新疆某水电站位于新疆维吾尔自治区尼勒克县境内，是以发电为主，兼顾灌溉和防洪，属大(I)型一等工程，电站装机容量460 MW，水库总库容25.3 亿m3，枢纽建筑物由混凝土面板、砂砾堆石坝、深孔泄洪洞、表孔泄洪洞、发电引水建筑物、发电厂房等建筑物组成。其中深孔泄洪洞洞身为圆拱直墙断面，洞身水平全长800.356 m，混凝土衬砌厚度为0.6～2.0 m，底板面层（厚20 cm）采用泵送硅粉混凝土，设计指标为C60F200W8。针对这一工程要求，进行深孔泄洪洞高强混凝土施工配合比设计试验，以期解决这一工程问题。
    1· 试验用原材料及其检验
    1.1 水泥
    水泥采用新疆巩留县阔尔吉南岗水泥厂生产的硅酸盐Ⅱ型42.5 等级水泥，其检验结果（见表1，2）满足国家标准要求。
              
    1.2 骨料
    试验用砂、石骨料均选用该工程砂、石骨料加工厂生产的C2 料场天然砂、砾石骨料，表3 的物性检验结果表明，砂细度模数为2.7，属中砂，颗粒级配曲线在Ⅱ区内，表明颗粒级配良好，卵石中16.0～19.0 mm 的颗粒含量偏少，砂砾石其它物性指标满足规范要求。
    1.3 硅粉
    硅粉是一种活性非常高的火山灰质混合材料，它的颗粒非常细，把它掺入混凝土可显著提高混凝土的强度、抗渗等性能，用硅粉配制高强抗冲耐磨混凝土在水工混凝土中已获得应用。此次试验采用内掺10%的遵义硅粉和新疆八钢硅粉进行了对比试验。
    1.4 外加剂和水
    根据以往工程经验，结合该工程深孔泄洪洞混凝土的具体技术要求（C60F200W8），通过外加剂的优选试验选用5 种高效减水剂：山西凯迪外加剂公司生产的KDNOF -1 高效减水剂、KDNOF-7 高强减水泵送剂和意大利马贝公司生产的SX14 高效减水剂、SR3 缓凝高效减水剂，河北石家庄外加剂公司生产的ZLG 高强泵送剂；两种引气剂：山西凯迪外加剂公司生产的KDSF 引气剂和河北石家庄外加剂公司生产的DH9引气剂。试验用水是施工现场饮用水。
    2· 混凝土配合比设计
    2.1 混凝土配合比设计原则
    混凝土的配合比设计采用绝对体积法进行计算，根据以往的工程应用经验，通过对混凝土施工用水泥、硅粉、砂石骨料、外加剂等原材料进行优选，在满足合同文件规定的强度等级、抗渗、抗冻等级等耐久性的前提下，优选出满足施工和易性要求的经济合理的混凝土施工配合比。
    2.2 混凝土配合比参数选择
    2.2.1 混凝土配制强度的确定
    依据DL/T5144-2001《水工混凝土施工规范》和DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》进行混凝土配合比设计。根据SL/T191-98《水工混凝土结构设计规范》及监理处下达的《新疆某水电站工程混凝土原材料及混凝土拌和生产质量及检验技术要求》中关于混凝土强度等级的规定，混凝土强度保证率为95%，其施工配制强度为：
    f 配=f 设+1.645σ
    式中：f 配—— —混凝土配制强度，MPa；f 设———混凝土设计强度等级，MPa；σ———混凝土强度标准差，MPa。
    C60 混凝土强度标准差为6.0，为缩短试验工期，此次混凝土配合比设计试验的强度龄期选为28 d，并由此计算出混凝土的配制强度为69.9（42.5 硅酸盐水泥）。
    2.2.2 水灰比的选择
    水灰比是混凝土最重要的技术参数，其值过小就会增加混凝土的单方水泥用量和收缩量、提高混凝土的工程造价，过大则难以满足混凝土强度及耐久性等的技术要求。根据以往工程施工经验并结合该工程特点，此次水灰比的选定除考虑混凝土的强度、抗渗、抗冻耐久性的等级外，还要考虑使用的水泥品种和标号、砂石骨料的质量、外加剂的品种及掺量等影响因素。依据确定的混凝土配制强度与灰水比关系公式进行设计水灰比的计算，计算公式如下：
    f 配=Afce （ C/W-B）
    式中：f 配—— —混凝土计划配制强度，MPa；fce———水泥强度等级，MPa；A，B———经验系数；C/W———灰水比。
    参考SD105-82《水工混凝土试验规程》，A，B系数取值分别为0.444，0.459，水灰比的计算结果为0.24，考虑到硅粉对混凝土有一定的增强作用，试验的水灰比控制在0.29～0.37 范围内，满足《水工混凝土施工规范》对混凝土最大水灰比限值的规定。
    2.2.3 骨料级配比例选择
    骨料级配对混凝土的和易性、强度和耐久性等都有较大影响，合理的石子级配应是在相同体积条件下混合料的比表面积小，空隙率小、水泥及砂子用量少、密实度大、强度高。根据以往采用不同级配比例进行小石与中石的掺配试验结果，利用最大密度法测算出每个配合比的紧密堆积密度，以紧密堆积密度最大的碎石组合作为碎石最优比例，确定小石与中石掺配比例为50∶50。
    2.2.4 砂率的选择
    砂率是砂占砂石总体积的百分率，最佳砂率是在满足和易性条件下，用水量最小时所对应的砂率。在固定水灰比的条件下选择3～5 个砂率进行混凝土试拌，根据坍落度大小选出最佳砂率，其它水灰比的最佳砂率按照一般规律进行调整确定。
    2.2.5 混凝土坍落度和最优用水量的选择
    此次深孔泄洪洞混凝土采用泵送法施工，通过试验及施工应用表明，天然砂石骨料的混凝土入泵坍落度控制在12～14 cm 范围内比较合理，同时考虑到施工运距过长，混凝土坍落度在运输途中的损失及掺加硅粉的混凝土稠度大、粘聚性好、保水性好等特点，所以设计混凝土出机口坍落度应比入泵坍落度增加2～3 cm。这样可使混凝土更富于塑性和流动性，石料与砂浆粘结牢固，可泵性好，浇注的混凝土质量优良。
    混凝土的用水量是判断混凝土配合比是否先进与经济的最基本的一项指标，降低混凝土用水量对减少混凝土的收缩、提高混凝土的抗渗抗冻耐久性是十分有利的。由于混凝土的单方用水量决定了混凝土中孔隙的多少，而混凝土中有害的毛细孔孔隙对混凝土的力学性能和耐久性的影响至为重要，因此在保证混凝土强度及耐久性的前提下，应尽量降低混凝土的用水量。
    2.2.6 引气剂掺量的选择
    寒冷及严寒地区有抗冻要求的混凝土应掺用引气剂，混凝土的含气量应控制在4%-6%。在深孔泄洪洞高强混凝土中掺用引气剂，一方面可以降低混凝土的水灰比，提高混凝土的含气量，改善掺加硅粉混凝土的和易性，提高混凝土的耐久性。同时深孔泄洪洞底板混凝土又要求具有高强高耐磨性能，掺用引气剂后，混凝土中气泡增加，混凝土含气量每增加1%，强度就降低5%左右，所以掺用引气剂会增加配制高强高耐磨混凝土的难度，因而引气剂的掺量必须适当。
    3· 试验结果及分析
    3.1 抗压强度试验结果分析
    由表4 可见，不同外加剂对硅粉混凝土的作用是不同的， 用山西凯迪外加剂公司生产的KDNOF-1 高效减水剂和意大利马贝公司生产的SR3 缓凝高效减水剂配制的泵送混凝土和易性好，混凝土抗压强度可以满足设计要求。
              
    3.2 混凝土的抗渗性
    硅粉本身是一种很细的火山灰质材料，掺入混凝土中不但可以和混凝土中的Ca (OH)2反应显著增加混凝土的强度，同时可以填充混凝土中的毛细孔使混凝土更加密实提高混凝土抗渗性。试验成型的混凝土抗渗标号均达到了W8 的技术要求。
    3.3 混凝土的抗冻性
    混凝土的抗冻性是以混凝土的抗冻等级来表示的。抗冻等级是以28 d 龄期的10 cm×10 cm×40 cm 水饱和混凝土试件在2~4 h 为一个冻融循环的快速冻融状态下所能承受的相对动弹性模数降低不超过40%、重量降低不超过5%的快速冻融循环次数来确定的，抗冻等级分为F25，F50，F100，F200，F300，F400 等各种等级。表5 的混凝土抗冻性试验结果表明，掺硅粉混凝土具有良好的抗冻性，可以达到F200 的设计要求。
               
    4· 推荐的混凝土配合比
    由于山西凯迪外加剂公司生产的KDNOF-1高效减水剂比意大利马贝公司生产的SR3 缓凝高效减水剂价格低廉，新疆八钢的硅粉比贵州遵义的硅粉运距小，在满足设计要求的前提下，选用山西凯迪外加剂公司生产的KDNOF-1 高效减水剂和新疆八钢的硅粉作为混凝土施工用材料，具体推荐的混凝土施工配合比：含气量4.8%，坍落度21.0 cm，水150 kg/m3，水泥450 kg/m3，硅粉50.0kg/m3，砂595 kg/m3，小石571 kg/m3，中石571kg/m3。
    通过采用满足国家标准要求的水泥、砂、石骨料和外加剂，合理选择混凝土配合比参数及经济技术指标，推荐的深孔泄洪洞高强泵送混凝土施工配合比可泵性好，可以满足设计使用要求。