陈昊，杨凯，周虎，郜肖冰，杨燕伟

(1.四川省水利科学研究院，成都，610072；2.新疆大学，乌鲁木齐，830046；3.清华大学，北京，100084)

《自密实混凝土应用技术规程》(JCJ/T 283-2012)中明确了应采用绝对体积法设计自密实混凝土配合比[1]，然而，实际工程还应结合现场提供的原材料、气候特征等进行自密实性能混凝土配合比设计，切实保障工程质量[2]。本文以洪流水库为研究对象，根据现场需求利用绝对体积法进行高自密实混凝土配合比设计，选择最合理的高自密实混凝土配合比，既满足大坝现场施工要求，又满足设计要求的力学性能、耐久性，并使之经济合理。

1 研究工程概况

四川省洪流水库是一座以城镇供水为主，兼顾灌溉等综合利用的小型水库。大坝是C15自密实混凝土堆石重力坝，大坝坝顶高程675.50m，坝顶宽度6.0m，坝顶长度80.0m，坝基置于弱风化基岩中上部，最大坝高51.5m，水库总库容104.6万m，正常蓄水位673.50m，无限制水位。

自密实混凝土(Self-compacting Concrete)是混凝土在浇筑过程中完全依靠自身重力，无需施加振捣就能达到自密实效果的超高性能混凝土(Super Quality Concrete)[3-4]。自密实混凝土具有高流动抗离析性能，无需增加水泥用量和用水量，利用自身重力就可以完全填充至模板内任何角落和钢筋间隙，从而排除振捣过程带来的人为干扰，减少施工噪音，降低人工成本[4]。其自身的高耐久性也使得自密实混凝土在浇筑成型时不离析，硬化后不开裂，具有良好的力学性能[5]。

同时，自密实混凝土配制过程还可以掺入具有填充作用的活性掺合料，常见的有粉煤灰、石灰石粉等，掺合料本身不参与混凝土凝结硬化反应，但能降低水化温升，降低综合成本[6-7]。因此，自密实混凝土因其良好性能自面世后就受到广泛关注和深入研究。洪流水库大坝采用标号C9015W6F50的自密实混凝土浇筑，堆石料采用当地开采白垩系夹关组粉砂质泥岩，属于软岩。上游面设置厚0.5m的防渗层，坝基设置厚1.0m的C20混凝土垫层，坝肩设置厚0.5m的C9015自密实混凝土垫层(防渗墙与坝基肩垫层连接)。

2 高自密实性能混凝土配合比设计

2.1 试验原材料

2.1.1 水泥

根据《胶结颗粒料筑坝技术导则》(SL678-2014)规定，本工程选用“赛德牌”普通硅酸盐水泥(P.O42.5)，其物理及力学性能均符合《通用硅酸盐水泥》(GB 175-2007)的技术要求[8-9]。水泥的物理及力学性能指标详见表1。

表1 水泥的物理及力学性能指标

2.1.2 粉煤灰

根据《胶结颗粒料筑坝技术导则》(SL678-2014)规定，本工程选用“习水牌”Ⅱ级粉煤灰，其物理性能均符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596-2017)的技术要求[10]。粉煤灰的物理性能指标详见表2。

表2 粉煤灰的物理性能指标

2.1.3 骨料

(1)细骨料

根据《水工混凝土试验规程》(SL/T 352-2020)规定[11]，本工程选用人工砂，其细度模数均值为3.2，饱和面干表观密度均值为2700kg/m3，颗粒级配见图1(a)。

图1 骨料筛分曲线

(2)粗骨料

根据《水工混凝土试验规程》(SL/T 352-2020)规定，本工程选用5mm～20mm碎石，其饱和面干表观密度均值为2670kg/m3，超径颗粒含量0%，逊径颗粒含量1.0%，含泥量0.4%，泥块含量0.0%，针片状含量2%，颗粒级配见图1(b)。

2.1.4 外加剂

本工程选用“华石纳固牌”堆石混凝土专用外加剂(型号：HSNG-T)，其掺量为水泥用量的2.5%，pH值为6.0，总碱量为0.40%，未检出氯离子。

外加剂的性能均符合《混凝土外加剂》(GB 8076-2008)中缓凝型高性能减水剂的技术要求[12]。外加剂的混凝土性能指标详见表3。

表3 HSNG-T外加剂的性能指标

2.1.5 拌和用水

本工程试验阶段采用实验室自来水；在项目工地搅拌站进行配合比复核试验阶段，采用河水配置混凝土。

2.2 试验参数

2.2.1 混凝土配制强度

根据《水工混凝土试验规程》(SL/T 352-2020)规定计算，本工程混凝土的配制强度为17.94MPa。混凝土的配置强度指标详见表4。

表4 混凝土的配制强度

2.2.2 体积水粉比

本工程初步采用体积水粉比0.9、水泥掺量25%进行净浆试验，通过试验数据再进行上下调整。

称量好各项材料后依次加入并开始搅拌，搅拌停止后测量净浆扩展度，扩展度指标控制在220mm～240mm，观察外加剂与水泥、粉煤灰的适应性。

2.2.3 粉煤灰掺量

粉煤灰掺量的选择根据设计强度要求确定，进而确定粉煤灰的掺量。

2.2.4 初始砂率

试验中先将超径砂颗粒筛除，然后按体积水粉比0.95、水泥掺量25%、砂率46%计算配合比，称量好各项材料后依次加入并开始搅拌，搅拌停止后测量砂浆扩展度，控制在240mm～280mm，并观察砂浆出机状态。

随后进行配合比优化，制作混凝土浆，通过V漏斗时间(VF)检测，根据试验检测结果确定高自密实性能混凝土的初始砂率。其中，4#出料机坍落扩展度(SF)为680mm，出料机坍落度为275mm(见图2)，V漏斗通过时间(VF)为19.0s，混凝土出机状态良好。

(a)4#出料机坍落扩展度(SF)680mm (b)4#出料机坍落度275mm

在自密实砂浆试验基础上开始自密实混凝土试验。按体积水粉比0.95、水泥掺量25%、砂率46%、石子体积270L，计算好配合比后，首先用水把搅拌机润湿，然后依次把称量好的石子、砂、水泥、粉煤灰放入搅拌机中干搅15s，再把称量好的水及外加剂混合后均匀倒入搅拌机中，搅拌2min后出机，立即测量扩展度(SF)、坍落度及V漏斗通过时间，以及1h扩展度、坍落度及V漏斗通过时间。

2.2.5 石子最优掺量

本工程通过自密实性能混凝土的试配试验来确定石子掺量，分别采用不同石子体积进行混凝土试拌并进行性能检测，主要包括自密实性能混凝土的坍落扩展度及V漏斗性能检测。根据试验检测结果，进而确定高自密实性能混凝土的最优砂率、最优石子掺量。

2.3 结果与讨论

经过检测的混凝土各项性能指标合格，初步配合比(序号3#)详见表5。随后进行配合比优化，通过降低水粉比、降低水泥掺量，提高砂率以及石子用量的方法，目的是在满足设计强度要求下得到最低水泥掺量的混凝土配合比，通过梯度试验获得优化配合比(序号4#)，配合比及检测结果详见表5、表6。

表5 自密实混凝土配合比

表6 4#自密实混凝土特性试验结果

试验结果表明，水粉比在0.80～1.15范围内时，外加剂的掺量对体积水粉比的影响最为平缓，有利于高自密实性能混凝土生产的稳定性。当设计强度降低一个标号或水粉比降低0.05，相应粉煤灰掺量提高5%。同时，自密实净浆状态良好，表明外加剂与胶凝材料的适应性匹配良好。

3 结论

本文以洪流水库为研究对象，根据现场需求对自密实混凝土最优配合比进行设计和试验研究。试验结果推荐3#、4#两组配合比为较优的混凝土配合比。首先，它们能够满足工作性能及稳定性要求；其次，两组配合比的90d抗压强度可以满足C9015、C9020的设计要求，并且各自抗渗、抗冻试验检测均合格；最后，它们的水泥单方用量也是最少。经过分析比较，确定4#配合比为本次最优配合比。