2.2　配合比設計

“超貧膠結材料壩研究”中指出，超貧膠結材料是一種復雜的新型筑壩材料，其影響因素主要有水泥用量、粉煤灰摻量、水灰比、砂率、骨料級配、齡期等。且得出結論：①水灰比是影響超貧膠結材料配合比設計和技術性能的關鍵參數之一，超貧膠結材料水灰比最佳取值范圍為0.8～1.2。二級配超貧膠結材料水灰比取1.0，三級配超貧膠結材料水灰比取0.9。②砂率是影響超貧膠結材料配合比設計的另一個關鍵參數，超貧膠結材料的最優砂率為0.2。③超貧膠結材料使用425號水泥為好，水泥用量不宜大于80kg/m3，否則就失去其造價低的優勢。④超貧膠結材料應摻用粉煤灰，使用“超量取代法”進行配合比設計，粉煤灰取代水泥10%、超代系數20%，粉煤灰取代砂30%～50%時，超貧膠結材料強度最大、力學性能較好。

《膠結顆粒料筑壩技術導則》（SL 678—2014）對膠凝砂礫石材料配合比設計也提出了要求：①膠凝材料用量不宜低于80kg/m3，其中水泥熟料用量不宜低于32kg/m3。當低于以上值時應進行專門論證。②摻合料應根據水泥品種、水泥強度等級、摻合料品質、膠凝砂礫石設計強度等具體情況通過試驗確定。當采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、中熱或低熱硅酸鹽水泥時，粉煤灰和其他摻合料的總摻合量宜小于40%～60%。當采用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥時，粉煤灰和其他摻合料的總摻量宜小于30%。③水膠比應根據設計提出的膠凝砂礫石強度要求和砂礫石的特性確定，水膠比宜控制在0.7～1.3。④膠凝砂礫石中砂率宜為0.18%～0.35%。不滿足要求時，可通過增加膠凝材料用量或通過摻配砂料或石料調整級配。

為了達到試驗目的，試驗配合比的設計結合了“超貧膠結材料壩研究”成果，同時參照《膠結顆粒料筑壩技術導則》（SL 678—2014）的相關結論和要求進行。

（1）水泥用量。水泥是影響膠凝砂礫石材料力學性能的主要因素，因此研究不同水泥用量對材料特性的影響是膠凝砂礫石材料研究的焦點之一。根據“超貧膠結材料壩研究”水泥用量大于80kg/m3時，超貧膠結材料就失去了超貧的特點的結論，此次試驗制定水泥用量分別為70kg/m3、60kg/m3、50kg/m3和40kg/m3。

（2）粉煤灰摻量。粉煤灰是活性混合材料，在膠凝砂礫石材料中摻入一定量的粉煤灰，可以增大膠凝材料總量，改善膠凝砂礫石材料的施工性，提高膠凝砂礫石材料的強度，此次試驗結合“超貧膠結材料壩研究”的相關結論，并根據工程常見配比，讓膠凝材料總量（水泥和粉煤灰總量）控制在80kg/m3、90kg/m3和100kg/m3，變化粉煤灰摻量，研究粉煤灰摻量變化對強度的影響。此次試驗所用粉煤灰摻量分別為50kg/m3、40kg/m3、30kg/m3和20kg/m3。

（3）水膠比。水膠比是影響膠凝砂礫石材料配合比設計和技術性能的關鍵參數之一，參照“超貧膠結材料壩研究”的相關結論，水灰比是影響膠凝砂礫石材料抗壓強度和抗壓彈性模量的主要因素，當水灰比增大時，膠凝砂礫石材料的抗壓強度和抗壓彈性模量也隨之增大并出現峰值，隨后水灰比再增大時，膠凝砂礫石材料的抗壓強度和抗壓彈性模量反而減小，即存在“最優水灰比”。

根據《膠結顆粒料筑壩技術導則》（SL 678—2014）和原有試驗結果，膠凝砂礫石材料的最優水灰比取值范圍在0.7～1.3之間。在實際工程中，以國內目前正在建設的守口堡工程為例，使用的水膠比為1.58，大水膠比對于膠凝砂礫石材料力學性能的影響也應列入研究范圍。因此，此次試驗設定水膠比的取值主要為0.8、1.0、1.2、1.4以及少量的1.58配合比。

（4）砂率。砂率是影響膠凝砂礫石材料性能的另一個主要影響因素，砂率的大小會影響試件的密實性和材料的膠結性，進而影響材料強度；在同等強度情況下，影響著膠結材料的用量，從而影響材料的成本。

膠凝砂礫石材料是一種將膠凝材料和水添加到河床砂礫石材料或開挖廢棄料等在壩址附近易獲取的巖石基材中，然后利用簡易設備和工藝進行拌和后得到的新型筑壩材料。其最大的特點和優勢就是“根據當地材料特性，盡量不篩分，不改變級配，不配料”，砂率宜為當地料場原砂率。本書研究砂率的變化對強度的影響，為更多的實際工程提供指導意義，故根據《膠結顆粒料筑壩技術導則》（SL 678—2014）和原有試驗結果，此次在配合比設計時，砂率分別取0.1、0.2、0.3和0.4。

（5）粗骨料級配。在此次試驗中，定義粒徑介于5～20mm之間的石子為小石子，定義粒徑介于20～40mm之間的石子為中石子，定義粒徑介于40～80mm之間的石子為大石子，定義粒徑介于80～150mm之間石子的特大石子。石子級配比初選參照《水工混凝土試驗規程》（SL 352—2006），見表2.2-1。

（6）表觀密度。根據《膠結顆粒料筑壩技術導則》（SL 678—2014）和原有試驗結果，初選取值為2350kg/m3（此表觀密度，在試驗成型后復核，樣本最大波動不超過2%）。