1工程概况
村水库是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电、改善河道基流等综合利
用的大（2）型水利枢纽，工程位于黄河一级支流沁河最后一段峡谷出口处，下距五龙口水文站约9km，属河南省济源市克井镇，是控制沁河洪水、径流的关键工程，也是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。坝址控制流域面积9223km2，占沁河流域面积的68.2%，占黄河小花间流域面积的34%。1#泄洪洞为城门洞型，典型洞身断面9.0m×13.5m（宽×高），洞身纵坡2.338%，洞身衬砌结构伸缩缝分段长度为8m～12m。
2主要技术指标
(1) 混凝土强度 。根据设计要求 , 为提高泄洪建筑物在高水头、高含沙、高流速条件下的抗冲磨和抗空蚀能力，设计采用龄期90d、强度等级为C50的高性能混凝土浇筑衬砌 ,即受水流冲刷部位采用外掺NSF硅粉混凝土 , 达到C9050W6F100标号 ,并具有抗冲磨性能 。
(2) 表面要求 。平滑 ,无裂缝现象 。
3 抗冲磨混凝土配合比设计方案
为了满足泄洪洞抗冲磨混凝土抗冲磨、平整度、温控这方面的要求， 村水库泄洪洞工程配合比设计采用了硅粉剂+粉煤灰+引气剂、硅粉+膨胀剂+粉煤灰+缓凝型减水剂+引气剂+粉煤灰两套设计方案。
从理论上讲，高强混凝土耐久性能高，强度和耐久性并不矛盾。然而，高标号混凝土强度的提高必将使单位混凝土的水泥用量增加及水泥浆量增加以及混凝土内部温度升高。因此 村水库泄洪洞工程配合比方案需要针对强度、抗冲磨、平整度、温控与防裂等方面的技术要求，采取不同掺量的硅粉、粉煤灰、膨胀剂(硅粉剂、粉煤灰)的对比试验，找出硅粉、粉煤灰(硅粉剂、粉煤灰)的最佳掺量，使其既能满足工程的各项技术指标，又能满足泄洪洞工程现场泵送施工。
为了满足泄洪洞工程温控与防裂的要求，本工程的配合比设计方案粉煤灰掺量为25%，主要是为了论证高掺粉煤灰能否满足混凝土抗冲耐磨性能的同时，最大限度的利用粉煤灰的优势，减水混凝土需水量，减低胶材用量，从而有效的降
低混凝土水化热，减低温控压力。 3.1 原材料
本工程混凝土配合比试验所用水泥为焦作市岩鑫水泥有限责任公司生产的P.O42.5水泥。粉煤灰为Ⅰ级优质粉煤灰，厂家为华能沁北电厂济源五龙实业总公司及焦作电厂。NSF硅粉剂是由南京水利科学研究院承担的国家“七五”攻关项目和水利部、能源部重点项目优秀科研成果转化而成的高科技产品。,成分主要由硅粉组成 , 含有一定的高效减水剂和膨胀剂 ,能够大大提高混凝土强度并具抗冲磨性能 。NSF 硅粉剂混凝土具有泌水率小，干缩性大的特性 ,易使混凝土表面产生开裂 。NSF硅粉剂混凝土的水泥用量较普通混凝土少 ,可以降低水化热的危害 。
混凝土用骨料包括粗骨料和细骨料(砂)。本次试验粗骨料为碎石，细骨料为天然砂。
引气剂为北京瑞帝斯建材有限公司生产的FAC-4型引气剂,掺量为0.8/万～4/万
混凝土的拌和用水符合饮用水标准的水均可用于拌和与养护混凝土。 3.2 配合比试验
配合比按照美国混凝土协会ACI 211．1—92设计。其要点是：① 选择满足合同技术要求的水胶比；② 混凝土各组分级配按ACI及ASTM 相关标准最佳级配线计算选配；③ 依据混凝土强度等级和泵送施工要求确定用水量；④ 通过计算和试配确定硅粉、粉煤灰和外加剂的最佳掺量。
本次混凝土配合比设计采用绝对体积法。
3.2.1 C9050W6F100二级配混凝土配合比设计（掺NSF硅粉剂）
C9050W6F100二级配混凝土配合比试配
试配 编号 C50-1-1 C50-1-2 C50-1-3 粉煤灰水胶比 掺量(%) 0.30 0.35 0.40 25 25 25 引气剂掺量(%) 0.020 0.020 0.020 NSF硅砂粉剂掺率量(%) (%) 13 13 13 水 水泥 368 310 268 粉煤灰 148 125 108 每立方米混凝土材料用量(kg/m3) NSF硅粉剂 77.1 65.0 56.2 砂 533 563 596 石 997 1054 1115 引气剂 0.119 0.100 0.087 36 178 36 175 36 173 试配结果及分析
C9050W6F100二级配混凝土配合比试配结果 试配编号 C50-1-1 C50-1-2 C50-1-3 坍落度含气量28天劈裂抗拉强度 28天抗压强度 90天劈裂抗拉强90天抗压强度 (mm) （%） (MPa) (MPa) (MPa) 度 150 175 154 4.4 4.4 4.3 4.0 3.3 3.0 55.9 48.8 44.8 4.1 3.5 3.2 65.7 58.4 54.2 C9050W6F100二级配混凝土90d抗压强度与胶水比回归分析表
试验编号 C50-1-1 C50-1-2 C50-1-3 水胶比 0.30 0.35 0.40 胶水比 3.33 2.86 2.50 90天抗压强度 (MPa) 65.7 58.4 54.2 线性回归 参数取值 计算结果 抗压强度（MPa）y= 13.883x+19.218(x：胶水比，y：90天抗压强度)，相关系数0.9948 y=59MPa 1/x=0.35 706560555045402.30y = 13.883x + 19.218R2 = 0.99482.502.702.903.103.303.50胶水比
C9050W6F100二级配混凝土90天抗压强度与胶水比关系图
根据混凝土90天抗压强度与胶水比的线性回归(见图4.1-1，表4.1-3)公式：y= 13.883x+19.218 (x：胶水比，y：90天抗压强度)，相关系数0.9948，按配制强度59MPa考虑，计算得出水胶比为0.35，因此选定水胶比为0.35。
耐久性能试验
试验成果见表
C9050W6F100二级配混凝土配合比耐久性能试验结果
试配 编号 C50-1-3 F100，90d抗冻性能 质量损失率（%） 抗含砂水流冲刷性能 W6抗渗性相对动弹模抗冲磨强度 磨损率 能 量（%） （h/（g/cm2）） （g/（h·cm2）） ≥W6
C9050W6F100二级配混凝土早期抗裂试验结果 每条裂缝的平均开裂面积 （mm2） 6.71 单位面积的裂缝数目 （条/ m2） 6.2 单位面积上的总开裂面积（mm2/ m2） 42 7.76 0.13 3.2.2 C9050W6F100二级配混凝土配合比设计（掺硅粉、膨胀剂）
本次混凝土配合比设计粗骨料采用汇丰砂石料场生产的人工碎石，细骨料采用汇丰砂石料场生产的天然砂。
C9050W6F100二级配混凝土配合比试配
粉煤减水剂 引气硅粉 膨胀每立方米混凝土材料用量(kg/m3) 试配 水胶砂率灰掺掺量 剂掺掺量剂掺(%) 水 水泥 粉煤硅粉 膨胀砂 石 减水引气编号 比 量(%) 量(%) 量灰 剂 剂 剂 (%) (%) (%) C50-2-1 0.30 25 1.5 0.020 8 10 35 179 340 149 47.7 59.7 501 978 8.950 0.119 C50-2-2 0.35 C50-2-3 0.40 25 25 1.5 0.020 8 1.5 0.020 8 10 10 35 174 283 124 39.8 49.7 543 1061 7.457 0.099 35 172 245 108 34.4 43.0 570 1115 6.450 0.086 3.2.2 试配结果及分析
C9050W6F100二级配混凝土配合比试配结果 坍落含气量试配编号 度（%） (mm) C50-2-1 C50-2-2 C50-2-3 28天 劈裂抗拉强度 (MPa) 3.3 2.9 2.4 28天 抗压强度 (MPa) 50.7 43.8 37.7 90天 劈裂抗拉强度 (MPa) 3.6 3.2 2.8 90天 抗压强度 (MPa) 63.5 57.8 48.4 151 150 155 4.0 3.9 4.3 C9050W6F100二级配混凝土配合比90d抗压强度与胶水比回归分析表 试验编号 C50-2-1 C50-2-2 C50-2-3 水胶比 0.30 0.35 0.40 胶水比 3.33 2.86 2.50 90天抗压强度 (MPa) 63.5 57.8 48.4 线性回归 参数取值 计算结果 y= 17.788x+5.0392 (x：胶水比，y：90天抗压强度)，相关系数0.9512 y=59MPa 1/x=0.33
C9050W6F100二级配混凝土90天抗压强度与胶水比关系图
根据混凝土90天抗压强度与胶水比的线性回归公式：y= 17.788x+5.0392 (x：胶水比，y：90天抗压强度)，相关系数0.9512，按配制强度59MPa考虑，计算得出水胶比为0.33，因此选定水胶比为0.33。
C9050W6F100二级配混凝土配合比耐久性能试验结果 试配 编号 C50-2-3 F100，90d抗冻性能 质量损失率（%） 抗含砂水流冲刷性能 W6抗渗性相对动弹模抗冲磨强度 磨损率 能 量（%） （h/（g/cm2）） （g/（h·cm2）） ≥W6 C9050W6F100二级配混凝土早期抗裂试验结果 每条裂缝的平均开裂面积 （mm2） 5.33 单位面积的裂缝数目 （条/ m2） 8.3 单位面积上的总开裂面积（mm2/ m2） 44 7.22 0.14 3.3 混凝土试验最终配合比
HF每立方米材料用量(kg/m3) 粉NSF 膨减水 硅外砂试验 煤硅粉胀水引气剂 粉NSF 减 胶 粉 加率 水膨胀编号 灰 剂剂剂 (%) 煤硅粉硅粉 砂 石 水 (%) (%) 水 比 剂泥 剂 (%) (%) (%) (%) 灰 剂 剂 (%) C50-1 0.35 25 13 C50-2 0.33 25 / / / / / 0.020 42 160 283 114 59.4 / / / 699 1017 / 引 气 剂 0.091 8 10 / 1.5 0.020 35 177 306 134 42.9 53.6 525 1027 8.045 0.107 配合比试验研究表明，采用硅粉剂+粉煤灰+引气剂、硅粉+膨胀剂+粉煤灰+缓凝型减水剂+引气剂+粉煤灰两套设计方案均能满足设计要求。 村水库泄洪洞项目抗冲磨混凝土配合比最终采用内掺硅粉剂+粉煤灰+引气剂的的施工方案。
4 C9050抗冲磨混凝土的运用
村水库泄洪洞工程C9050抗冲磨混凝土在施工中已得到大量运用，取得了不错的效果。
4.1 硅粉剂的掺量最佳掺量
硅粉剂掺量因混凝土技术要求不同而不同。硅粉剂成分主要由硅粉组成 , 含有一定的高效减水剂和膨胀剂，研究结果表明，硅粉剂对混凝土用水量较为敏感，随着硅粉剂掺量的增大，掺加高效减水剂量同时增大，当硅粉掺量增加到一定程度时混凝土性能反而降低，因此，掺加的硅粉剂为相对最佳掺量时，才能显著改善混凝土的性能。结合该工程C50高性能混凝土配合比的试拌及应用情况，考虑到高效减水剂用量的限制，并利用粉煤灰可提高混凝土后期强度之优点，从经济技术指标综合分析，选择13％ 左右的硅粉剂掺量来配制工程所需的高性能混凝土是可行的，掺量过大反而不利。硅粉掺量为升高时，虽然有利于提高混凝土强度，但由于硅粉用量和高效减水剂用量的增加大大加速了水泥早期的水化，因而也加大了混凝土出现早期裂缝的可能。此外，由于硅粉掺量增加，加大了混凝土的粘聚力，也给泵送施工造成了一定困难。在高性能混凝土中，硅粉起水化产物核心作用，这一性能的发挥需要硅粉在水泥浆体中的良好分散来得到保证。 4.2．抗冲磨混凝土的裂缝问题
从理论上讲，高强混凝土耐久性能高，强度和耐久性并不矛盾。然而，高标号混凝土强度的提高必将使单位混凝土的水泥用量增加及水泥浆量增加，这不仅
使混凝土的水化热和收缩增加，而且内部结构形成的速率大于抗拉强度的增长速率，即高强混凝土弹性模量的增长大于抗拉强度的增长，比一般混凝土要快，因此，高强混凝土的早期抗裂性比一般的混凝土要差，强度提高的同时，弹性模量也随之有更大的增长。在相同的收缩应变下，内部则产生更大的拉应力。从混凝土技术的发展角度来讲，大体积高强混凝土的运用无疑是技术进步，但所带来的增加混凝土裂缝的可能性也不容忽视。
泄洪洞混凝土几乎全部为泵送施工的混凝土。要满足规定温控和防裂的要求，必须降低水泥等胶凝材料的用量，这和要求混凝土高强度相矛盾；既要混凝土强度高，又需要混凝土温升低。依靠增加水泥、硅粉的用量来提高泵送混凝土强度，这将增加混凝土的温升，可能造成裂缝的增加，从而影响结构安全与耐久性。NSF硅粉剂中复合了一定数量的膨胀剂，依靠膨胀剂本身的化学反应或与水泥其他成分反应，在混凝土硬化过程中产生一定的限制膨胀补偿混凝土硬化过程中的干缩、冷缩。膨胀混凝土在限制条件下，在混凝土中建立一定的预应力，改善了混凝土的内部应力状态，从而提高了它们的抗裂能力。 在水泥硬化过程中，膨胀结晶体起到填充、切断毛细孔缝作用，使大孔变小孔，总孔隙率减少，从而改善了混凝土的孔结构，提高了混凝土的抗渗透性和力学性能。
5 结 语
经过了大量的生产实践和验证试验，C50泵送硅粉混凝土在 村水库泄洪洞工程取得了成功地运用。体会如下：
①选用水泥等级应不低于42.5MPa；特别是应选用低碱含量、低水化热的水泥品种。
②粗骨料最大粒径应小于等于40mm，宜用或多用人工碎石，增加骨料表面与水泥的胶结能力。
③在水灰比一定的情况下，采用硅粉剂、粉煤灰双掺不仅可以最大限度地代替水泥，降低水化热，而且能够克服单掺粉煤灰混凝土早期强度降低和单掺硅粉混凝土早强但后期强度增长缓慢的缺点
④宜掺用20％左右的粉煤灰，硅粉剂掺量以13％～15％为宜；用7天或28天龄期控制早期强度，将强度设计龄期定为90天或如天或者更长。
泵送混凝土的流动性测试，建议采用坍落度与扩散度相结合的测试方法评
估其和易性。
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