粗骨料压碎指标对某水电站混凝土配合比的影响

文摘 2024-10-10 07:00 河南

0概述

某水电站位于高寒高海拔地区，枢纽永久性主要建筑物由混凝土双曲拱坝、地下引水发电系统等建筑物组成，其中混凝土拱坝最大坝高二百余米。某水电站不同部位混凝土的技术要求见表1。按技术要求，本文研究不同料场粗骨料压碎指标对混凝土配合比参数的影响。通过调整配合比参数，提出具有良好工作性、各项指标满足相应设计强度等级要求的混凝土配合比。

1试验用原材料

1.1水泥

采用华新水泥厂生产的P·MH42.5水泥（简称中热水泥）。中热水泥熟料的化学成分见表2，水泥物理性能见表3。各项指标满足《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥》（GB/T200-2017)中对中热硅酸盐水泥的指标要求。

1.2粉煤灰

采用宁夏灵武热电厂F类I级粉煤灰。粉煤灰的化学成分见表2，粉煤灰物理性能见表4。各项指标满足《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》（DL/T5055-2007）对F类I级粉煤灰的要求。

1.3 外加剂

采用河北石家庄市长安育才外加剂厂生产的GK-4A高效缓凝型萘系减水剂和DH9引气剂。GK-4A减水剂掺量为0.8%，减水率16%，28d抗压强度比138%；DH9引气剂掺量0.018%，减水率6.7%，28d抗压强度比87%。两种外加剂各项指标满足《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-2014）对缓凝型高效减水剂和引气剂的要求。

1.4细骨料

试验用细骨料采用1种天然砂和2种人工砂。细骨料物理性能见表5。所用花岗岩人工砂、砂岩人工砂和天然砂砾石料天然砂所检指标均满足《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2015）对人工砂、天然砂的标准要求。

1.5粗骨料

试验用粗骨料采用1种天然料和2种人工料。粗骨料物理性能见表6，《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2015）中粗骨料压碎指标值要求见表7。

骨料的压碎指标是评价骨料抵抗外部荷载的能力。《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2015）中对压碎指标的建议要求如下：对设计龄期混凝土强度等级≥40MPa的深成火成岩碎石，压碎指标≤12%；对设计龄期混凝土强度等级<40MPa的深成火成岩碎石，压碎指标≤20%。对设计龄期混凝土强度等级≥40MPa的卵石，压碎指标≤12%；对设计龄期混凝土强度等级<40MPa的卵石，压碎指标≤16%。由试验结果可知，试验用花岗岩粗骨料的压碎指标为19.6%，用于配制设计龄期混凝土强度为40MPa的混凝土略超出《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2015）中的指标要求，但用于配制设计龄期混凝土强度低于40MPa的混凝土则满足规范建议值。其余两种骨料（砂岩骨料、天然砂砾石料）粗骨料的压碎指标值在标准建议值范围内。

2 试验配比与方法

2.1 试验配合比

试验每个混凝土设计等级分别用花岗岩、天然砂砾石、砂岩3种骨料进行试配，混凝土配合比见表8。其中，1代表花岗岩骨料、2代表天然砂砾石骨料、3代表砂岩骨料。

2.2 试验方法

按照《水工混凝土试验规程》（DL/T5150-2017）中有关混凝土拌和物室内成型方法成型混凝土试件。混凝土抗压强度试验所用试件采用边长为150mm的标准立方体试件，四级配混凝土在成型前用湿筛法筛除粒径大于40mm的骨料。经过成型脱模后，试件被移至标准养护室内养护至规定龄期，进行加荷试验。试验用仪器见图1。

3结果与分析

3.1 粗骨料压碎指标对混凝土抗压强度的影响

混凝土抗压强度试验结果见表9，图2为C₁₈₀40三种骨料混凝土劈开后照片。由表6可知，三种粗骨料的压碎指标值由大到小为：花岗岩>砂岩>天然砂砾石。

C₁₈₀40花岗岩粗骨料配制的混凝土180d强度均小于另外两种骨料配制的混凝土；C₁₈₀30天然砂砾石骨料配制的混凝土180d强度小于砂岩骨料，小于花岗岩骨料配制的混凝土；C₁₈₀35花岗岩粗骨料配制的混凝土180d强度小于天然砂砾石骨料配制的混凝土。

由图2可知，C₁₈₀40花岗岩粗骨混凝土抗压试块多数从粗骨料部位断裂，砂岩骨料混凝土次之，天然骨料混凝土最少。对于相同设计等级的混凝土抗压强度来说，不同骨料混凝土的胶材用量由大到小为：砂岩>花岗岩>天然砂砾石。

当设计强度为C₁₈₀40时，混凝土抗压强度不仅取决于骨料与水泥的结合作用，并且会受到粗骨料的压碎指标值影响，晶体间结合性较差的骨料压碎指标值大，但此时通过选用较小的水胶比等方式，可以配制出强度满足设计要求的混凝土；当设计强度为C₁₈₀30、C₁₈₀35时，混凝土抗压强度主要取决于水泥强度，胶材用量大的抗压强度高，与粗骨料压碎指标值大小关系不明显。

经过试验，各配合比混凝土180d实测抗压强度可以满足相应的设计强度等级要求。尽管花岗岩粗骨料的压碎指标值偏大，但在长龄期混凝土配合比设计中，较低的骨料强度并不是影响混凝土强度增长的主要因素，而与试验所用水泥强度有关。

3.2其他类似工程中混凝土抗压强度

在以往的配合比试验中，存在与某水电站骨料性能相近和岩性相近的骨料，见表10。不同工程中采用不同骨料进行了配合比选择试验，部分配合比试验结果见表11。

由表10可知，MRD水电站所用花岗岩骨料与本次试验所用花岗岩骨料岩性相近，但骨料压碎指标性能要明显优于本次试验的水电站骨料。而ZA抽水蓄能电站所用灰黑色灰岩骨料的压碎指标为21.4%，灰白色灰岩骨料的压碎指标为36.0%，均超出规范建议范围。

由表11可知，与ZA抽水蓄能电站混凝土配合比参数相比，其灰岩骨料的压碎指标也相对较高，在配制混凝土时，通过降低水胶比等方式亦可得到要求等级的混凝土。

与MRD水电站项目混凝土配合比参数相比，采用花岗岩骨料配制的混凝土，在混凝土的低龄期阶段（28d前），骨料的性质对于混凝土强度的影响并不明显，而随着混凝土龄期的增长（28d～180d），混凝土强度增长率低于类似的其它项目，这可能与骨料强度偏低有关，故而在配合比选择时推荐的水胶比也相对较小。

4结论

（1）在影响混凝土长龄期强度的因素中，水泥类型、水胶比及粉煤灰掺量是决定性因素，骨料压碎指标的差异影响程度甚微。

（2）通过对比MRD水电站、ZA抽水蓄能电站和某水电站所用粗骨料的压碎指标值和配合比参数可知，尽管某些粗骨料的压碎指标值大于规范建议值，但从配合比角度，通过选用较小的水胶比等方式，可以配制出满足设计强度等级要求的混凝土。

（3）采用压碎指标值不满足规范中设计龄期强度等级建议值的骨料配制混凝土时，配合比所用水胶比较小，单位体积胶材用量大，可能会导致大体积混凝土的绝热温升值偏高，进而造成施工过程中的降温措施费用增加。

（4）根据目前已有的数据，骨料的压碎指标大小对于混凝土耐久性的影响仍需进一步通过试验论证。

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