论文部分内容阅读
【摘要】本文就某水电站厂房施工在料场所供骨料不满足规范要求的情况下，结合现场实际情况进行配合比设计与优化，使混凝土各项性能指标满足设计要求。该设计成果在确保质量的同时，不但降低工程成本，还保证了工程进度，为施工单位解决了难题。
【关键词】水电站；非连续骨料；混凝土；配合比设计Discontinuous aggregate concrete mix design Li Zhi-min,Dong Kai-song,Li Zhen,Zheng Xiang-yu,Shen Wei-cheng,Yang Ke 【Abstract】In this paper, the case of the construction of a hydropower plant in place for aggregate material does not meet the regulatory requirements, combined with the actual situation of the scene than the design and optimization of the concrete performance indicators meet the design requirements. This design results in ensuring the quality, not only to reduce project costs, but also to ensure the progress of the project for the construction unit to solve the problem. 【Key words】Hydropower;Non-continuous aggregate;Concrete;Mix design
1. 引言
一般大、中型水电站的施工工地都建有骨料筛分系统，因此施工所用骨料基本比较正规，粗、细骨料级配也能满足规范要求；但对于一些小型水电站常常由于条件所限没有建立骨料筛分系统，所用骨料基本都是当地的一些非正规料场提供，施工所用骨料常常不能满足规范要求，经常存在着超逊径不满足规范要求的情况，由于大批量的骨料堆在现场，而施工现场又不具备重新将骨料进行筛分的条件，即使强制进行重新筛分，必然要增加工序，提高成本、延长工期。因此结合现场实际情况进行混凝土配合比设计，使混凝土各项性能指标既满足设计要求，又降低成本保证工程进度，施工单位主要关注的问题。
2. 试验用原材料
（1）水泥：施工现场所送水泥，水泥品种为祁连山牌42.5级普通硅酸盐水泥。
（2）砂：某小水电站工地料场所送两种砂样，一种标明为康得水旱砂，另一种标明为陈万忠河砂。
（3）石：某小水电站工地料场所送的两种石子标记是10mm～30mm、20mm～40mm两个粒级的卵石。
（4）外加剂：河北省混凝土外加剂厂生产的精萘高效减水剂DH3G及引气剂DH9。
（5）拌合用水：采用饮用水。
3. 混凝土设计指标
根据施工单位配合比委托单的要求，混凝土主要设计指标如表1。
4. 配合比设计
4.1原材料试验及选择。
经检测水泥各项性能均满足规范要求，外加剂的选择是根据以往多次的试验结果选用的，砂、石除级配以外的其他性能指标均满足D/L5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》的要求，本次试验的重点是砂石的级配及超逊径检测。
（1）砂：经检测旱砂中大于5mm的小石含量占31.2％，去掉小石测得砂细度模数为2.38；经检测河砂中大于5mm的小石含量占29.2％，去掉小石测得砂细度模数为2.52；但施工现场河砂较少，考虑到成本及施工方便，配合比设计采用混合砂，即旱砂与河砂掺配比例为2：1，两种砂掺配后大于5mm的小石含量占30.6％，去掉小石测得混合砂的细度模数为2.39。
（2）石：经检测10mm～30mm的卵石中大于20mm的占66.3％，20mm～40mm的卵石中大于40mm的占86％。依据《水工混凝土配合比设计规程》，Ⅱ级配应采用5mm～20mm、20mm～40mm两个粒级的石子，Ⅲ级配采用5mm～20mm、20mm～40mm、40mm～80mm三个粒级的石子，而施工单位所送石子不满足规程要求，但施工现场的料场只有这两种石子，为此我们只能根据所送石子的具体情况进行配合比设计。
4.2混凝土的配制强度。
混凝土配合比设计应满足混凝土设计指标，混凝土强度保证率、匀质性指标和施工和易性。依据《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144-2001），混凝土强度保证率均采用P=95%，故t值采用1.645。由于规范中混凝土强度标准差δ值是90天的值，考虑到施工单位的水平，因此在设计时将δ值提高一个等级，依据混凝土配合比强度保证率指标要求，计算出相应混凝土配制强度见表2。
表1混凝土主要设计指标
强度等级 级配 要求坍落度（mm） 结构构件
名称 部位 所处环境
C20F200W6 Ⅲ 30～50 厂房 运行层以下 水下
C20 Ⅱ 30～50 厂房 运行层以下 自然
C20 Ⅲ 50～70 厂房 运行层以上 自然
C20 Ⅲ 30～50 前池 流道 自然
C15 Ⅲ 50～70 前池 流道 自然
表2混凝土配制强度表
序号 砼设计指标 P (%) t δ 配制强度（ MPa）
1 C15 95 1.645 4.0 21.6
2 C20 95 1.645 4.5 27.4
表4试验配合比混凝土力学性能及抗冻性能
水灰比 抗压强度（MPa） 抗冻（快冻法）7d 28d冻融循环次数 0 50 100 150 200
0.55 17.7 23.1 重量损失（%） 0 0 0 0 0
平均相对弹模（%） 100 93.9 93.7 97.7 95.4
0.50 20.2 26.5 / / / / / /
0.45 20.4 28.1 / / / / / /
4.3试验参数的选择。
（1）混凝土配合比试验，首先对水灰比、砂率、单位用水量进行初步确定，水灰比、砂率、单位用水量是混凝土配合比三大参数，确定合适的三个参数，不仅能保证混凝土的强度、耐久性等指标，而且还对混凝土拌合物性能和混凝土的经济指标有很大关系。根据本电站混凝土配合比的强度等级，水胶比选取三个点，通过试验，建立抗压强度与水胶比的回归方程；根据水胶比与抗压强度的关系，选择相应能满足配制强度的施工混凝土配合比的水胶比。
（2）一般常态Ⅱ级配混凝土的砂率在32％左右，常态Ⅲ级配混凝土在28％左右，然后根据砂的细度模数在进行上下调整最后经试验确定。根据本电站砂子的具体情况和细度模数最终选定砂率为41％及42％进行试验。
表3水灰比与抗压强度一元回归关系表
试验编号 骨料级配 石级配比例
小中 中大 砂率（%）减水剂DH3G(%) 引气剂
DH9 (%) 龄期（d） 一元线性回归方程 相关系数 抗压强度（MPa）水胶比0.45 0.50 0.55 0.60
备注
HQ201-4HQ205-7HQ209-11HQ2012-14HQ1516-18
Ⅲ 45 55 42 0.7 0.007 7 R7=6.722C/W+5.122 0.901 20.4 20.2 17.7 /
Ⅲ 45 55 42 0.7 0.007 28 R28=12.31C/W+1.12 0.966 28.1 26.5 23.1 /
Ⅲ 45 55 42 0.7 / 7 R7=20.784C/W-17.545 0.977 28.1 25.1 19.5 /
Ⅲ 45 55 42 0.7 / 28 R28=19.40C/W-5.60 0.882 36.4 35.6 28.4
Ⅱ 100 0 41 0.7 / 7 R7=19.952C/W-12.871 0.998 31.3 27.3 23.1
Ⅱ 100 0 41 0.7 / 28 R28=21.10C/W-4.99 0.960 42.5 35.8 34.2
Ⅲ 40 60 41 0.7 / 7 R7=14.252C/W-3.179 0.975 28.1 26.1 22.2
Ⅲ 40 60 41 0.7 / 28 R28=17.20C/W+2.50 0.875 39.7 39.1 32.6
Ⅲ 45 55 41 0.7 / 7 R7=13.812C/W-4.763 0.967 / 26.3 22.0 20.7
Ⅲ 45 55 41 0.7 / 28 R28=16.30C/W+2.20 0.997 34.7 32.1 29.3
有抗冻、抗渗要求，
试验时坍落度55mm～70mm.
试验时坍落度
40mm～60mm.
试验时坍落度
50mm～70mm.
试验时坍落度
20mm～50mm.
试验时坍落度
60mm～80mm.
表6某电站混凝土推荐施工配合比单位：m3
砼等级 水灰比 砂率（%） 坍落度
（mm） 高效减水剂DH3G（Kg） 引气剂DH9（g） 水（Kg/m3） 水泥（Kg/m3） 砂
（Kg/m3） 石（Kg/m3）小石 中石大石 容重
（Kg/m3） 使用部位
C20 F200 W6（三） 0.47 41 30-50 1.51 15 100 215 867 500 748 / 2430 厂房运行层以下，
所处环境水下。
C20
（三） 0.55 41 50-70 1.32 / 104 189 876 504 757 / 2430 厂房运行层以上，
所处环境自然。
C20
（二） 0.60 41 30-50 1.40 / 120 200 861 1239 / / 2420 厂房运行层以下，
所处环境自然。
C15
（三） 0.60 41 50-70 1.23 / 104 175 882 508 761 / 2430 前池流道，
所处环境自然。
（3）骨料级配的确定，一般常态Ⅱ级配混凝土最佳级配比例为40：60，常态Ⅲ级配混凝土最佳级配比例为30：30：40。本电站由于料场筛分系统不正规，导致粗细骨料有相互混杂的情况，因此根据骨料的具体情况经过计算及现场实际情况，考虑到施工方便，最终确定Ⅱ级配全部采用10mm～30mm卵石，三级配采用所送的两种卵石，试验级配选择45：55及40：60两种。
4.4配合比的初步确定及抗压强度试验。
根据上面确定的试验参数进行配合比的初步确定与试验，试验时要求拌和物的各项工作性能良好，然后装模成型。由于混凝土实测抗压强度和水胶比在一定范围内有较好的直线关系，因此根据本次试验数据进行水胶比与抗压强度的一元线性回归方程计算，得出本水电站厂房工程混凝土水胶比与抗压强度一元线性回归关系（见表3）和不同等级混凝土抗压强度与灰水比关系曲线（见图1~图5）。从表和图中可看出，混凝土实测抗压强度与水胶比的线性关系吻合性良好，回归相关系数也较高。
4.5混凝土耐久性能试验。
混凝土的耐久性是保证水工混凝土建筑物安全运行的重要指标，验证试验主要对混凝土的抗冻、抗渗性能
进行。成型抗冻试件时剔除混凝土拌和物中大于30mm粒径的骨料，成型抗渗试件时剔除混凝土拌和物中大于40mm粒径的骨料，抗冻、抗渗试件均采用最大水灰比成型。混凝土抗冻试验采用快冻法，以试件相对动弹模量降低值、试件有无冻裂和试件重量损失率来评定混凝土抗冻标号。抗渗试验采用逐级加压法，评定指标为：每组6个试件经逐级加压至抗渗标号加1的水压时，其中4个试件仍未出现渗水，表明该混凝土达到了设计抗渗标号的要求。混凝土抗冻、抗渗试验结果分别见表4，表5，从表4、表5可以看出，混凝土的抗渗、抗冻指标均满足设计要求。
5. 混凝土施工推荐配合比及现场应用
根据以上各项试验及回归方程，最终确定的某水电站厂房工程混凝土施工推荐配合比见表7。经过现场应用，混凝土的和易性及各项性能指标均满足设计要求，解决了施工单位的难题，得到了施工单位的好评。
6. 结语
小水电站施工现场的砂石骨料常常存在不满足规范要求的情况，根据砂石骨料基础数据，针对现场实际情况，在配合比内部计算时进行调整，然后进行配合比设计与优化，是可以达到即满足设计和施工要求，又降低工程造价的目的，通过现场应用解决了施工单位的问题，得到了施工单位的满意。
参考文献
［1］DL/T 5144-2001 水工混凝土施工规范。北京：中国电力出版社 2002.
［2］DL/T 5330-2005 水工混凝土配合比设计规程。北京：中国电力出版社 200.
［3］DL/T 5151-2001 水工混凝土砂石骨料试验规程。北京：中国电力出版社 2002.
［4］DL/T 5150-2001 水工混凝土试验规程。北京：中国电力出版社 2002.
［基金项目］甘肃省电力公司科研项目《含交直流混合多级微网的国家级兰州新区智能电网综合建设工程之微网试验系统开发》资助，项目编号：5227221350BR.
［文章编号］1006-7619（2014）04-20-163
［作者简介］ 李志敏（1965.11-），女，籍贯：河南，职称：高级工程师，工作单位：甘肃电力科学研究院，长期主要从事水电站泄水建筑物检修、检测及混凝土配合比设计。
【关键词】水电站；非连续骨料；混凝土；配合比设计Discontinuous aggregate concrete mix design Li Zhi-min,Dong Kai-song,Li Zhen,Zheng Xiang-yu,Shen Wei-cheng,Yang Ke 【Abstract】In this paper, the case of the construction of a hydropower plant in place for aggregate material does not meet the regulatory requirements, combined with the actual situation of the scene than the design and optimization of the concrete performance indicators meet the design requirements. This design results in ensuring the quality, not only to reduce project costs, but also to ensure the progress of the project for the construction unit to solve the problem. 【Key words】Hydropower;Non-continuous aggregate;Concrete;Mix design
1. 引言
一般大、中型水电站的施工工地都建有骨料筛分系统，因此施工所用骨料基本比较正规，粗、细骨料级配也能满足规范要求；但对于一些小型水电站常常由于条件所限没有建立骨料筛分系统，所用骨料基本都是当地的一些非正规料场提供，施工所用骨料常常不能满足规范要求，经常存在着超逊径不满足规范要求的情况，由于大批量的骨料堆在现场，而施工现场又不具备重新将骨料进行筛分的条件，即使强制进行重新筛分，必然要增加工序，提高成本、延长工期。因此结合现场实际情况进行混凝土配合比设计，使混凝土各项性能指标既满足设计要求，又降低成本保证工程进度，施工单位主要关注的问题。
2. 试验用原材料
（1）水泥：施工现场所送水泥，水泥品种为祁连山牌42.5级普通硅酸盐水泥。
（2）砂：某小水电站工地料场所送两种砂样，一种标明为康得水旱砂，另一种标明为陈万忠河砂。
（3）石：某小水电站工地料场所送的两种石子标记是10mm～30mm、20mm～40mm两个粒级的卵石。
（4）外加剂：河北省混凝土外加剂厂生产的精萘高效减水剂DH3G及引气剂DH9。
（5）拌合用水：采用饮用水。
3. 混凝土设计指标
根据施工单位配合比委托单的要求，混凝土主要设计指标如表1。
4. 配合比设计
4.1原材料试验及选择。
经检测水泥各项性能均满足规范要求，外加剂的选择是根据以往多次的试验结果选用的，砂、石除级配以外的其他性能指标均满足D/L5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》的要求，本次试验的重点是砂石的级配及超逊径检测。
（1）砂：经检测旱砂中大于5mm的小石含量占31.2％，去掉小石测得砂细度模数为2.38；经检测河砂中大于5mm的小石含量占29.2％，去掉小石测得砂细度模数为2.52；但施工现场河砂较少，考虑到成本及施工方便，配合比设计采用混合砂，即旱砂与河砂掺配比例为2：1，两种砂掺配后大于5mm的小石含量占30.6％，去掉小石测得混合砂的细度模数为2.39。
（2）石：经检测10mm～30mm的卵石中大于20mm的占66.3％，20mm～40mm的卵石中大于40mm的占86％。依据《水工混凝土配合比设计规程》，Ⅱ级配应采用5mm～20mm、20mm～40mm两个粒级的石子，Ⅲ级配采用5mm～20mm、20mm～40mm、40mm～80mm三个粒级的石子，而施工单位所送石子不满足规程要求，但施工现场的料场只有这两种石子，为此我们只能根据所送石子的具体情况进行配合比设计。
4.2混凝土的配制强度。
混凝土配合比设计应满足混凝土设计指标，混凝土强度保证率、匀质性指标和施工和易性。依据《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144-2001），混凝土强度保证率均采用P=95%，故t值采用1.645。由于规范中混凝土强度标准差δ值是90天的值，考虑到施工单位的水平，因此在设计时将δ值提高一个等级，依据混凝土配合比强度保证率指标要求，计算出相应混凝土配制强度见表2。
表1混凝土主要设计指标
强度等级 级配 要求坍落度（mm） 结构构件
名称 部位 所处环境
C20F200W6 Ⅲ 30～50 厂房 运行层以下 水下
C20 Ⅱ 30～50 厂房 运行层以下 自然
C20 Ⅲ 50～70 厂房 运行层以上 自然
C20 Ⅲ 30～50 前池 流道 自然
C15 Ⅲ 50～70 前池 流道 自然
表2混凝土配制强度表
序号 砼设计指标 P (%) t δ 配制强度（ MPa）
1 C15 95 1.645 4.0 21.6
2 C20 95 1.645 4.5 27.4
表4试验配合比混凝土力学性能及抗冻性能
水灰比 抗压强度（MPa） 抗冻（快冻法）7d 28d冻融循环次数 0 50 100 150 200
0.55 17.7 23.1 重量损失（%） 0 0 0 0 0
平均相对弹模（%） 100 93.9 93.7 97.7 95.4
0.50 20.2 26.5 / / / / / /
0.45 20.4 28.1 / / / / / /
4.3试验参数的选择。
（1）混凝土配合比试验，首先对水灰比、砂率、单位用水量进行初步确定，水灰比、砂率、单位用水量是混凝土配合比三大参数，确定合适的三个参数，不仅能保证混凝土的强度、耐久性等指标，而且还对混凝土拌合物性能和混凝土的经济指标有很大关系。根据本电站混凝土配合比的强度等级，水胶比选取三个点，通过试验，建立抗压强度与水胶比的回归方程；根据水胶比与抗压强度的关系，选择相应能满足配制强度的施工混凝土配合比的水胶比。
（2）一般常态Ⅱ级配混凝土的砂率在32％左右，常态Ⅲ级配混凝土在28％左右，然后根据砂的细度模数在进行上下调整最后经试验确定。根据本电站砂子的具体情况和细度模数最终选定砂率为41％及42％进行试验。
表3水灰比与抗压强度一元回归关系表
试验编号 骨料级配 石级配比例
小中 中大 砂率（%）减水剂DH3G(%) 引气剂
DH9 (%) 龄期（d） 一元线性回归方程 相关系数 抗压强度（MPa）水胶比0.45 0.50 0.55 0.60
备注
HQ201-4HQ205-7HQ209-11HQ2012-14HQ1516-18
Ⅲ 45 55 42 0.7 0.007 7 R7=6.722C/W+5.122 0.901 20.4 20.2 17.7 /
Ⅲ 45 55 42 0.7 0.007 28 R28=12.31C/W+1.12 0.966 28.1 26.5 23.1 /
Ⅲ 45 55 42 0.7 / 7 R7=20.784C/W-17.545 0.977 28.1 25.1 19.5 /
Ⅲ 45 55 42 0.7 / 28 R28=19.40C/W-5.60 0.882 36.4 35.6 28.4
Ⅱ 100 0 41 0.7 / 7 R7=19.952C/W-12.871 0.998 31.3 27.3 23.1
Ⅱ 100 0 41 0.7 / 28 R28=21.10C/W-4.99 0.960 42.5 35.8 34.2
Ⅲ 40 60 41 0.7 / 7 R7=14.252C/W-3.179 0.975 28.1 26.1 22.2
Ⅲ 40 60 41 0.7 / 28 R28=17.20C/W+2.50 0.875 39.7 39.1 32.6
Ⅲ 45 55 41 0.7 / 7 R7=13.812C/W-4.763 0.967 / 26.3 22.0 20.7
Ⅲ 45 55 41 0.7 / 28 R28=16.30C/W+2.20 0.997 34.7 32.1 29.3
有抗冻、抗渗要求，
试验时坍落度55mm～70mm.
试验时坍落度
40mm～60mm.
试验时坍落度
50mm～70mm.
试验时坍落度
20mm～50mm.
试验时坍落度
60mm～80mm.
表6某电站混凝土推荐施工配合比单位：m3
砼等级 水灰比 砂率（%） 坍落度
（mm） 高效减水剂DH3G（Kg） 引气剂DH9（g） 水（Kg/m3） 水泥（Kg/m3） 砂
（Kg/m3） 石（Kg/m3）小石 中石大石 容重
（Kg/m3） 使用部位
C20 F200 W6（三） 0.47 41 30-50 1.51 15 100 215 867 500 748 / 2430 厂房运行层以下，
所处环境水下。
C20
（三） 0.55 41 50-70 1.32 / 104 189 876 504 757 / 2430 厂房运行层以上，
所处环境自然。
C20
（二） 0.60 41 30-50 1.40 / 120 200 861 1239 / / 2420 厂房运行层以下，
所处环境自然。
C15
（三） 0.60 41 50-70 1.23 / 104 175 882 508 761 / 2430 前池流道，
所处环境自然。
（3）骨料级配的确定，一般常态Ⅱ级配混凝土最佳级配比例为40：60，常态Ⅲ级配混凝土最佳级配比例为30：30：40。本电站由于料场筛分系统不正规，导致粗细骨料有相互混杂的情况，因此根据骨料的具体情况经过计算及现场实际情况，考虑到施工方便，最终确定Ⅱ级配全部采用10mm～30mm卵石，三级配采用所送的两种卵石，试验级配选择45：55及40：60两种。
4.4配合比的初步确定及抗压强度试验。
根据上面确定的试验参数进行配合比的初步确定与试验，试验时要求拌和物的各项工作性能良好，然后装模成型。由于混凝土实测抗压强度和水胶比在一定范围内有较好的直线关系，因此根据本次试验数据进行水胶比与抗压强度的一元线性回归方程计算，得出本水电站厂房工程混凝土水胶比与抗压强度一元线性回归关系（见表3）和不同等级混凝土抗压强度与灰水比关系曲线（见图1~图5）。从表和图中可看出，混凝土实测抗压强度与水胶比的线性关系吻合性良好，回归相关系数也较高。
4.5混凝土耐久性能试验。
混凝土的耐久性是保证水工混凝土建筑物安全运行的重要指标，验证试验主要对混凝土的抗冻、抗渗性能
进行。成型抗冻试件时剔除混凝土拌和物中大于30mm粒径的骨料，成型抗渗试件时剔除混凝土拌和物中大于40mm粒径的骨料，抗冻、抗渗试件均采用最大水灰比成型。混凝土抗冻试验采用快冻法，以试件相对动弹模量降低值、试件有无冻裂和试件重量损失率来评定混凝土抗冻标号。抗渗试验采用逐级加压法，评定指标为：每组6个试件经逐级加压至抗渗标号加1的水压时，其中4个试件仍未出现渗水，表明该混凝土达到了设计抗渗标号的要求。混凝土抗冻、抗渗试验结果分别见表4，表5，从表4、表5可以看出，混凝土的抗渗、抗冻指标均满足设计要求。
5. 混凝土施工推荐配合比及现场应用
根据以上各项试验及回归方程，最终确定的某水电站厂房工程混凝土施工推荐配合比见表7。经过现场应用，混凝土的和易性及各项性能指标均满足设计要求，解决了施工单位的难题，得到了施工单位的好评。
6. 结语
小水电站施工现场的砂石骨料常常存在不满足规范要求的情况，根据砂石骨料基础数据，针对现场实际情况，在配合比内部计算时进行调整，然后进行配合比设计与优化，是可以达到即满足设计和施工要求，又降低工程造价的目的，通过现场应用解决了施工单位的问题，得到了施工单位的满意。
参考文献
［1］DL/T 5144-2001 水工混凝土施工规范。北京：中国电力出版社 2002.
［2］DL/T 5330-2005 水工混凝土配合比设计规程。北京：中国电力出版社 200.
［3］DL/T 5151-2001 水工混凝土砂石骨料试验规程。北京：中国电力出版社 2002.
［4］DL/T 5150-2001 水工混凝土试验规程。北京：中国电力出版社 2002.
［基金项目］甘肃省电力公司科研项目《含交直流混合多级微网的国家级兰州新区智能电网综合建设工程之微网试验系统开发》资助，项目编号：5227221350BR.
［文章编号］1006-7619（2014）04-20-163
［作者简介］ 李志敏（1965.11-），女，籍贯：河南，职称：高级工程师，工作单位：甘肃电力科学研究院，长期主要从事水电站泄水建筑物检修、检测及混凝土配合比设计。