阿莱瓦水电站E级混凝土配合比设计

阿莱瓦水电站E级混凝土配合比设计
覃仕锋
摘要：阐述巴基斯坦阿莱瓦水电站工程混凝土原材料的特点，美国材料测试标准ASTM中相关的试验方法，E级混凝土的技术要求及配合比设计的难点、过程及结果。
关键词：阿莱瓦水电站，E级混凝土，水灰比，Ф150×300mm型试件，抗压强度
1 概述
1.1 工程简介
巴基斯坦ALLAI KHWAR（音译为阿莱瓦，下称阿莱瓦）水电站位于巴基斯坦伊斯兰共和国NWFP省Mansehra 地区Besham镇的阿莱河与印度河之间；距离首都伊斯兰堡约200公里，距离中巴友谊桥约5公里。该电站为引水发电工程，大坝位于阿莱河距离Banna村约5公里处，厂房位于印度河左岸距离中巴友谊桥约5公里处；引水隧洞全长2300米，垂直高差600米，坡度38°，引水隧洞为压力钢管加衬砌混凝土构成。阿来瓦水电站设计装机容量为2×60MW。
阿莱瓦水电站工程由中国东方电气集团公司按EPC模式总承包，由中国水电顾问集团西北勘测设计研究院设计，由东方电气集团与广西水电工程局组成联营体负责施工。
1.2 ASTM相关试验方法简介
阿莱瓦水电站工程相关试验检测方法按美国材料测试标准（ASTM）执行。对本工程混凝土配合比设计影响较大，与国内测试方法有明显不同的，主要是水泥强度试验和混凝土抗压强度试验。其中水泥胶砂抗压强度试件为50mm×50mm×50mm立方体试件，抗压强度指标要求为3d＞12.0 Mpa、7d＞19.0 Mpa、28d＞28.0 Mpa，无抗折强度要求；水泥胶砂中，水:水泥:砂=0.485:1:2.75；使用的标准砂与国内的标准砂明显不同。根据相关资料，Ф150×300mm试件的抗压强度换算成立方体抗压强度需要乘以系数1.25。
1.3 巴基斯坦水泥与本工程E级混凝土简介
巴基斯坦水泥生产依据英国标准，没有象国内有32.5、42.5、52.5强度等级之分。所有水泥厂都只生产一种强度等级的水泥，即28天抗压强度﹥8500PSI；ASTM中水泥的技术标准也没有强度等级之分。由于检测水泥强度时使用的水灰比、标准砂与国内标准有很大差别，无法直接与国内水泥直接比较。
根据合同技术条款，E级混凝土是指特高强度并具高抗研磨性的混凝土。28天龄期强度﹥50Mpa，（Ф150×300mm试件），换算为立方体标准试件，28天龄期强度﹥62.5Mpa。

2 混凝土配合比设计
2.1 原材料选择及试验结果
C60等级以上混凝土属于高强混凝土。国内配制C60以上混凝土一般都选用52.5等级以上的水泥，而巴基斯坦水泥没有强度之分，所以无法按强度等级来选择水泥；只能通过水泥的实测强度进行选择。水灰比为0.33~0.27的砼28天强度结果在47~49Mpa间，没有服从强度与水灰比的线性关系。经过反复调整外加剂掺量、硅粉掺量、砂率等参数，强度也无法达到50MPa。经过讨论分析，我们认为是水泥的极限强度制约了混凝土的极限强度。必须采用强度更高的水泥才能配制出E级混凝土。
经调查了解，巴基斯坦D.G KHAN CEMENT LIMITED生产的D.G KHAN CEMENT 品牌的O.P.C水泥28d龄期实测强度比其他品牌的水泥要高很多。因此我们采用D.G KHAN CEMENT 品牌的O.P.C水泥再次进行混凝土配合比设计试验（以下称本次试验）。
2.1.1 本次试验所用的水泥为巴基斯坦D.G KHAN CEMENT LIMITED生产的D.G KHAN CEMENT 品牌的O.P.C水泥。水泥试验结果见表2.1.1

2.1.2 本次试验所用其他原材料如下：减水剂为SIKA公司生产的C520型缓凝高效减水剂；硅粉为SIKA公司提供的微硅粉；细骨料为阿莱河河砂；粗骨料为采用阿莱河河卵石机制破碎而成的4.75~19mm人工碎石。这些原材料检测结果均符合ASTM的相关技术要求。
2.2 混凝土试配试验及结果分析
混凝土试配试验，粗细骨料以干料为基准，采用体积法进行计算；用水量及砂率根据前面的经验选定。试验结果见表2.2.1。
混凝土试配试验结果表2.2.1

由试验结果可见，当水灰比降到0.27时，坍落度明显偏低，流动性无法满足施工要求，因此在回归分析时去掉该组数据。对混凝土28d抗压强度与灰水比进行回归分析，得出抗压强度f28与灰水比C/W的关系式，见表2.2-2。

2.3 确定混凝土配合比
由试验结果可见，在满足施工要求的前提下，可以选用的水灰比最低为0.28。0.28的水灰比对应的混凝土强度为52.0Mpa，该强度虽富余不足，但可以满足本工程技术条款和ASTM的要求。这也是在本工程在E级混凝土配合比设计中，经过多次选材并试验得到的最好的配合比了。本次试验最终确定的配合比见表2.3.1。

3 结语
阿莱瓦水电站E级混凝土属于高强混凝土，对水泥、骨料等原材料的质量要求较高，一般选用高标号水泥进行配制。在客观条件无法改变的情况下，我们选用实测强度较高的水泥，采用掺加硅粉和外加剂等技术，经过多次试验，最终配制出满足设计要求的E级混凝土。
同时也可以看到，在使用各种技术手段后，配制出来的E级混凝土富余强度仍然较低。我们认为是原材料本身的质量和水泥极限强度制约了混凝土的极限强度。若要配制更高强度的混凝土，需要选用强度更高、质量更好的原材料。