碾壓混凝土配合比設計實踐

1、<p>　　碾壓混凝土配合比設計實踐</p><p>　　摘 要：根據廣東惠州抽水蓄能電站大壩的原材料，在試驗基礎上，用數理分析法探究水膠比、粉煤灰摻量對碾壓混凝土強度影響規(guī)律，并利用該規(guī)律，獲得滿足技術經濟要求的碾壓混凝土配合比。該法克服了碾壓混凝土配合比設計依賴不斷試配的缺點，其設計過程有章可循，獲得的規(guī)律可動態(tài)適應外界條件變化，具有一定的實用意義。 </p><p>　　關

2、鍵詞：水膠比；粉煤灰摻量；強度規(guī)律；碾壓混凝土配合比 </p><p>　　碾壓混凝土壩是過去三十多年發(fā)展起來的筑壩技術，它把混凝土壩的結構安全度和土石壩的經濟及快速施工結合起來。碾壓混凝土是水泥用量少、粉煤灰等摻合料摻量大的干硬性混凝土，且多以90d或180d為其強度設計齡期，其強度發(fā)展規(guī)律、施工方法與普通混凝土有別。碾壓混凝土配合比設計，多按參考其它類似工程配合比的基礎上不斷試配。這樣做，理論依據欠缺、過程繁

3、瑣，獲得的配合比一般并非真正意義的技術經濟配合比，加之碾壓混凝土的可碾性受氣溫等外界條件制約，當外界條件變化時，適應性也較差。實踐表明，在原材料、施工工藝相對穩(wěn)定的情況下，影響碾壓混凝土90d（或180d）強度的主要因素是水膠比與粉煤灰摻量。本文在試驗基礎上，探究水膠比與粉煤灰摻量對碾壓混凝土強度的動態(tài)影響規(guī)律，再以該規(guī)律進行碾壓混凝土配合比設計，以期獲得滿足廣東惠州抽水蓄能電站碾壓混凝土工程設計強度要求、設計施工要求（主要指可碾性）的

4、不同外界條件下的動態(tài)配合比。 </p><p>　　1 碾壓混凝土主要設計指標與原材料 </p><p>　　廣東惠州抽水蓄能電站主壩為碾壓混凝土重力壩，工程量為19.3萬m3 三級配C10碾壓混凝土。 </p><p>　　1.1 碾壓混凝土主要設計指標 </p><p>　　主壩三級配C10碾壓混凝土，主要設計指標見表1。 </p&

5、gt;<p>　　1.2 碾壓混凝土原材料 </p><p>　　1.2.1 水泥與外加劑。經相容性試驗，水泥選廣州金羊牌32.5級普通水泥，外加劑選緩凝型減水劑HY-18A，摻量為1.2%。 </p><p>　　1.2.2 粉煤灰。粉煤灰選沙角電廠的Ⅱ級灰，密度2.30g/cm3。 </p><p>　　1.2.3 骨料。砂為河砂，細度模數平均值2

6、.6，視密度ρs=2590Kg/m3，堆積密度ρ′s=1440Kg/m3；石子最大粒徑80mm的三級配花崗巖碎石，據最大堆積密度試驗，結合料源、碾壓機具等情況，確定石子級配為大石：中石：小石=35：35：30，其視密度為ρG=2610Kg/m3，堆積密度為ρ′G=1680Kg/m3。 </p><p>　　2 水膠比及粉煤灰摻量對碾壓混凝土90d強度的影響規(guī)律探求 </p><p>　　實

7、踐表明，粉煤灰摻量及水膠比（或膠水比）是決定碾壓混凝土90d強度f90的兩個最主要因素。由于粉煤灰摻量及膠水比同時影響f90，為便于比較，采用固定一個因素，探求另一個因素對f90的影響關系。然后分析兩因素對f90影響關系，推求兩因素對f90的綜合影響。 </p><p>　　2.1 固定粉煤灰摻量時，膠水比（C+F）/W與f90的關系 </p><p>　　2.1.1 室內配合比試驗。主壩

8、三級配C10碾壓混凝土強度較低，且采用Ⅱ級粉煤灰，選定粉煤灰摻量在50%～70%之間。試驗時，固定粉煤灰摻量為60%，設計四組不同水膠比的配合比，均摻入1.2%的緩凝型減水劑HY-18A。不同水膠比時的f90室內試驗結果如表2（28d強度f28也列入該表）。 </p><p>　　2.1.2 關系式的推求。將表2中4組（C+F）/W與f90試驗數據點繪在坐標系上（如圖1），發(fā)現這4個點基本位于同一直線上，因此可初

9、步判定，（C+F）/W與f90的關系為線性關系。用最小二乘法推求該線性關系（過程略），獲得的關系式如式1，且（C+F）/W與f90的相關系數r=0.976。 </p><p>　　圖1 碾壓混凝土的膠水比與28d、90d強度關系 </p><p><b>　?。ㄊ?） </b></p><p>　　2.1.3 關系式可信度的判定。現判定固定粉煤

10、灰摻量60%時（C+F）/W與f90的線性相關是否密切。自由度n-2=2，對應于置信度5%、1%的相關系數臨界值分別為0.950、0.990。式1的相關系數r=0.976，大于置信度5%的相關系數臨界值±0.950，略小于置信度1%的臨界值±0.990，說明（C+F）/W與f90的直線關系是密切的，求得式1是可信度高。 </p><p>　　同理可得固定粉煤灰摻量60%時（C+F）/W與f28

11、的關系式為，其相關系數r=0.942，小于置信度5%的相關系數臨界值±0.950。顯然，固定粉煤灰摻量60%時，（C+F）/W與f28線性相關性較差。 </p><p>　　實踐表明，通常純水泥普通混凝土的灰水比與28d強度有較好的線性關系，人們根據這種線性關系進行純水泥普通混凝土28d強度的配合比設計。高摻量粉煤灰的碾壓混凝土28d強度與膠水比無較好的線性關系，原因可能是28d粉煤灰的活性尚未被較充分

12、的激化，高摻量粉煤灰稀釋了28d總膠凝材料的活性。而高摻量粉煤灰的碾壓混凝土（C+F）/W與f90有較好的線性關系，恰好說明了粉煤灰90d時其活性已被較充分的激化，其活性效果已接近水泥，亦即高摻量粉煤灰的碾壓混凝土中90d的（C+F）/W與純水泥混凝土中的灰水比C/W基本相當。 </p><p>　　2.2 固定水膠比時，粉煤灰摻量β%與f90的關系 </p><p>　　2.2.1室內配

13、合比試驗。結合碾壓混凝土設計指標，室內設計了四組探求粉煤灰摻量β%對f90影響的配合比。四組配合比均采用固定水膠比0.6，粉煤灰摻量在50%～70%之間變化，均摻入1.2%的緩凝型減水劑HY-18A。四組配合比90天抗壓強度見表3。 </p><p>　　2.2.2 關系式的推求與可信度的判定。表3中4組β%、f90試驗數據在坐標系上基本位于同一直線上（圖略），可初步判定，β與f90呈線性關系。同樣用最小二乘法可

14、推求得β與f90關系式，見式2（過程略），其相關系數r=-0.952。 </p><p>　　f90=-0.68β+55.97 （式2） 　　判定式2是否可信。自由度n-2=2，對應于置信度5%、1%的臨界值分別為±0.950、±0.990。式2的r=-0.952，符合置信度5%的臨界值，說明式2的直線關系是密切的，求得的式2是可信的。 </p><p>　　2.3

15、膠水比與粉煤灰摻量對f90的綜合影響 </p><p>　　經驗算，式1的膠水比（C+F）/W由2.0降低30%至1.4時，混凝土強度降低39%；式2的粉煤灰摻量β由50提高相同幅度30%至65時，混凝土強度降低46%。這說明在試驗范圍內，粉煤灰摻量的變化比水膠比的變化對混凝土強度的影響更敏感。換言之，兩公式相比較而言，當采用不同固定粉煤灰摻量試驗時，得到的（C+F）/W與f90的關系更接近式1；而采用不同固定水

16、膠比試驗時，得到的粉煤灰摻量β與f90的關系與式2的不符合性大一些。另外，試驗水膠比的范圍為0.5～0.65，粉煤灰摻量的范圍為50%～70%，水膠比、粉煤灰摻量變化幅度均小，可近似認為當固定水膠比或粉煤灰摻量變化時，式2與式1仍成立?；谝陨戏治觯蓪⒛z水比與粉煤灰摻量對f90的共同影響關系簡化寫成： </p><p>　　將a=-7.80、b=16.91、a1=55.97、b1=-0.68代入得： </

17、p><p><b>　　即： （式3） </b></p><p>　　3 本工程碾壓混凝土配合比設計 </p><p>　　3.1 求室內90d碾壓混凝土的配制強度f碾配 </p><p>　　計算f碾配時，強度保證率取85%，強度標準差取3.5MPa，且考慮壩體碾壓混凝土實際質量低于機口取樣質量的折減系數為0.75。經計算

18、得f碾配=18.13MPa。 </p><p>　　3.2 水膠比與粉煤灰摻量的確定 </p><p>　　3.2.1 確定初步水膠比與粉煤灰摻量。滿足f碾配=18.13MPa的（C+F）/W及β%可由式3求出，即： </p><p><b>　?。ㄊ?） </b></p><p>　　顯然，滿足配制強度18.13MPa

19、的（C+F）/W與β%有無窮多組，為便于使用，將部分組列成表（表4）。表4可作為滿足本工程強度要求的初步粉煤灰摻量與水膠比的參考。 </p><p>　　3.2.2 確定最終水膠比與粉煤灰摻量。水膠比越小，混凝土中生成的氫氧化鈣濃度越高，對摻入其中的粉煤灰的激化作用越強，混凝土90d生成的水化硅酸鈣等凝膠也越多、越致密，混凝土90d的強度也越高。而式4或表4中的W/（C+F）與β%的關系是僅在固定水膠比為0.60

20、的條件下得到的，若水膠比不為0.60，必須對式4或表4中的W/（C+F）與β%進行修正，以符合經濟原則。修正的方法是，若試配碾壓混凝土的水膠比小于0.60，達到本工程混凝土強度，可在表4所定粉煤灰的基礎上略微加大摻量（減少水泥用量），反之亦然。 </p><p>　　據以上分析，結合碾壓混凝土設計工作度及表2試驗情況，最終選定滿足本碾壓混凝土強度的W/（C+F）=0.54，β=66%[當W/（C+F）=0.54時

21、，由式4或表4得對應的β=65.1%，因W/（C+F）=0.54小于0.6，故β%可略微加大至66%]。 </p><p>　　3.3 確定單位用水量 </p><p>　　根據碾壓混凝土設計工作度5～10S，結合表2及下面確定砂率試驗，取單位用水量為95kg。 </p><p><b>　　3.4 確定砂率 </b></p>&

22、lt;p>　　3.4.1 根據砂、石性能檢驗結果，初步計算砂率βS。 </p><p>　　其中：石子空隙率PG=×100%=×100%=35.6%；考慮混凝土的抗分離性與可碾性，砂用量應較充裕，故撥開系數k取1.65。 </p><p>　　3.4.2 試驗最終確定砂率βS。設計三組配合比現場碾壓試驗。三組配合比膠凝材料總量均為176Kg，粉煤灰摻量均為β=66

23、%，均摻入1.2%高效減水劑，水膠比分別為0.51、0.54、0.57，對應的砂率分別為36%、34%、32%。碾壓試驗發(fā)現砂率取36%拌合物達到設計工作度要求且碾壓性能最好。故砂率取36%。 </p><p>　　3.5 求1m3碾壓混凝土的各材料用量 </p><p><b>　　解得： </b></p><p>　　其中，ρC、ρF、ρS

24、、ρG―分別表示水泥、粉煤灰、砂、石子的密度（kg/L），3.0-表示混凝土含氣量3%。 </p><p>　　3.6 三級配C10碾壓混凝土配合比及其性能 </p><p>　　三級配C10碾壓混凝土配合比見表5，其性能見表6。由表6知，按以上方法獲得的碾壓混凝土配合比滿足碾壓混凝土技術指標設計或控制要求。 </p><p><b>　　4 結語 <

25、;/b></p><p>　　采用工程原材料進行試驗，探究水膠比、粉煤灰摻量對碾壓混凝土強度其影響規(guī)律，然后利用該規(guī)律進行配合比設計，該法克服了碾壓混凝土配合比設計依賴不斷試配的缺點，過程有章可循，實現了碾壓混凝土配合比設計的技術經濟性，具有一定的實用意義。 </p><p>　　當外界溫度等條件變化時，可按表4動態(tài)調整碾壓混凝土水膠比與粉煤灰摻量，以滿足碾壓混凝土設計強度、設計施工

26、性能等要求。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 魏朝坤.大體積碾壓混凝土[M].水利電力出版社，1990. </p><p>　　[2] 李文林.日本碾壓混凝土壩施工施工方法新進展[J].水利水電技術，1995，11. </p><p>　　作者簡介：陳錦文（1962.11-