1、中等强度水泥配制高强抗渗混凝土配合比设计 以南水北调中线“引江济汉” 荆江大堤防洪闸工程为例 摘要:以中等强度水泥配制高强抗渗混凝土配合比设计在 “引江济汉” 荆江大堤防洪闸工程中的成功 应用为例， 介绍了在水利水电工程中以中等强度水泥配制高强抗渗混凝土配合比设计的参数选择、 材料 要求以及对混凝土的性能影响及作用， 总结出了通过经验法试配得到所需配合比的过程及要点， 为推广 此类混凝土配合比设计在水工行业的应用有积极意义。 关键词:中等强度水泥; 高强混凝土; 抗渗; 配合比设计 The Mix Ratio Design of High Strength Impermeable Concre
2、te by Using Medium Strength Cement The Case Study of Jingjiang Levee Floodgate Project in the Water Transfer Project from Yangtz River to Han River in the Middle Scheme of the South- to- north Water Diversion Project Abstract:In the successful construction of Jinjiang levee floodgate of the water tr
3、ansfer project from Yangtz River to Han River，the mix ratio design of high strength impermeable concrete by using medium strength cement was adopt- ed Through the case study of this project，the selection of appropriate parameters，material requirements and the influences on the behavior of the concre
4、te of this mix ratio design for hydraulic engineerings was introduced and the key points as well as the processes of obtaining the required mix ratio through tests were summarized This study will promote the application of this mix ratio design to hydraulic engineerings Keywords:medium strength ceme
5、nt;high strength concrete;impermeability;mix ratio design 混凝土在我国水利水电工程中使用非常广泛， 基本上成了现代水工建筑物的主要材料， 但是随着 技术的不断发展， 高强度水泥配制高强混凝土技术 也日渐成熟， 在水工行业也应用广泛。在大型水电 工程中应用自不必说， 中小型水电项目中也受到重 视， 尤其是在水电工程中涉及到的桥梁工程施工中 采用较多。但是要用中低强度水泥配制高强抗渗性 混凝土目前在水工行业应用并不多， 此类混凝土主 要适用于与水工建( 构) 筑物主体防渗体系相关连 的具有抗渗要求的水闸结构中。 1工程简介 荆江大堤防洪闸单
6、孔净宽 32 0 m， 两侧边墩厚 5 0 m， 缝墩厚 2 m 5 0 m。交通桥前防洪闸设一 道提升式平面挡水闸门， 闸室两侧各布置宽 36 0 m 的门库段， 门库段两侧新筑堤防与荆江大堤连接。 荆江大堤防洪闸两侧地面以上新建堤防与原荆江大 堤防渗体连接， 形成封闭防渗线抵御长江洪水。 设计要求防洪闸混凝土 28 d 龄期强度等级为 C50， 抗渗等级为 W6， 坍落度为 120 mm 140 mm， 混凝土采用一级配， 混凝土泵输送， 石子粒径 5 mm 20 mm， 水灰比不大于 0 4。 2混凝土配合比参数选择 影响高强抗渗混凝土配合比的参数有其特殊要 求， 试配前采用配合比参数须
7、遵守以下几点。 2 1较小的水胶比 较小的水胶比是高强抗渗混凝土配制的一个特 点。为了达到混凝土的抗渗性要求， 无论设计混凝 土强度多大， 配制高强抗渗混凝土的水胶比都不能 大于 0 4， 以保证混凝土的密实， 在这个前提下再依 据强度要求调整水灰比， 而后通过调节除水泥外的 其他胶凝材料的掺量来调节混凝土强度。 2 2较大的砂率 在水灰比一定的情况下， 砂率的大小影响混凝 土的工作性能。高强抗渗混凝土由于用水量较低， 所需砂浆主要靠提高砂率来达到， 因此砂率较大为 好。一般普通敞口浇筑混凝土控制砂率约 33%， 如 利用混凝土泵输送砂率控制在 40%左右 1 。 2 3较大的浆骨比 浆骨比是
8、指胶凝材料与骨料的比例， 高强抗渗 混凝土具有很好的流动性， 但因其水灰比较小， 因此 需要胶凝材料质量较大。当浆骨比增大， 混凝土的 收缩也会增加， 一般控制胶凝材料不超过 500 kg/m3， 其中水泥用量应尽量减少， 可以通过其他胶凝材料 部分代替 2 。但当胶凝材料用量太少， 混凝土的内 部薄弱面较多， 大大降低了混凝土的抗渗能力， 为此 胶凝材料总质量也不应少于 330 kg/m3。 2 4较小的粗骨料粒径 普通混凝土从环绕骨料表面破坏， 高强抗渗混 凝土的破坏往往切断骨料横断面， 因此骨料的强度 是决定混凝土强度的关键因素之一。其机理是同类 石料较大粒径的骨料其内部存在缺陷的概率相
9、对较 高， 在受到外部荷载作用下， 从缺陷处破坏的几率 高， 而小粒径的骨料内存在缺陷的概率相对就低一 些， 而且胶凝材料的粘结面积也增加， 受力均匀， 不 易发生此类破坏， 因此可获得相对较高的强度3 。 同时较小的骨料也有利于混凝土密实， 可提高其抗 渗性能。因此高强抗渗混凝土应优先选用小粒径的 粗骨料， 通常骨料粒径在 5 mm 20 mm。 3混凝土原材料选择 ( 1)水泥 高强抗渗混凝土应优先选用旋窑生产的强度等 级在 52 5 及以上的普通硅酸盐水泥。从矿物角度 讲， 应选择硅酸三钙较高、 铝酸三钙较低且碱含量较 低的水泥， 铝酸三钙对减水剂的吸附性大于硅酸三 钙， 因此过大含量的
10、铝酸三钙会降低减水剂的作用。 高强混凝土用水泥量多则水化热大， 较大的水化热 会造成混凝土裂缝等危害出现， 因而从水化热角度 考虑， 应优先选用水化热较低的水泥4 。 但考虑经济成本， 本次配合比选择湖北华新水 泥厂旋窑生产的 “堡垒牌” 42 5 普通硅酸盐水泥， 经 检测其比表面积 378 m2/kg， 烧失量 2 6%， 体积安 定性 0 8 mm， 初凝时间 190 min， 终凝时间 250 min， 28 d 抗压强度为 45 6 MPa。其他指标也都满足配 制要求。 ( 2)粗骨料 高强抗渗混凝土应选用高强度的碎石作为粗骨 料， 一般在同等条件下， 混凝土的强度与粗骨料的强 度高
11、度相关。一般来说粗骨料宜选用单轴抗压强度 达到 80 MPa 以上的硬质岩石5 ， 使用粒径范围为 5 mm 20 mm， 级配连续性较好。洁净的骨料对混凝 土强度也起着关键作用， 有研究表明: 混凝土骨料含 泥量达到 10%， 混凝土强度可下降 30%， 因此骨料 洁净是配制高强混凝土的一项重要保证。 本次配合比设计采用荆门干沟人工碎石， 粒径 5 mm 20 mm， 不含泥块， 含泥量 0 5%， 针片状含 量 7%， 压碎率 9%， 浅于标准色。其他指标都满足 高强混凝土配制用粗骨料要求。 ( 3)细骨料 高强抗渗混凝土细骨料质量影响到拌和用水 量， 一般来说天然砂粒是由 SiO2晶体组
12、成， 表面圆 滑， 拌和用水量较小。相比较而言人工机制砂则没 有这些优点。因此首先应优先选用天然砂， 其次砂 的细度模数应尽量大一些， 高强抗渗混凝土应选用 细度模数不小于2 5 的类砂为宜 6 。砂的级配影 响到充填效果， 因此连续级配的砂优于断级配的砂。 本次配合比设计选用产自洞庭湖的天然河砂， 不含泥块， 含泥量 1 3%， 细度模数为 2 7， 连续级 配， 属区。其他指标都满足高强混凝土配制用砂 要求。 ( 4)拌和用水 高强抗渗混凝土拌和及养护用水满足普通混凝 土用水要求即可， 通常城市自来水是可以满足要求 的， 但是必须强调指出已经污染或含有机物的水严 禁使用。 本工程地理位置靠近城镇， 因此城市自来水可 以直接供混凝土拌合使用。 ( 5)外加剂 要提高混凝土的强度， 在不改变主要材料用量 前提下， 通常通过添加高效减水剂来减少混凝土拌 和物用水量 7 ， 既要不降低混凝土拌和物的工作性 能， 又要满足混凝土硬化过程中的用水量。水泥硬 化过程中， 一般需要水量约为水泥量的 20%， 多余 的水分都干燥蒸发掉了， 而后在混凝土内留下空隙， 降低了混凝土的密
