(新)拉西瓦引水发电混凝土配合比优化设计试验报告(xin)精品

1前言
1.1试验目的及任务
受黄河上游水电开发有限责任公司拉西瓦建设分公司的委托，按照拉建司工字(2004) 304号文件〈〈关于委托进行拉西瓦水电站工程骨料碱活性补充验证试验、大坝(引水发电系统)混凝土配合比优化及掺II级粉煤灰试验任务的通知》的要求。

拉西瓦水电站工程厂房结构混凝土配合比补充试验依据〈〈拉西瓦水电站工程地下厂房混凝土掺粉煤灰配合比补充试验任务书》及〈〈关于转发＜黄河拉西瓦水电站主体工程混凝土配合比论证审查会始议纪要的通知》＜拉建司工字(2004)251号＞(2004.10)进行，拉西瓦试验中心承担拉西瓦水电站工程引水发电系统混凝土配合比优化及掺不同等级粉煤灰后混凝土性能试验。

1.2混凝土优化设计、试验技术指标
根据黄河上游水电开发有限责任公司拉西瓦建设分公司下发的“拉西瓦水电站工程引水发电系统结构混凝土优化试验研究任务书”及有关技术和设
计要求，拉西瓦引水发电系统各工程部位混凝土设计指标分别见表1-1
表1-1 混凝土设计指标及相关试验内容
2. 对编号1、3、4进行泵送混凝土试验研究，只做抗压强度、劈拉强度、抗冻、抗渗、极限拉伸试验内容;
3.对编号2还应做绝热温升、干缩、自生体积变形。

2试验依据的规程、规范
〈〈拉西瓦水电站工程引水发电系统混凝土优化试验研究任务书》 2004.10
〈〈拉西瓦水电站工程对水泥和粉煤灰的质量要求》 2004.10
〈〈水工混凝土试验规程》
DL/T 5150-2001
〈〈水工混凝土砂石骨料试验规程》 DL/T 5151-2001 《水工混凝土施工规范》
DL/T 5144-2001
〈〈中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》
GB 200-2003
〈〈水泥化学分析方法》 GB/T 176-1996 〈〈水泥胶砂强度检验方法》
GB/T 17671-1999
〈〈水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》 〈〈水工混凝土外加剂技术规程》 〈〈混凝土泵送施工技术规程》 3原材料 3.1水泥
拉西瓦水电站工程引水发电系统混凝土配合比试验采用青海水泥股份有限 公司（以下简称大通水泥）及甘肃永登祁连山水泥股份公司（以下简称永登水 泥）生产的中热42.5级水泥即：P.MH42.5级水泥。

水泥除了满足〈〈中热硅酸 盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》
GB 200-2003要求外，还应
满足〈〈拉西瓦水电站工程对水泥和粉煤灰的质量要求》中对水泥要求性能，对 水泥的物理力学性能、化学成份指标进行了试验检测，检测结果满足规范要求。

水泥物理性能试验结果表3-1、水泥力学性能试验结果见表3-2、水泥化学成分 及矿物成分分析试验结果见表3-3
DL/T 5055-1996 DL/T 5100-1999 JGJ/T 10-1995
表3-2 中热42.5级水泥力学性能试验结果
表3-3 水泥化学成分及水泥矿物成份分析结果
从以上试验结果表中可看出:
两种水泥的氧化镁含量都大于4%,碱含量小于0.6%,符合拉西瓦水泥两项指标的要求;
大通中热水泥凝结时间比永登中热水泥长两个多小时;
大通中热水泥同永登中热水泥相比较：大通中热水泥抗压强度前期高，后期强度低。

3.2粉煤灰
按照试验任务书的要求，在混凝土中掺入甘肃平凉诚信达电力有限责任公司生产的平凉I 级粉煤灰和n级粉煤灰，以改善混凝土的性能。

粉煤灰性能除满足〈〈水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》DL/T 5055-1996夕卜，还应满足〈〈拉西瓦
水电站工程对水泥和粉煤灰的质量要求》对粉煤灰的质量要求。

在混凝土中掺入品质优良的粉煤灰，可以提高混凝土的密实性，减少混凝土泌水、改善混凝土的和易性，降低混凝土水化热温升，有利于防止温度裂缝的产生。

3.2.1粉煤灰品质试验
依照规范对平凉I级粉煤灰、n级粉煤灰进行了品质检测，检测结果表明，平凉I级粉煤灰品质指标均满足规范要求；平凉n级粉煤灰除细度指标不满足I级粉煤灰指标要求外，其余各项指标满足I级粉煤灰要求，特别是需水量比仅为87.8%,起到减水效果，可以减少混凝土的单位用水量；两种等级的粉煤灰的烧失量特别小在0.06 %左右，优点是对外加剂的吸附小，特别是对引气剂的吸附小，对于混凝土中高掺量粉煤灰可以保证混凝土的含气量。

粉煤灰品种试验结果见表3-4。

3.2.2
粉煤灰化学成分分析
从化学成分分析结果看，两种粉煤灰的碱含量超过了V
2%、氧化钙含量超
过了 V 5%的要求，为了验证体积安定性，在水泥中分别掺入15%、25%、30% 三个掺量的粉煤灰进行体积安定性试验，试验结果：体积安定性合格。

粉煤灰 化学成分分析及体积安定性试验结果见表
3-5。

表3-5
粉煤灰化学成分分析、体积安定性试验结果
3.2.3粉煤灰有效碱含量试验
粉煤灰中有效碱含量试验依据美国材料试验协会〈〈关于用于混凝土的矿
物外加剂有效碱的检验方法》（ASTM-C31』的有关规定进行，对平凉II 级粉煤 灰的两批样品分别进行了试验检测，从检测结果可见：两种粉煤灰的有效碱含 量在18.3 %〜19.1 %之间，同规范中推荐的粉煤灰有效碱含量计算值 20%比较
接近。

试验结果见表3-6
表3-6 粉煤灰有效碱试验结果表
3.3骨料
试验所用骨料为红柳滩砂石料场生产天然骨料。

砂石骨料在混凝土中起骨架作用，砂填充石子的空隙。

水泥与水形成水泥浆包裹骨料表面并填充骨料的空隙。

水泥浆硬化前，润滑骨料，使混凝土拌合物具有一定的和易性。

本次优化试验不仅对其他原材料的品种等级进行确定，还将通过试验对骨料的品质指标进行检测，确定骨料相关的技术参数及骨料在混凝土配合比中的参数。

3.3.1细骨料
细骨料应质地坚硬、清洁、级配良好；人工砂的细度模数宜在 2.4〜2.8范
围内，天然砂的细度模数宜在2.2〜3.0范围内。

红柳滩砂石料场生产的砂细度模数偏大，砂细度模数通常为 F.M>2.90且级配不理想，特别是v 0.315mm® 粒含量偏少，在8%〜10%之间，用于泵送混凝土易产生泌水、离析等现象。

根据骨料实际生产情况对砂子细度模数进行了调配，混凝土优化试验采用将料场原来生产的粗砂和细砂按照一定的比例掺配，试验结果表明，中砂的细度模
数适中，特别是＜0.315 mn«粒含量达到16.6%,能满足混凝土和易性的要求。

砂细度模数、品质指标及物理指标检测结果见表3-7、表3-8
表3-7 砂品质指标及物理指标检测结果
表3-8 砂颗粒级配检测结果
3.3.2粗骨料
粗骨料的品质指标不仅影响混凝土拌合物性能，还对混凝土的强度、耐久性起到关键作用，粗骨料表观密度越大，强度越高，配制的混凝土强度高，耐久性好；骨料中的有害物质不仅妨碍了骨料与水泥石的粘结及水泥石白身的凝结硬化，更严重的会阻碍水泥的水化反应，影响混凝土的性能。

拉西瓦水电站工程引水发电系统混凝土配合比优化试验采用的粗骨料为红柳滩砂石料场生产的天然卵石。

粗骨料品质指标及物理性能检测结果见表3-9,粗骨料的颗粒级配检测结果见表3-10。

表3-10 粗骨料颗粒级配检验结果
表3-9检验结果表明：红柳滩砂石料场生产的卵石表观密度在2710kg/m3左
右，密度较大，饱和面干吸水率较小，说明骨料质地密实，品质优良。

试验数
据表明，卵石各项指标均满足规范要求。

骨料的针片状含量较大时，不仅影响混凝土的强度，同时对泵送混凝土的可泵性不利，因此要严格控制骨料的针片状含量。

针片状颗粒含量使用针片状规进行检测，检测结果为：骨料中石（20〜40mm针片状为5.0%,满足规范要求。

3.4外加剂
混凝土外加剂能显著降低混凝土的拌合用水量，大幅度减少混凝土的胶凝材用量，节约工程成本。

在混凝土中掺入适量的性能优良的外加剂，能提高混凝土密实度，改善混凝土拌合物性能，减少混凝土拌合物坍落度损失，使混凝土不易离析。

对于泵送混凝土，掺入合适的外加剂，可以提高混凝土的可泵性，减少混凝土的坍落度损失，加快施工进度。

在水工混凝土中，掺外加剂是混凝土配合比优化设计的一项重要技术措施。

拉西瓦水电站引水发电系统混凝土配合比优化试验选用的外加剂是按照
〈〈试验任务书》选定的南京建科院生产的JM- n型高效缓凝减水剂和河北石家
庄混凝土外加剂厂生产的DH g引气剂，外加剂匀质性试验结果见表3-11，掺外加剂混凝土拌合物性能试验结果见表3-12。

表3-11 减水剂JM-H匀质性试验结果
掺减水剂JM-n混凝土拌合物性能试验结果表表3-12
4混凝土配合比设计
拉西瓦水电站工程引水发电系统混凝土配合比设计在考虑强度的 同时，还重点考虑抗冻、抗渗等耐久性指标。

在混凝土配合比设计中 采用：低水胶比、低用水量、掺入高效减水剂、引气剂、掺入粉煤灰 的技术路线，以〈〈拉西瓦水电站引水发电系统结构混凝土优化试验任 务书》和〈〈水工混凝土施工规范》(DL/T5144-2001)等为依据，提出 满足设计要求和施工要求的混凝土配合比。

4.1混凝土配制强度
拉西瓦水电站引水发电系统混凝土配制强度按照〈〈拉西瓦水电站 引水发电系统结构混凝土优化试验任务书》 和〈〈水工混凝土施工规范》 (DL/T5144-2001)的要求，混凝土配制强度计算公式采用:
cu,o
=f cu,k +t (T
经计算引水发电系统混凝土配制强度见表
4-1。

水胶比与强度关系依据西北勘测设计研究院工科院及水电四局试 验中心提供的〈〈黄河拉西瓦水电站工程混凝土配合比设计试验总报
引水发电系统岩锚梁混凝土配制强度表
表4-1
4.2水胶比与抗压强度关系试验
告》确定。

4.3混凝土配合比参数的确定
4.3.1骨料级配选择
拉西瓦水电站引水发电系统混凝土，按最大容重法，并考虑料场
各级粗骨料原状级配分布情况确定混凝土的最优骨料级配，二级配混
凝土骨料级配为小石：中石=50: 50;三级配混凝土骨料级配为小石：中石：大石=30: 30: 40。

4.3.2砂率选择
混凝土中砂率见表4-2〈〈引水发电系统混凝土砂率选择结果表》，c
表4-2 引水发电系统混凝土砂率选择结果表
4.3.3外加剂掺量
拉西瓦水电站引水发电系统混凝土配合比优化试验选用的外加剂
是按照〈〈试验任务书》选定的南京建科院生产的JM-n型高效缓凝减
水剂和河北石家庄混凝土外加剂厂生产的DH引气剂。

4.3.3.1 减水剂
减水剂的掺量是根据〈〈试验任务书》的设计要求和试验结果且综合考虑技术经济效果而提出的，结合施工中坍落度的正常损失和混凝土凝结时间予以确定，基本在0.5%~ 0.6 %之间。

4.3.3.2引气剂
引气剂能引入大量均匀分布的气泡，气泡可缓解冰胀压力，以及阻塞和隔断渗水通道，并且由于保水性好，减少了由于泌水所造成的孔隙，因而可提高混凝土抗冻性和抗渗性，掺量主要通过拌合物含气量与和易性来确定。

5混凝土配合比设计参数
引水发电系统混凝土配合比设计试验参数见表5-1引水发电系统混凝土配合比参数表。

6混凝土拌合物性能试验
混凝土拌合物性能包括新拌混凝土的和易性（包括棍度、含砂、粘聚性、析水）、坍落度、凝结时间、容重、出机温度等项目，优化配合比试验在试验中心拌合间进行。

为保证试验条件满足规范要求，严格控制了配合比的拌合过程：室温、出机混凝土温度、各种原材料的投料顺序、拌合时间、称量误差等均控制在规定范围内。

6.1混凝土和易性
混凝土坍落度均按照拌和物出机15分钟后控制，其中二级配混凝土泵送混凝土
坍落度为12〜14cm其余为7〜9 cm,三级配混凝土坍落度为5〜7cg二级配F300级混凝土含气量控制在5.0 %〜5.5%, F100级混凝土含气量控制在4.0 %〜4.5 %;三级配F200级混凝土含气量控制在4.5 %〜5.0%, F10 0级混凝土含气量控制在3.5 %〜4.0 %。

混凝土拌合物和易性试验结果见表6-1 。

表5-1 引水发电系统混凝土配合比试验参数表
说明：1.通过粉煤灰物理性能试验和混凝土配合比拌合物性能试验，可以看出平凉I粉煤灰和平凉n粉煤灰的需水量比和坍落度非常接近，所以相同的混凝土配合比用水量相等。

2.粉煤灰掺量均为15%。

表6-1 引水发电系统混凝土拌合物和易性试验结果
6.2坍落度损失试验
为了保证混凝土现场施工的工作性，对引水发电系统混凝土坍落度损失进行了试验，从试验结果看，低坍落度的混凝土坍落度损失要大于泵送混凝土的坍落度损失，减水剂JM-H同引气剂DH复合对高坍落度泵送混凝土更为适合，试验结果见表6-1。

7混凝土性能试验
7.1混凝土力学性能试验
混凝土的力学性能主要有混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度。

混凝土
的抗压强度与混凝土其它性能及变形特性有良好的相关关系，根据抗压强度可以推定其它性能与变形特性，所以常用混凝土抗压强度作为现场质量控制和等级评定的主要指标。

7. 1 . 1抗压强度及劈拉强度试验
引水发电系统混凝土力学性能试验主要有混凝土的抗压强度和混凝土的劈裂抗拉强度。

试验结果表明，混凝土抗压强度满足设计要求和混凝土配制强度。

混凝土的抗压强度及劈拉强度试验结果见表7-1。

试验结果表明：
相同胶材用量的情况下，掺平凉I级灰和掺平凉n级灰的强度基本接近；
掺平凉I级灰和掺平凉n级灰的混凝土抗压强度-龄期发展关系基本接近，3天强度约为28天强度的35%〜40%, 7天强度约为28天强度的65%〜75%。

表7-1 混凝土（砂浆）抗压强度及劈拉强度试验结果
7. 2混凝土耐久性能试验
混凝土的耐久性指标是保证混凝土建筑物安全长期运行的重要指标。

按照试验任务书和合同书要求，混凝土耐久性指标主要试验混凝土的抗冻性、抗渗性两项耐久性指标。

7. 2 . 1抗冻融试验
混凝土抗冻试验采用快速冻融法进行，以相对动弹模量降低值
> 60%和试件质量损失率V 5%评定抗冻标号，从试验结果看，混凝土抗
冻指标满足设计要求
表7-2 混凝土抗冻融试验结果
7. 2 . 2抗渗性能试验
混凝土抗渗试验按照〈〈水工混凝土试验规程》DL/T515卜2001，试验
采用逐级加压法进行。

逐级加压法的评定指标为：每组6个试件经逐级
加压至设计要求的抗渗等级水压力时，其中有4个试件仍未出现渗水，
表明该混凝土达到设计的抗渗等级。

混凝土抗渗性能试验结果表明：混凝土的抗渗等级均达到设计要求。

7. 3混凝土变形性能试验
7. 3 . 1混凝土极限拉伸试验
混凝土极限拉伸值是混凝土体积变形的重要特性之一，混凝土的极限
拉伸值越大，混凝土的变形性能越强。

极限拉伸值的大小直接显示了混凝土抗裂能力、变形性能，对提高混凝土的抗裂性能来说非常有益。

从试验结果看，混凝土极限拉伸值能满足设计要求，28天混凝土极限拉伸
值在0.84 x 10-4〜1.18 x 10-4之间。

引水发电系统混凝土的极限拉伸试验结果见表7-3。

表7-3 引水发电系统混凝土的极限拉伸试验结果
7.3.2混凝土干缩试验
根据要求对编号为CF-2-1、CF-2-2的C25F100W6 HI级配的厂房下
部结构混凝土进行28天龄期的干缩性能试验，总体看掺两种等级的粉煤
灰混凝土干缩值比较接近，呈现收缩趋势，最大干缩值在420x 10-4左右试验结果见表7-4及混凝土干缩试验曲线图附图1。

表7-4 混凝土干缩试验结果表
7.3.3混凝土白生体积变形试验
根据要求对编号为CF-2-1、CF-2-2的C25F100W6 HI级配的厂房
下部结构混凝土进行不同龄期的白生体积变形性能试验，从试验数据看，
由于水泥中氧化镁含量的增加，60天龄期前混凝土变形呈现收缩，60天龄期后混凝土变形呈现膨胀，属于先收缩后膨胀型，150天龄期膨胀变
形接近25个微应变，并趋于稳定，掺两种等级的粉煤灰的变化趋势及白生体积变形值比较接近。

试验结果见表7-5混凝土白生体积变形试验结果表及附图2。

表7-5 混凝土白生体积变形试验结果表
混凝土白生体积变形一时间关系曲线图（附图2）
7.4混凝土绝热温升性能试验
根据要求对编号为CF-2-2的C25F100W6 HI级配的厂房下部结构混凝土进行混凝土绝热温升性能试验，从试验结果看：28天混凝土绝热温
升值为24.65 C ,混凝土绝热温升试验结果见表7 — 6及附图3混凝土绝热温升值一时间关系曲线图。

表7-6 混凝土绝热温升试验结果表
8.引水发电系统推荐混凝土施工配合比
根据以上的试验结果，混凝土配合比的性能指标满足设计要求。

引水发电系统混凝土及砂浆推荐施工配合比见表8-1。

9.结语
从试验结果看：引水发电系统混凝土配合比的试验性能指标满足设计要求，但在现场实际生产中，还应根据粗骨料的级配、粒形及砂的颗粒级配及现场温度的变化进行调试。

根据试验过程中对原材料的分析试验，特别是骨料应满足：
.砂的细度模数在2.6〜2.8范围内，泵送混凝土用砂v 0.315mm的颗粒含量不应低于15%;
.粗骨料的颗粒级配应满足要求，避免粒径搭配不均匀的现象。

表8-1 引水发电系统推荐混凝土(砂浆)施工配合比
比平凉I级和平凉D级粉煤灰用水量基本相同
2.69
2.用粗骨料为卵石骨料，砂细度模数
为。