趙志欽，　汪亞橋，　王 剛

(工程兵學(xué)院道路橋梁系,江蘇 徐州 221004)

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自密實(shí)堆石混凝土在填海筑島中的應(yīng)用可行性研究

趙志欽，汪亞橋，王 剛

(工程兵學(xué)院道路橋梁系,江蘇 徐州 221004)

利用自密實(shí)混凝土充填堆石體，充分發(fā)揮自密實(shí)混凝土免振搗、高流動(dòng)性等特點(diǎn)即可得到自密實(shí)堆石混凝土。堆石混凝土是當(dāng)前大體積混凝土施工中逐漸開(kāi)始采用的一種方法，由于膠材總用量降低、水化熱低、施工簡(jiǎn)便的特性，在相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用已日趨廣泛。針對(duì)當(dāng)前我國(guó)在南海開(kāi)展填海筑島的迫切需求，通過(guò)梳理堆石混凝土當(dāng)前研究及工程應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)其在島礁填海筑島上的應(yīng)用進(jìn)行了有益探討，并建議對(duì)堆石混凝土提高耐久性、改善過(guò)渡區(qū)界面性能、細(xì)化施工工藝參數(shù)等方面開(kāi)展進(jìn)一步研究。

自密實(shí)混凝土；堆石混凝土；填海筑島

自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete，以下簡(jiǎn)稱SCC)，是一種低水膠比的高性能混凝土，具有高流動(dòng)性、粘聚性和抗離析性，在自重作用下能夠無(wú)須振搗或稍經(jīng)振搗就能自動(dòng)流平并充滿模型和包裹鋼筋[1]，如圖1。由于SCC中一般會(huì)摻入粉煤灰、礦粉等礦物摻和料，通過(guò)膠凝材料顆粒級(jí)配的優(yōu)化及“二次水化”反應(yīng)等作用，能夠提高砼密實(shí)度。

圖1　SCC擴(kuò)展度試驗(yàn)

自密實(shí)堆石混凝土(Rock-Filled Concrete，簡(jiǎn)稱RFC)是通過(guò)首先堆積粒徑滿足工程要求的料石，形成具有一定空隙率的料石堆石體，再澆筑SCC填充堆石體的空隙，得到的一種大粒徑粗骨料混凝土，見(jiàn)圖2。

1 國(guó)內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 RFC的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

安雪暉、金峰等[1]在國(guó)內(nèi)第一次提出利用SCC填充堆石體，硬化后SCC與堆石體形成整體，即RFC，通過(guò)開(kāi)展RFC現(xiàn)場(chǎng)填充試驗(yàn)，進(jìn)一步確認(rèn)了SCC在堆石體中依然保持高流動(dòng)特性，填充效果好。石建軍等[2]通過(guò)從RFC塊體中切割試驗(yàn)試樣，研究RFC的劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：①RFC的劈裂抗拉強(qiáng)度比同強(qiáng)度的普通混凝土(Normal Concrete，以下簡(jiǎn)稱NC)高，大約是抗壓強(qiáng)度的1/17～1/12；②RFC的抗折強(qiáng)度平均約為2.4 MPa。王海超、孫利敏等[3]對(duì)RFC進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬來(lái)研究它的力學(xué)性能，開(kāi)展了大尺寸RFC試塊的力學(xué)性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，RFC的抗壓強(qiáng)度不低于相應(yīng)的自密實(shí)混凝土(SCC)與普通混凝土(NC)的強(qiáng)度。數(shù)值模擬結(jié)果表明堆石體與SCC的界面最薄弱，開(kāi)裂可能性較大。

圖2　澆筑完成后的RFC

1.2 RFC的應(yīng)用現(xiàn)狀

堆石混凝土技術(shù)已在國(guó)內(nèi)大量工程中應(yīng)用成功，并且取得了良好的效果。例如在北京軍區(qū)蓄水工程、河南寶泉抽水蓄能電站、貴州石龍溝、新疆217國(guó)道等實(shí)際工程中成功應(yīng)用[4-8]。

新疆大學(xué)、清華大學(xué)等[5-7]進(jìn)行了RFC的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明，使用I級(jí)自密實(shí)混凝土，成型后的堆石混凝土的密實(shí)度非常高，工作性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，無(wú)離析、泌水現(xiàn)象發(fā)生，力學(xué)性能和耐久性能較高。

陶淼等[9]參與了枕頭壩水電站建設(shè)，通過(guò)探討性應(yīng)用“堆石混凝土大壩施工方法”，通過(guò)對(duì)施工流程、配合比設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)一步優(yōu)化了堆石混凝土的應(yīng)用方法，并對(duì)堆石入倉(cāng)、模板等提出了針對(duì)性要求以更好滿足堆石混凝土的性能。最后，通過(guò)對(duì)芯樣進(jìn)行整體分析評(píng)價(jià)和飽和濕容重檢測(cè)，各芯樣的密實(shí)度均較好，無(wú)明顯缺陷，卵石與混凝土粘結(jié)良好。烏東德水電站施工中(2014年)通過(guò)應(yīng)用RFC，將工期由原計(jì)劃的90 d縮短到56 d，節(jié)約成本290萬(wàn)元，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果明顯[10]。在寶泉抽水蓄能電站施工中[4]，根據(jù)RFC施工工藝和現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，經(jīng)單價(jià)分析比較，C10的RFC比NC混凝土綜合單價(jià)每m3低40元，節(jié)約成本16%，經(jīng)濟(jì)效益很高，應(yīng)用前景廣闊。

2 填海筑島的必要性分析

當(dāng)前在世界海洋安全環(huán)境日益復(fù)雜的形勢(shì)下，海疆爭(zhēng)端主要表現(xiàn)在主權(quán)和經(jīng)濟(jì)利益爭(zhēng)議上，近幾年我國(guó)在黃巖島、釣魚(yú)島以及南沙島礁等主權(quán)歸屬問(wèn)題上與周邊國(guó)家產(chǎn)生了不少矛盾，引起了某些國(guó)家的強(qiáng)烈反應(yīng)，要保證主權(quán)完整必須在相關(guān)海域保持實(shí)際力量的存在才能應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的各種情況，我國(guó)已在南沙赤瓜礁、美濟(jì)礁和永暑礁等進(jìn)行了一定規(guī)模的工程建設(shè)，修建了人工島、機(jī)場(chǎng)跑道和港口碼頭等附屬設(shè)施，引起了某些國(guó)家的不滿。這一方面說(shuō)明，某些國(guó)家對(duì)我島礁在建工程十分忌憚，擔(dān)心隨著這些在建人工島規(guī)模的擴(kuò)大，會(huì)有成為軍事基地的可能，如果我國(guó)宣布南海防空識(shí)別區(qū)，就會(huì)逐步掌控南海全部海域；另一方面，也告訴我們必須以更堅(jiān)定的決心將基建工程完成，不為干擾所困，要加大投入力度，加快建設(shè)速度，盡快形成戰(zhàn)斗力，為我國(guó)在南海的主權(quán)、利益保駕護(hù)航。以永暑礁為例，其位于南沙群島中部，九章群礁和尹慶群礁的中點(diǎn)，在太平島至南威島的中途，位于南海中央航線和南華水道交匯處，西北距金蘭灣約250海里(1海里=1.852 km)，距離菲律賓、越南、馬來(lái)西亞均在戰(zhàn)機(jī)1 h航程內(nèi)，地理位置非常關(guān)鍵?，F(xiàn)在我國(guó)正在永暑礁按照計(jì)劃進(jìn)行相關(guān)填海工程，據(jù)媒體報(bào)道，現(xiàn)有面積在8 km2左右，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。美軍的迪戈加西亞島軍事基地，面積高達(dá)27 km2，一條3.6 km的跑道可以起降任何戰(zhàn)機(jī)。我國(guó)在永暑礁的筑島工程引起了一些東南亞國(guó)家和美國(guó)的高度關(guān)注，只有進(jìn)一步加快筑島速度，才能保障南海權(quán)益。

3 堆石混凝土應(yīng)用可行性分析

RFC已經(jīng)在國(guó)內(nèi)有了大量的工程應(yīng)用，尤其是在水利水電工程方面，設(shè)計(jì)院、施工方均積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)。RFC以下列幾個(gè)特點(diǎn)奠定了其在海上填海筑島應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)地位：

(1)施工速度快、水化熱低，溫控容易、施工質(zhì)量高。RFC的主要施工工藝為堆石入倉(cāng)和自密實(shí)混凝土澆筑，沒(méi)有普通混凝土的振搗過(guò)程，工藝簡(jiǎn)化；RFC的粗骨料采用堆石，粒徑大，單位體積SCC用量少。一方面在提高施工速度的同時(shí)可以有效降低混凝土絕熱溫升，簡(jiǎn)化溫控措施；另一方面也使得質(zhì)量控制相對(duì)容易。這一點(diǎn)對(duì)于海上作業(yè)尤其重要，海上極易受風(fēng)浪、暴雨、臺(tái)風(fēng)等極端天氣的影響，較高的施工速度是工程順利建設(shè)的保證。

(2)造價(jià)低。石料利用率高，通過(guò)合理篩分，大粒徑料石形成堆石體，小粒徑石料做SCC骨料。RFC通?？障堵蕿?0%，所以單位體積的RFC的SCC用量?jī)H為40%左右，料石單價(jià)一般為SCC的1/7～1/5，按照空隙率為40%計(jì)算，可以得到RFC的造價(jià)為SCC的65.7%～68%，有效降低了造價(jià)。

(3)施工工藝成熟?，F(xiàn)有RFC施工工藝主要包括六個(gè)部分：堆石的選取、清理倉(cāng)面和清洗石塊、支立模板與砌筑石墻、堆石入倉(cāng)、SCC生產(chǎn)與澆筑、連續(xù)循環(huán)施工實(shí)現(xiàn)多層澆筑。上述施工工藝簡(jiǎn)單流暢，能夠大幅度提高素混凝土的施工效率、縮短建設(shè)工期，降低施工人員和機(jī)械作業(yè)量，使得施工現(xiàn)場(chǎng)管理更加明晰。

4 存在的問(wèn)題和下一步的研究方向

混凝土暴露于海洋環(huán)境下，會(huì)因?yàn)槎喾N因素的綜合作用而劣化：海水成分對(duì)水泥水化產(chǎn)生的化學(xué)作用，堿—骨料反應(yīng)，鋼筋或預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中埋設(shè)鋼筋的銹蝕以及波浪和漂浮物的沖刷等。以上任何一個(gè)原因?qū)炷恋那治g作用都會(huì)增大其滲透性，這不僅會(huì)使混凝土更容易受到同一破壞介質(zhì)的作用，更容易導(dǎo)致其他類型侵蝕作用的發(fā)生[11]。

(2)堆石粗骨料與SCC界面過(guò)渡區(qū)的結(jié)構(gòu)、性能與改性研究。由于SCC膠材總用量大，水膠比低，因而SCC的自收縮、干縮等有可能增大，所以SCC與預(yù)先堆積的大粒徑巖石之間的界面過(guò)渡區(qū)內(nèi)可能會(huì)有裂縫富集，導(dǎo)致RFC綜合性能下降。探討RFC的界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)與SCC性能參數(shù)之間的關(guān)系，改善RFC界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)，是提高RFC綜合性能的有效途徑。

(3)施工工藝細(xì)化研究。深入研究SCC在RFC中的流動(dòng)狀態(tài)，因?yàn)槎咽瘜雍穸?、堆石層空隙率與SCC注入難易程度密切相關(guān)，可以通過(guò)對(duì)SCC流變特性研究，進(jìn)一步細(xì)化施工工藝參數(shù)，為后期實(shí)現(xiàn)預(yù)期性能提供可靠保障。

(4)總結(jié)已有海工建筑的腐蝕劣化類型，提出解決方案。重點(diǎn)研究挪威、美國(guó)的遠(yuǎn)海結(jié)構(gòu)物以及國(guó)內(nèi)海岸和近海結(jié)構(gòu)在海水腐蝕下的劣化現(xiàn)狀，分析滲透性與耐久性的聯(lián)系，提出RFC在填海筑島中應(yīng)用的具體解決措施。

[1]金 峰,安雪暉,石建軍,等.堆石混凝土及堆石混凝土大壩[J].水利學(xué)報(bào),2005(11):78-83

[2]石建軍,張志恒,金 峰,等.自密實(shí)堆石混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007(S1):3231-3236

[3]王海超,孫利敏.再生大骨料自密實(shí)堆石混凝土力學(xué)性能研究[J].混凝土,2013(8):137-139

[4]韓 健,張彩雙,盧 玲,等.堆石混凝土技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)(下半月),2013(12):354-355，357

[5]黃綿松,周 虎,安雪暉,等.堆石混凝土綜合性能的試驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2008(2):206-211

[6]吳永錦,劉 清.C20自密實(shí)混凝土在堆石混凝土中的應(yīng)用[J].混凝土,2010(3):117-120

[7]丁照祥.RFC技術(shù)在新疆山口電站圍堰施工中的應(yīng)用實(shí)踐[J].人民長(zhǎng)江,2012(24):35-38

[8]高俊青.堆石混凝土施工技術(shù)在新疆鐵路及公路擋土墻工程中的應(yīng)用[J].混凝土,2009(2):123-125

[9]陶 淼,崔鵬飛,魏雄偉.堆石混凝土在水電站尾水擋墻中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江,2014(24):30-33

[10]付紅波.堆石混凝土在烏東德水電站導(dǎo)流圍堰中的應(yīng)用[J].西北水電,2015(2):56-59

[11]KUMAR P，MEHAT P J.Concrete microstructure,properties and materials[M].New York:McGraw-Hill Companies,2005

On the Application of the Self-Compacted Rock-Filled Concrete to Reclamation Works

ZHAO Zhiqin,WANG Yaqiao,WANG Gang

(Road and Bridge Department of the Institute of the Engineering Corps of the PLA of the PRC,Xuzhou 250061,China)

Self-compacted concrete may be made of self-compacted rock-filled bodies,with full play given to its compacting-free feature, high fluidity and other characteristics. RFC is now gradually widely applied to large-body concrete works.Being less in the consumption of cementing materials,lower in producing hydration, and simple and convenient in construction,the application of RFC is more and more popularized day by day.Aiming at meeting the urgent needs of building reclamation works in the South China Sea,the present situation of the study and the engineering application of RFC is summed up,with a useful exploration made of the application of RFC to reclamation works.It is also suggested that a further study of how to improve the durability of rock-filled concrete, how to better the interface performance of the transitional section and how to detail the construction processes and parameters should be made.

self-compacted concrete;rock-filled concrete;reclamation works

2016-03-29

趙志欽(1988—)，男，助教，主要從事測(cè)繪技術(shù)運(yùn)用、新型建筑材料技術(shù)運(yùn)用等方面研究與教學(xué)工作。dutzhaozhiqin@foxmail.com

10.13219/j.gjgyat.2016.05.004

E951.1；TU528.53

A

1672-3953(2016)05-0013-03