巴基斯坦NJ工程碾压混凝土配合比设计

摘 要：碾压混凝土在世界范围内得到了广泛应用，各个国家有相应的配合比设计规范。本文以巴基斯坦NJ工程为例,参考国际工程的配合比设计特点，运用于国内的设计方法,使之能适应国内外不同的技术条件。从实际应用效果看，该工程在人工砂石粉含量不足的情况下，采用改良后配合比设计的碾压混凝土工作性能有大幅度提高，满足本工程施工的需要和质量要求。

关键词：巴基斯坦NJ工程；碾压混凝土；配合比设计

Abstract: RCC worldwide has been widely used various countries with more than design specifications. Pakistan NJ engineering, for example, with reference to international engineering design features, applied to the design, so that it can adapt to the different technical conditions at home and abroad. From the actual application effect of the project in case of lack of artificial gravel powder content, the use of improved greatly improved with the ratio of the the RCC design work performance to meet the needs of the construction and quality requirements.Key words: Pakistan NJ Engineering; RCC; mixture ratio design

中图分类号： [TQ178]文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

工程概况

巴基斯坦NJ工程属低挡水坝、长引水隧洞（洞挖总里程58.8km）、深调压式竖井、地下式厂房、尾水隧洞式水电工程，共装机4台，总容量969 MW；工程主要永久建筑物有：右岸导流隧洞、混凝土重力坝、左岸进水口和沉砂池、左岸引水隧洞、调压井、地下厂房、开关站及附属设施组成。碾压混凝土主要应用于填塘基础和局部大坝主体。

设计要求及设计依据

碾压混凝土设计强度为17MPa(91d龄期)， 强度保证率80%。根据ACI 214配制强度计算公式 f’cr =f’c+0.842 Ss（0.842是强度保证率80%的概率度系数，Ss是混凝土抗压强度标准差）确定碾压混凝土配制强度为20.4MPa= 17+0.842×4。由于本工程采用的是美国标准，其混凝土标准试件是φ150mm×h300mm圆柱体，如要与国内的立方体标准强度比较，只需除以0.87换算系数。即美国标准20.4MPa相对于国内23.4MPa。为保持试验数据的一致性，本文提供的试验数据均为未经换算的原始数据。

按照合同技术条款和美国工程师协会设计标准《Roller-Compacted Concrete》（EM 1110-2-2006）要求，骨料最大粒径不超过75mm，水泥用量不低于60kg/m3，总胶凝材料用量不低于180kg/m3，混凝土容重不低于2400kg/m3，VC值5s~10s，灰浆比（Paste-Mortar Rito）不低于0.40。其中灰浆比是判别碾压混凝土工作性能优劣的量化指标，国际工程普遍常用。

原材料情况

水泥

采用Maple Leaf生产的低碱水泥（相当于国内中热42.5水泥）。其中比表面积3262cm2/g，28d抗压强度30.6MPa（美国水泥标准试件为边长50mm立方体）。

矿粉

采用THATTA生产的矿粉。其中细度13.75%，比表面积5044cm2/g，28d强度活性指数为93.88%。由于生产厂家在巴基斯坦最南部的城市卡拉奇，本工程在东北部克什米尔地区，运输成本的增加使矿粉的综合单价要略高于水泥。所以从经济性角度考虑，尽量选择低掺矿粉。

外加剂

采用北京冶建萘系JG-3缓凝高效减水剂。掺量为胶凝材料用量的0.7%（减水率18.3%）。

人工砂

采用隧洞开挖料（砂岩）制人工砂。其中细度模数为2.7，属中砂，级配合格，但用于碾压混凝土用砂的关键参数石粉含量只有10.4%，低于国内推荐的12%~22%，且75μm含量也只有6.8%，低于美国标准要求的8%~18%。受砂石厂生产条件和石料品质因素影响，多次调整生产工艺并未有效提高人工砂中石粉和75μm含量。

碎石

采用隧洞开挖料（砂岩）制碎石。砂石厂生产的碎石最大粒径63mm，分成D19、D38和D63三级。其中针片状含量分别为6.7%、14.3%和19.8%；三种骨料级配要求全部合格（美国标准并无超逊径要求）。从针片状指标可以看出，骨料粒型较差。

拌和用水

采用生活饮用水。水质量满足拌和用水质量要求。

碾压混凝土配合比设计难点及设计思路

设计难点

从原材料检测成果看， 本工程的骨料质量低于国内水平，主要反映在人工砂石粉含量低，碎石针片状不理想等指标。这种现象在第三世界国家较为普遍，主要受地域限制，可利用骨料有限，就地取材是唯一解决料源途径。如何合理优化配合比，满足施工需要，使之能充分利用当地原材料是本次配合比设计的难点。

设计思路

按国内的配合比设计原则，主要进行以水胶比、单位用水量、掺和料掺量、砂率等配合比参数的正交试验。当石粉含量处于较低水平时，可采用掺和料等量替代和超量替代的方法予以解决。按美国的配合比设计原则，在无胶凝材料用量限制的情况下，首先根据标准中推荐的图表（图一）确定胶凝材料用量。本工程合同技术条款对胶凝材料限制为不低于180kg/m3，参考图一，180kg/m3针对的90d龄期抗压强度约为23MPa左右，从实际取得试验成果（24.4MPa）与理论值也较为接近。骨料级配比例和砂率通过计算获得，其计算后的全级配曲线需接近美国标准中理想曲线（表一）。本次配合比设计主要为解决石粉含量偏低的问题，拟采用增加胶凝材料用量方式解决，增加部分胶凝材料用量的计算未按照国内常用的等量替代或超量替代法，而是采用首先满足美国标准的全级配理想曲线为计算依据。单掺石粉的方案，从经济性、时间周期和可操作性方面均不如直接增加胶凝材料方案，故未采用。最终配合比参数的确定还需满足灰浆比不低于0.40的技术要求。

图一 胶凝材料用量与不同龄期抗压强度关系曲线

表一 碾压混凝土骨料全级配理想曲线值

碾压混凝土配合比设计方法及计算步骤

设计方法

本次配合比设计水胶比选择不作为重点，而是首先确定最终胶凝材料用量，其中包括最低胶凝材料用量和新增用于替代石粉的胶凝材料，由于监理只批准在技术条款限制的180kg/m3基础上新增胶凝材料，根据以往工程经验，混凝土强度肯定有较大富余，所以只需确定单位用水量满足VC值 5s~10s，不用选择多个水胶比进行试拌；矿粉掺量选择70%、67%、60%和50%四种；骨料级配比例参考国内30%:40%:30%，此时的碾压混凝土抗分离效果最好；砂率通过计算以满足碾压混凝土全级配理想级配曲线为依据。