碾壓混凝土配合比設(shè)計實踐

1、<p>　　碾壓混凝土配合比設(shè)計實踐</p><p>　　摘 要：根據(jù)廣東惠州抽水蓄能電站大壩的原材料，在試驗基礎(chǔ)上，用數(shù)理分析法探究水膠比、粉煤灰摻量對碾壓混凝土強(qiáng)度影響規(guī)律，并利用該規(guī)律，獲得滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(shè)計依賴不斷試配的缺點，其設(shè)計過程有章可循，獲得的規(guī)律可動態(tài)適應(yīng)外界條件變化，具有一定的實用意義。 </p><p>　　關(guān)

2、鍵詞：水膠比；粉煤灰摻量；強(qiáng)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(shù)，它把混凝土壩的結(jié)構(gòu)安全度和土石壩的經(jīng)濟(jì)及快速施工結(jié)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(qiáng)度設(shè)計齡期，其強(qiáng)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(shè)計，多按參考其它類似工程配合比的基礎(chǔ)上不斷試配。這樣做，理論依據(jù)欠缺、過程繁

3、瑣，獲得的配合比一般并非真正意義的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(dāng)外界條件變化時，適應(yīng)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(qiáng)度的主要因素是水膠比與粉煤灰摻量。本文在試驗基礎(chǔ)上，探究水膠比與粉煤灰摻量對碾壓混凝土強(qiáng)度的動態(tài)影響規(guī)律，再以該規(guī)律進(jìn)行碾壓混凝土配合比設(shè)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(shè)計強(qiáng)度要求、設(shè)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(shè)計指標(biāo)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(shè)計指標(biāo) </p><p>　　主壩三級配C10碾壓混凝土，主要設(shè)計指標(biāo)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(jīng)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(xì)度模數(shù)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(jù)最大堆積密度試驗，結(jié)合料源、碾壓機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(guān)系。然后分析兩因素對f90影響關(guān)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(guān)系 </p><p>　　2.1.1 室內(nèi)配合比試驗。主壩

8、三級配C10碾壓混凝土強(qiáng)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(shè)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(nèi)試驗結(jié)果如表2（28d強(qiáng)度f28也列入該表）。 </p><p>　　2.1.2 關(guān)系式的推求。將表2中4組（C+F）/W與f90試驗數(shù)據(jù)點繪在坐標(biāo)系上（如圖1），發(fā)現(xiàn)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(guān)系為線性關(guān)系。用最小二乘法推求該線性關(guān)系（過程略），獲得的關(guān)系式如式1，且（C+F）/W與f90的相關(guān)系數(shù)r=0.976。 </p><p>　　圖1 碾壓混凝土的膠水比與28d、90d強(qiáng)度關(guān)系 </p><p><b>　?。ㄊ?） </b></p><p>　　2.1.3 關(guān)系式可信度的判定?，F(xiàn)判定固定粉煤

10、灰摻量60%時（C+F）/W與f90的線性相關(guān)是否密切。自由度n-2=2，對應(yīng)于置信度5%、1%的相關(guān)系數(shù)臨界值分別為0.950、0.990。式1的相關(guān)系數(shù)r=0.976，大于置信度5%的相關(guān)系數(shù)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(guān)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(guān)系式為，其相關(guān)系數(shù)r=0.942，小于置信度5%的相關(guān)系數(shù)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(guān)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(qiáng)度有較好的線性關(guān)系，人們根據(jù)這種線性關(guān)系進(jìn)行純水泥普通混凝土28d強(qiáng)度的配合比設(shè)計。高摻量粉煤灰的碾壓混凝土28d強(qiáng)度與膠水比無較好的線性關(guān)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(guān)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(dāng)。 </p><p>　　2.2 固定水膠比時，粉煤灰摻量β%與f90的關(guān)系 </p><p>　　2.2.1室內(nèi)配

13、合比試驗。結(jié)合碾壓混凝土設(shè)計指標(biāo)，室內(nèi)設(shè)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(qiáng)度見表3。 </p><p>　　2.2.2 關(guān)系式的推求與可信度的判定。表3中4組β%、f90試驗數(shù)據(jù)在坐標(biāo)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(guān)系。同樣用最小二乘法可

14、推求得β與f90關(guān)系式，見式2（過程略），其相關(guān)系數(shù)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(yīng)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(guān)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(jīng)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(qiáng)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(qiáng)度降低46%。這說明在試驗范圍內(nèi)，粉煤灰摻量的變化比水膠比的變化對混凝土強(qiáng)度的影響更敏感。換言之，兩公式相比較而言，當(dāng)采用不同固定粉煤灰摻量試驗時，得到的（C+F）/W與f90的關(guān)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(guān)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(rèn)為當(dāng)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(guān)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(shè)計 </p><p>　　3.1 求室內(nèi)90d碾壓混凝土的配制強(qiáng)度f碾配 </p><p>　　計算f碾配時，強(qiáng)度保證率取85%，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差取3.5MPa，且考慮壩體碾壓混凝土實際質(zhì)量低于機(jī)口取樣質(zhì)量的折減系數(shù)為0.75。經(jīng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)，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(qiáng)度也越高。而式4或表4中的W/（C+F）與β%的關(guān)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(jìn)行修正，以符合經(jīng)濟(jì)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(dá)到本工程混凝土強(qiáng)度，可在表4所定粉煤灰的基礎(chǔ)上略微加大摻量（減少水泥用量），反之亦然。 </p><p>　　據(jù)以上分析，結(jié)合碾壓混凝土設(shè)計工作度及表2試驗情況，最終選定滿足本碾壓混凝土強(qiáng)度的W/（C+F）=0.54，β=66%[當(dāng)W/（C+F）=0.54時

21、，由式4或表4得對應(yīng)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(jù)碾壓混凝土設(shè)計工作度5～10S，結(jié)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(jù)砂、石性能檢驗結(jié)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(yīng)較充裕，故撥開系數(shù)k取1.65。 </p><p>　　3.4.2 試驗最終確定砂率βS。設(shè)計三組配合比現(xiàn)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(yīng)的砂率分別為36%、34%、32%。碾壓試驗發(fā)現(xiàn)砂率取36%拌合物達(dá)到設(shè)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(shù)指標(biāo)設(shè)計或控制要求。 </p><p><b>　　4 結(jié)語 <

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

26、性能等要求。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </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(jìn)展[J].水利水電技術(shù)，1995，11. </p><p>　　作者簡介：陳錦文（1962.11-