水利水电技术第４４卷２０１３年第２期 水工隧洞衬砌混凝土配合比设计及应用 仇延林 ，侯文明 （１．辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳 １１０００６；２．东北送变电公司，辽宁沈阳 １１０００３） 摘要：结合工程实例详细叙述了水工隧洞衬砌混凝土的设计要求、原材料选择、配合比设计及其相 关试验调整等，从而使衬砌混凝土的内在质量有了较好的保证，外观质量也有了较大的提高。 关键词：水工隧洞；衬砌混凝土；混凝土配合比 中图分类号：ＴＶ６７２．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００—０８６０（２０１３）０２—００９９—０３ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｆｏｒ ｌｉｎｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｔｕｎｎｅｌ ＱＩＵ Ｙａｎｌｉｎ ，ＨＯＵ Ｗｅｎｍｉｎｇ （１．Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｒｕｎｚｈｏｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０００６，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ＆Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０００３，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ａｃｔｕａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃａｓｅ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｍｉｘｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｄｅｓｉｇｎ ｒ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｔｕｎｎｅｌ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｅｘｐａｔｉａｔｅｄ ｈｅｒｅｉｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｅｎｓｕｒｅｄ ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｍｏｒｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｔｕｎｎｅｌ；ｌｉｎｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｉｘｉｎｇ ｒａｔｉｏｎ 随着输调水工程的日益增多，水工隧洞的施工技 术和工法在水利工程方面也得到了巨大的发展。隧洞 ２混凝土原材料选择 衬砌混凝土质量也随着混凝土材料、施工工艺的发展 水泥：按我国《钢筋混凝土结构工程施工及验收 得到了提高。衬砌质量是隧洞质量好坏的重要标志， 规范》（ＧＢ ５０２０４－－－－９２）的规定，泵送混凝土的最小水 通过采用大型钢模台车和配套的混凝土运输、浇筑机 泥用量为３００ ｋｇ／ｍ 。水泥品种对混凝土拌和物的可 械及试验检测设备，选用适宜的混凝土原材料、合适 泵性有一定的影响，一般采用硅酸盐水泥，普通硅酸 的配合比，对提高衬砌混凝土的内在质量和外观质量 盐水泥最佳。 有着极大的作用。本文结合工程实例进行混凝土配合 骨料：粗细骨料的级配、粒径和形状对混凝土 比设计。 拌和物的可泵性有很大影响。当用碎石作为粗骨料 １ 隧洞衬砌混凝土设计要求 时，其最大粒径与输送管之比，宜小于１：３（泵送 高度小于５０ ｎ１），粗骨料应采用连续级配，针片状 施工要求：隧洞衬砌混凝土要求流动性大、可泵 颗粒含量不宜大于１０％；细骨料应采用中砂，粒径 性强、施工中不能堵管，应具有较好的泌水性、粘聚 在Ｏ．３１５ ｍｍ以下的细骨料所占的比例应不小于 性、和易性，塌落度应在１２０～１８０ ｍｍ。 １５％，最好达到２０％。 强度要求：一般情况下，水灰比与强度成反比。 拌和料：当泵送混凝土中水泥用量较少或细骨料 因此在配合比设计中，即要考虑施工要求，还要考虑 中通过０．３１５ ｍｍ筛孔的颗粒少于１５％时，掺加粉煤 强度的要求。 灰是很适宜的。 经济要求：配合比设计中还要考虑经济效益，在 强度与施工都满足要求的前提下，尽量减少水泥用 收稿日期：２０１２—１１－２０ 量。 作者简介：仇延林（１９７ｌ一），辽宁东港人，高级工程师。 ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．４４Ｎｏ．２ 仇延林，等∥水工隧洞衬砌混凝土配合比设计及应用 泵送混凝土中的外加剂：主要有减水剂、引气 剂，对于大体积混凝土结构，为防止产生收缩裂缝， 还可掺入适量的膨胀剂和缓凝剂。 验，应符合下列规定：（１）试配要求的抗渗水压值应 比设计值提高０．２ ＭＰａ；（２）试配时，宜采用水灰比 最大的配合比作抗渗试验；（３）掺引气剂的混凝土应 进行含气量试验。 ３．１．３抗冻要求 ３配合比设计 ３．１ 设计原则 ３．１．１ 一般要求 抗冻混凝土宜采用减水剂，对抗冻等级Ｆ１００及 泵送混凝土配合比设计，应符合国家现行标准 以上混凝土应掺引气剂。掺用后混凝土的最小含气量 为４．５％（长期处于潮湿和严寒环境中的粗骨料最大 粒径）。进行混凝土配合比设计时，还应增加抗冻融 性能试验。 《普通混凝土配合比设计规程》、《混凝土结构工程施 工验收规范》等有关规定。根据混凝土原材料、混凝 土运输距离、混凝土泵与混凝土输送管径、泵送距 离、气温等具体施工条件进行试配。 根据现场的具体泵送方式，人泵时混凝土的坍落 度为１００～１４０ ｍｍ（泵送高度３０ ｍ以下）；混凝土人泵 时的坍落度误差为４－３０ ｍｍ（所需坍落度＞１００ ｍｍ）； 混凝土拌和物制备后，在运输过程中出现的｝昆凝土 经时坍落度损失值在５～２５ ｍｍ（掺粉煤灰和木钙经 时１ ｈ；大气温度ｌ０—２０℃）。 泵送混凝土配合比设计时，泵送混凝土的用水量 与水泥和混凝土掺和料的总量之比不宜大于０．６。泵 送混凝土的砂率宜为３５％～４５％，最小水泥用量宜 为３００ ｋｇ／ｍ 。 泵送混凝土需掺适量￣＇ｂ／ＪＨ剂，并应符合国家现行 标准《混凝土泵送剂》的规定，外加剂的品种和数量 应由试验确定。不掺引气剂时，泵送混凝土的含气量 不应大于４％。掺粉煤灰时，还应符合《粉煤灰在混 凝土和建筑砂浆中应用技术规程》、《混凝土外加剂 应用技术规范》和《普通混凝土配合比设计规程》等有 关规定。 ３．１．２抗渗要求 抗渗混凝土所用原材料应符合下列规定：（１）粗 骨料宜采用连续级配，其最大粒径不宜大于４０ ｍｍ， 含泥量不得大于１．０％；（２）细骨料的含泥量不得大 于３．０％，泥块含量不得大于１．Ｏ％；（３）外加剂宜 采用防水剂、膨胀剂、引气剂，减水剂或引气减水 剂；（４）抗渗混凝土宜掺用矿物掺合料。 抗渗混凝土配合比的计算方法和试配步骤应遵守 下列规定：（１）混凝土中的水泥和矿物掺合料总量不 宜小于３２０ ｋｇ／ｍ ；（２）砂率宜为３５％一４５％；（３） 供试配用的最小水灰比为０．６（抗渗等级Ｗ６、Ｃ２０～ Ｃ３０混凝土）。 掺用引气剂的抗渗混凝土，其含气量宜控制在 ３％～５％。 进行混凝土配合比设计时，需增加抗渗性能试 １００ ３．２泵送Ｇ２５混凝土配合比计算 ３．２．１ 估算初步配合比 混凝土配制强度Ｆ 。＝３３．２２５ ＭＰａ。 确定水灰比Ｗ／Ｃ：采用Ｐ．０４２．５级水泥，按统 计资料，水泥强度Ｆ。 ＝５２．５ ＭＰａ，粗骨料采用碎石 时，回归系数 。＝０．４６， ６＝０．０７，则Ｗ／Ｃ１＝ＯＬ Ｆ ／ （Ｆ 叭ＯＬ Ｆ 。）＝０．６９；粗骨料采用卵石时，则回归系 数ＯＬ。＝０．４８， ６＝０．３３贝０ Ｗ／Ｃ２＝ 。Ｆ ／（Ｆ ．０＋ＯＬ。Ｆ ） ：０．６１。根据混凝土的最大水灰比和最小水泥用量 表，取Ｗ／Ｃ＝０．５５。 确定用水量 。和坍落度：细骨料采用中砂， 根据塑性混凝土的用水量表，拟定拌和物坍落度为 １７０ ｍｌｑ＇ｌ，则用水量为２１５ ｋｇ；掺引气减水剂时混 凝土用水量Ｗ。：１７６．３ ｋｇ。考虑混凝土人泵时 的坍落度为１００—１４０ ｍｍ，混凝土经时坍落度损 失值５～２５ ｍｍ（掺粉煤灰和减水剂，经时１ ｈ； 大气温度１ ０—２０ ｏＣ），故拟定拌和物坍落度为 １７０ ｍｌｌｌ。 计算水泥用量ｃ。：根据混凝土的最大水灰比和 最小水泥用量表，处于水中且经受冻害和高湿度且经 受冻害的钢筋混凝土最小水泥用量规定为２８０ ｋｇ，经 计算，Ｃ。＝Ｗｏ／（Ｗ／Ｃ）＝３２１ ｋｇ，故水泥用量符合规 定。 确定砂率ｓ ：根据混凝土的砂率表，对于中砂， 最大粒径为４０ ｍｍ的碎石，当水灰比为０．５５时，砂 率值的选用，按插入法计算大约为３０％～３８％，泵 送混凝土要求砂率为３５％～４５％，砂中０．３１５ ｍｉｌｌ以 下含量＞２０％，故选择砂率为３５％。 计算砂、石用量Ｓ Ｇ ：采用用体积法计算， 经计算，Ｓｏ＝６９６ ｋｇ，Ｇ０＝１ ２９３ ｋｇ。根据以上估 算，得出试验配合比Ｃｏ＝３２０ ｋｇ，Ｗ０＝１７６ ｋｇ，Ｓ ＝６９６ ｋｇ，Ｇ ＝１ ２９３ ｋｇ。 ３．２．２试验调整，确定试验室配合比 检验和易性，确定基准配合比：（１）称取３０ Ｌ混 水利水电技术第４４卷２０１３年第２期 仇延林，等∥水工隧洞衬砌混凝土配合比设计及应用 凝土拌和物所需要材料，水泥９．６３ ｋｇ，水５．２８ ｋｇ， 砂２Ｏ．８８ ｋｇ，碎石３８．７９ ｋｇ（５～１０ ｍｍ级配碎石占 ２２．３％；１０～２０ ｍｍ级配碎石占３８．５％；２０～４０ ｍｍ ５０ ——～ 曼４０ 、３Ｏ —————～－ 级配碎石占３９．２％），减水剂０．０９６ ｋｇ。（２）拌制 混凝土拌和物，做和易性试验，观察粘聚性与保水 性均较好，但坍落只有６０ ｍｍ左右，较要求的坍落 度小，应适当增加用水量（保持水灰比不变）当增加 ３０．２％的用水量及水泥引气减水剂后，坍落度为 １４８ ｍｍ，不符合要求。实测混凝土的体积密度Ｐ为 ２ ４７０ ｋｇ／ｍ 。（３）经检验，调整和易性后，试拌材 料用量分别为，水泥１２．５０ ｋｇ、水６．８７ ｋｇ、砂 ２Ｏ．８８ ｋｇ、５～１０ ｍｍ碎石８．６５ ｋｇ、１０～２０ ｍｍ碎 石１４．９３ ｋｇ、２Ｏ一４０ ｍｍ碎石ｌ５．２１ ｋｇ、引气减水 剂０．１２５ ｋｇ。拌和物总量Ｑ ＝７９．１６５ ｋｇ，由实测 混凝土的体积密度Ｐ ＝２ ４７０ ｋｇ／ｍ。，可得混凝土 各种材料量：水泥３９０ ｋｇ／ｍ 、水２１４ｋｇ／ｍ 、砂 ６５１ ｋｇ／ｍ 、５—１０ ｍｍ碎石２７０ ｋｇ／ｍ 、１０～２０ ｍｍ 碎石４６６ ｋｇ／ｍ 、２０—４０ ｍｍ碎石４７５ ｋｇ／ｍ 、引气 剂３．９０ ｋｇ／ｍ 。后经过增加水泥浆量，混凝土的坍落 度为１６８ ｍｍ，符合要求。增加后的水泥用量为４０６ ｋｇ／ ｎｌ ，拌和水为２２３ ｋｇ／ｍ ，引气减水剂为４．０９ ｋｇ／ｍ ， 实测密度为２ ４９５ ｋｇ／ｍ 。校正系数０．９９１ ６，校正后 的混凝土各种原材料用量：水泥４０３ ｋｇ／ｍ’、拌和水 ２２１ ｋｇ／ｍ 、砂６４６ ｋｇ／ｍ 、５～１０ ｍｍ碎石２６８ ｋｇ／ ｍ 、１０～２０ ｍｍ碎石４６２ ｋｇ／ｍ 、２０—４０ ｍｍ碎石 ４７１ ｋｇ／ｍ 、引气减水剂４．０６ ｋｇ／ｍ 。拌和物的各项 指标均符合要求，此混凝土配合比为基准配合比。 确定试验室配合比：配制三种不同水灰比的混凝 土、并制作三组试件。一组水灰比为０．５５，另外两 组水灰比分别为０．５及０．６。试件经标准养护２８ ｄ， 进行强度试验、抗渗试验、抗冻试验，得出各配合比 混凝土试件的强度分别为３６．６ ＭＰａ、３９．１ ＭＰａ、 ３４．５ ＭＰａ（见图１）。经过强度试验，抗渗试验，抗冻 性试验，选定水灰比为０．５５的基准配合比为试验室 配合比。 ４０ ３９ ＼ ３８ ＼ ＼３７ 、‘、 ３６ 驻３５ ＼ —、１ 燕３４ ３３ ３２ Ｏ ５５ 水灰比ｗ／ｃ 图１ 掺引气减水剂混凝土实测强度与水灰比关系曲线 根据经验选择的掺有粉煤灰混凝土配合比：经 水利水电技术第４４卷２０１３年第２期 氍２０ 豢ｌＯ Ｏ ｏ ４７ ｏ ５２ 水胶比ｗ／（ｃ＋ 图２掺高效减水剂粉煤灰混凝土实测强度与水胶比关系曲线 过校正后得到基准配合比混凝土的原材料用量为， 水泥３５５ ｋｇ／ｍ 、砂６４８ ｋｇ／ｍ 、５～４０ ｍｍ碎石 １ ２０５ ｋｇ／ｍ 、拌和水１９６ ｋｇ／ｍ 、Ⅱ级粉煤灰６３ ｋｓ／ Ｉｎ 、高效减水剂４．２６ ｋｇ／ｍ 。配制三种不同水灰比 的混凝土、并制作三组试件。一组水胶比为０．４７， 另外两组水胶比分别为０．４２及０．５２。试件经标准 养护２８ ｄ进行强度试验、抗渗试验、抗冻试验、得 出各配合比混凝土试件的强度分别为４１．１ ＭＰａ、 ４６．１ ＭＰａ、３５．２ ＭＦ＇ａ（见图２）。经过强度试验、抗 渗试验、抗冻性试验，选定水胶比为０．４７的基准 配合比为试验室配合比。 ４结论 上述配合比设计，成功地应用于实际工程中，保 证了工程质量，满足了工程施工要求，为衬砌混凝土 质量的提高取得了许多经验。但是不同的工程，其原 材料、施工工艺、外界环境等的不同，影响着混凝土 配合比的选用，因此，必须根据自身工程的特点，选 择适合的配合比，来满足工程要求。 （责任编辑陈小敏） １０１