隆潘卡尔电站碾压混凝土配合比设计研究

摘 要：文章介绍了喀麦隆隆潘卡尔电站碾压混凝土配合比设计和试验的过程。通过介绍碾压混凝土配合比设计的思路、对相关试验过程和成果的分析，总结配合比设计的经验和需要深入研究的东西。并通过现场钻取芯样测试证明选用的配合比能够达到合同和技术规范的要求。

关键词：隆潘卡尔电站；碾压混凝土；配合比设计；性能试验

1 工程概况

隆潘卡尔水电站位于喀麦隆东部省隆潘卡尔地区。水电站为坝式水电站，总库容为60亿m3，装机容量为30兆瓦，主体工程由主坝，副坝，溢洪道，泄水底孔，临时导流底孔，水电站进水口等建筑物组成。主坝为混合型大坝，由混凝土重力坝和岸边土坝混合组成，其中碾压混凝土坝段最大坝高为45.5米，碾压混凝土浇筑量约24万m3。

2 配合比设计依据以及技术要求

根据电站技术文件规定，该工程的碾压混凝土的具体技术要求如下：

2.1 原材料要求

（1）水泥采用符合法国规范NF EN 197-1标准的波特兰I型（CEM-I）水泥，等级为42.5R，且用量为80到110kg/m3。

（2）粉煤灰采用符合美国规范ASTM N C618标准的中国山东邹县第二火电厂生产的粉煤灰，且用量为80到110kg/m3。

（3）外加剂采用符合法国规范XP P18-340标准的昆明泥康建筑材料公司生产的FDN-MTG缓凝型外加剂。

（4）拌和混凝土用水采用符合法国规范NF EN-1008标准的小溪水，用量为130kg/m3左右。

（5）砂和粗骨料由大坝上游4千米处的采石场破碎生产，砂子为机制砂，砂和粗骨料的用量为2100到2200kg/m3。

2.2 混凝土试块

混凝土试块用规格250*500mm的圆柱体试模成型，且28天抗压强度需达到8MPa，强度等级为63/8。

3 配合比的设计

3.1 对原设计指标的变动

通过对合同的分析研究，发现合同中对碾压混凝土配合比参数的一些规定有不当之处，首先是对水泥种类的要求，合同规定只能用42.5的水泥，而当地有的是42.5的水泥属于早强型水泥，初凝时较短，不利于大体积混凝土分层浇筑对初凝时间的控制要求；且发热量大，在大体积碾压混凝土浇筑中会对坝体的安全造成影响，所以承包商建议改用掺火山灰的复合型32.5R水泥；其次合同里规定水泥和粉煤灰的最低用量不能低于100kg/m3，如果设计的配合比低于这个用量，业主方有权按照合同要求将对承包商进行相应的扣款；还有混凝土拌和用水量应通过试验确定，不能直接按照合同要求的130kg/m3来拌制。以上问题，通过与业主方代表和法国监理工程师的沟通，最后确定碾压混凝土的水泥为喀麦隆水泥厂生产的NC CEM Ⅳ-B（P）32.5R水泥，基准配合比的水泥和粉煤灰用量为100kg/m3，用水量由实际拌和试验来确定。

3.2 原材料试验

3.2.1 水泥

采用由喀麦隆水泥厂生产的NC CEM Ⅳ-B（P）32.5R水泥，物理性能各项技术指标符合规范要求，水泥化学成分含量满足规范要求。

3.2.2 粉煤灰

采用中国山东邹县第二火电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，物理性能试验成果满足规范要求。

3.2.3 外加剂

采用外加剂选用中国昆明泥康建筑材料股份有限公司生产的FDN-MTG缓凝高效减水剂（碾压混凝土专用），各项技术指标均满足技术要求。

3.2.4 骨料

（1）骨料的碱活性试验。骨料送到法国的地质矿物分析实验室检测，检测的结果表明，骨料不存在有碱活性反应的骨料。

（2）砂子。采用自产的机制砂，粒径0～5mm。经检测，其各项物理性能指标试验和颗粒级配试验满足规范和投标技术要求。

（3）粗骨料。本工程所用的粗骨料有三个等级的粒径，分别为5～16mm，16～31.5mm，31.5mm～63mm。而且在此试验阶段的时候，砂石系统仍然处于试生产的阶段，受砂石系统设计的限制、骨料岩性、生产管理等各方面因素的影响，粗骨料的品质波动太大，实际用的一些骨料品质根本达不到要求，超逊径超出控制上限，针片状含量偏大等，所以在做配合比时，重新分别对粗骨料进行筛分处理，经处理过的骨料各项性能物理性能检测指标满足规范和投标技术要求。

3.2.5 混凝土拌和用水

拌制混凝土用水为生产用水，经送喀麦隆雅温得地矿、工业和理工发展部水能源试验室检验，水质符合混凝土拌和用水质量要求。

3.3 碾压混凝土配合比设计

3.3.1 配合比参数的确定

（1）骨料组合比。根据骨料组合的堆积密度与紧密密度最大、空隙率最小的原则，再根据全级配理想级配曲线。确定大石：中石：小石=37：37：26。

（2）砂率与单位用水量。为了保证混凝土的拌合物具有良好的粘聚性，并且满足施工的VC值要求，用水量最小时的砂率即为最优砂率，通过试拌得到最佳砂率为41%～45%，用水量为110～115kg/m3。

（3）外加剂的掺量。根据厂家推荐的外加剂掺量为0.7%～ 1.0%，通过试验得到，当外加剂掺量达到0.7%的时候，碾压混凝土的相关性能达到最优。

（4）水灰比和水泥和粉煤灰用量的确定。水泥和粉煤灰用量分别为100kg/m3～120kg/m3水灰比为：0.46～0.58。

3.3.2 配合比试验方案

根据合同的要求，混凝土的基准配合比按照粉煤灰和水泥100kg/m3来配制，混凝土设计容重为2450Kg/m3，水泥和粉煤灰用量按照每10Kg/m3逐渐增加，并调整砂率以各种及骨料的用量。相关试验配合比详见表1。

3.3.3 碾压混凝土室内拌合方法

（1）碾压混凝土的拌和。混凝土拌和采用60L强制式搅拌机，投料顺序依次为：大石→中石→小石→胶凝材料→砂，干拌30s，加水（掺入外加剂）搅拌150s，将拌好的混凝土拌合物倒出，在钢板上翻拌均匀之后，进行混凝土拌和物性能试验。

（2）碾压混凝土拌和物工作度试验。采用从我国进口的维勃稠度试验仪，按照我国规范要求应湿筛分两层插捣装料，且上层料与桶口齐平，总压重则为17.75kg，但在试验过程中发现出浆时间都在30s以上，且泛浆的状态也不好判断，最后通过跟业主方和法国监理工程师讨论商议，拌和物工作度试验按照美国规范来操作，把总压重增大为22.75kg，当Vc值在8～12s时，泛浆状态符合。

（3）碾压混凝土容重试验。在拌和物Vc值试验完成后，继续振动120s，然后通过称重、加水测体积的方法来测得拌和物湿容重。

（4）试件的制作。混凝土成型采用Φ250×500mm钢模，湿筛分5层装料，然后每层的混凝土在国内采购的大震动台振动压实，采用压重件重量为22.75kg，最上一层借用套筒完成。振动时间每一层一般控制在30s，振动完成后再做抹面处理。

（5）试件的养护。由于做配合比的阶段，养护室还没有建好，所以所有成型的试件放在一个密封的集装箱里养护，集装箱里装空调，水温控制在20～23℃之间。

（6）试件的抗压强度试验。按照规范要求，试件到龄期后，取出，晾干，然后对试块抗压面进行找平，试块抗压面找平是通过把硫磺和砂子按照一定的配合比加热熬制的液体硫磺，在专用工具对试件上下表面做盖帽处理，之后再在压力机上做抗压试验。

3.3.4 各配合比碾压混凝土性能试验

通过性能试验，来检验配合比是否满足能满足设计和规范要求，选择出适合施工的配合比。

（1）拌和性能。拌和性能主要包括VC值，容重。上述配合比的VC值都在8～12s之间，容重在2425～2445kg/m3之间，都能满足设计要求的2400kg/m3。

（2）混凝土抗压强度和抗劈强度。抗压强度和抗劈强度为混凝土的主要力学指标。由于用于拌和混凝土的水泥为早强型水泥，水泥的早期强度增长的较快，且水泥的富裕系数极低，只有1.05～1.07之间，所以混凝土的强度几乎在14天就已经达到了设计要求的8MPa。从试验结果分析，随着水灰比的减小，混凝土的强度逐渐增加；同龄期的抗压强度与抗劈强度的约在1/10～1/14。配合比抗压强度和抗劈强度试验结果，见表2。

（3）混凝土耐久性。混凝土耐久性包括抗渗性和抗冻性，但是由于本工程不考虑抗冻性，所以配合比试验时，只做抗渗试验。试验结果表明：所有配合比的抗渗都能满足设计要求。

4 配合比的确定

根据合同的规定，以及考虑大体积混凝土的温度控制，碾压混凝土配合比的水泥和粉煤灰用量分别为100kg/m3。根据拌和的情况以及VC值检测试验完成后，将VC筒内碾压混凝土整体倾倒出观察拌和物“液化”情况，可以看出用编号为NY-28-1的配合比拌制的碾压混凝土表面泛浆更为充分，底部和周边的“液化”状态也更明显。所以最终确定NY-28-1为碾压混凝土配合比。

在后来的生产性试验中，采用推荐配合比的碾压混凝土，碾压后表面泛浆充分，相关的检测试验满足规范要求；现场取芯芯样表面光滑、平整，骨料分布均匀，胶结密实；现场压水试验也满足规范和投标技术要求。

5 结语

（1）国外项目，业主方和监理方对合同特别的重视，工程的施工技术必须满足合同要求。本工程的碾压混凝土配合比严格按照合同来的规定来设计，导致设计出的配合比与碾压混凝土单位体积水泥用量低和高掺粉煤灰的规律不符。因此结合当地的气候条件和实际的施工，要进一步研究碾压混凝土绝热温升、自身变形的规律，为优化温控设计提供依据。

（2）由于本工程，因此他们采用的规范为法国和美国标准规范，因此设计配合比的一些理念和方法，跟国内有明显不同。比如混凝土设计强度选择依据不是按照水胶比，而是根据推荐的胶凝材料与不同龄期抗压强度线性关系确定胶凝材料用量；骨料级配和砂率则依据美国规范中的全级配理想曲线。但通过比较分析，采用不同水胶比进行正交试验更具科学性和严谨性，在骨料级配和砂率的选择上，可参考美国标准的混凝土全级配理想曲线，有助于判断混凝土粗细骨料组合比例合理性，保证混凝土工作性能。

（3）国外项目，我们要多跟监理方和业主方交流沟通，让他们熟悉我们国内的施工方法和相关的规范标准，让他们了解中国先进的施工和管理方法，以及先进严谨的试验方法，且在平时的工作中慢慢地向他们灌输，从而更好地赢得他们的信任，能更高效的开展工作。

参考文献

[1] DL/T 5433-2009，水工碾压混凝土试验规程[S].北京：中国电力出版社，2009.

[2] DL/T5330-2005，水工混凝土配合比设计规程[S].北京：中国电力出版社，2006.

[3] DL/T 5112-2009，水工碾压混凝土施工规范[S].北京：中国电力出版社，2010.

[4] 喀麦隆隆潘卡尔电站投标技术条款[S]

[5] 喀麦隆隆潘卡尔试验室碾压混凝土实验报告[R].

作者简介：李本赛（1986.12- ），男，云南宣威人，中国水利水电第十四工程局有限公司喀麦隆隆潘卡尔电站，试验室主任。