二乘法进行线性回归分析。试配方案成果见表2，选用的水胶比、试配成果及线性回归方程见表3。

表2　试配方案成果

注 1.使用“南方”牌P.O 42.5水泥，水泥强度为fce=45.9MPa；2.外加剂掺量为0.9%；3.粉煤灰掺量为20%。

表3　二级配常态与二级配泵送混凝土线性回归方程成果

根据常态混凝土胶水比—强度线性回归方程，考虑强度离差系数，相应于配制C15混凝土水胶比不宜大于0.67，相应于配制C20混凝土水胶比不宜大于0.55，相应于配制C25混凝土水胶比不宜大于0.48，相应于配制C30混凝土水胶比不宜大于0.42。三级配C15混凝土推荐使用HP-01配合比方案。

根据泵送混凝土胶水比—强度线性回归方程，考虑强度离差系数，相应于配制C20混凝土水胶比不宜大于0.59，相应于配制混凝土C25混凝土水胶比不宜大于0.51，相应于配制C30混凝土水胶比不宜大于0.44。在调整过程中，可适当减小水胶比，以满足混凝土耐久性要求。

2.4混凝土配合比方案的调整及确定

混凝土配合比方案的调整是整个方案设计中的关键。目前，混凝土配合比方案的调整技术方法并没有相关标准或研究，一般是根据自身的经验进行调整。本配合比设计方案的调整原则为：ⓐ满足设计的强度与耐久性要求，提出的水胶比应保证设计指标要求；ⓑ满足现场施工要求，根据相应的浇筑部位进行调整；ⓒ满足经济性要求，尽量减少水泥的使用。根据初步试配和调整的混凝土方案进行了混凝土耐久性能试验，推荐了设计要求的混凝土配合比方案。

3结语

经投入使用，所确定的混凝土配合比方案能够较好地指导实际施工，获得了参建各方的认可。以下几点可供借鉴：

a.对于大型水利枢纽工程，一个系统、科学、经济的配合比试验是非常必要的。配合比设计并非一次性的试验过程，而是需要反复的调整、试验与研究，这也是混凝土配合比优化设计的核心。但为满足施工工期要求，配合比试验方案需统一分析。

b.对于大型水利工程，不同设计指标的混凝土配合比要求单独设计，以满足经济性要求。以该工程C30W10F50、C30F100、C30F50混凝土配合比方案为例，当不考虑经济性因素时，三个方案可设计为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。在确定水胶比时，应考虑规范对于耐久性水胶比的要求。洪屏电站泵送混凝土配合比计算时，对有抗冻性要求的混凝土，水胶比最大值为0.57。

d.目前对于粉煤灰掺量、外加剂掺量还没有相应的规范，混凝土配合比试验常根据厂家推荐或经验选取掺量。目前确定粉煤灰最优掺量的主要依据是其与坍落度、强度和温度的关系。对于外加剂掺量需要进行适应性试验，以判断其掺量是否合适。

参考文献

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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

中图分类号：TV431

文献标识码：A

文章编号：1673-8241(2016)06- 0046- 05

科学研究及工程设计