李方杰，溫明益，馮 浩，唐顯鵬

(四川國(guó)檢檢測(cè)有限責(zé)任公司，瀘州 646000)

從20世紀(jì)60年代開始，國(guó)際上開始碾壓混凝土的試驗(yàn)研究，20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用于臨時(shí)工程和修復(fù)工程。我國(guó)于20世紀(jì)80年代初開始探索使用碾壓混凝土修筑大壩的技術(shù)[1]。我國(guó)對(duì)碾壓混凝土修筑大壩技術(shù)的研究和運(yùn)用雖然起步較晚但發(fā)展速度比較快。我國(guó)在借鑒外國(guó)碾壓混凝土筑壩技術(shù)的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際情況加以突破。至今，我國(guó)采用碾壓混凝土筑壩技術(shù)已建成或在建的大壩已達(dá)數(shù)十座。根據(jù)所掌握的資料和取得的研究成果，總結(jié)碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)原則，并結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)行碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究。

1 工程背景

江西洪屏抽水蓄能電站裝機(jī)容量為1 200 MW(4×300 MW)，安裝四臺(tái)單機(jī)容量為300 MW的混流可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組。此工程屬大(1)型一等工程，主要永久性建筑物按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要永久性建筑物按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。樞紐主要包括上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、地面開關(guān)站及下水庫等工程項(xiàng)目。下水庫：下水庫工程主要包括大壩、壩頂溢洪道及庫區(qū)庫岸處理等，大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程185.5 m，壩頂長(zhǎng)度181.3 m，最大壩高77.5 m；壩頂設(shè)3孔溢洪道，每孔單寬13.0 m×12.5 m。

2 混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)

江西洪屏抽水蓄能電站工程下水庫土建工程大壩上游混凝土防滲透層采用二級(jí)配碾壓混凝土；設(shè)計(jì)齡期為90 d，強(qiáng)度等級(jí)為C20，抗?jié)B等級(jí)W8，抗凍等級(jí)F100，90 d極限拉伸值為不小于0.75×10-4，粉煤灰摻量為45%～55%，拌合物工作度VC值為1～3 s，容重不小于2 400 kg/m3。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)原則

與常態(tài)混凝土相比，碾壓混凝土骨料單位用量較多，水泥單位用量較少，摻合料摻量較大[2]。拌合物不具有流動(dòng)性，坍落度幾乎為零，一般情況下無泌水，粘聚性較差。由于碾壓混凝土拌合物稠度小，屬于超干硬性混凝土，須采用振動(dòng)碾壓的方式進(jìn)行施工，施工方式與常態(tài)混凝土有較大差別。通常碾壓混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：1)選擇優(yōu)質(zhì)的原材料，包括水泥品種、摻合料品種、外加劑品種、粗細(xì)骨料的品種及規(guī)格級(jí)配。2)根據(jù)設(shè)計(jì)提出的施工要求、混凝土強(qiáng)度及耐久性要求選擇合理的水膠比、合理的摻合料摻量、最優(yōu)骨料比例、最優(yōu)砂率及適量的外加劑摻量。3)混凝土拌合物應(yīng)具有良好的可碾性，滿足施工振動(dòng)碾壓的要求。4)硬化后混凝土相關(guān)性能應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。5)具有合理的經(jīng)濟(jì)性[3]。

4 原材料

4.1 水泥

水泥采用河南省同力水泥有限公司生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)為42.5的中熱硅酸鹽水泥(P·MH42.5)，水泥密度為3 210 kg/m3，3 d、7 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別為26.0 MPa、35.7 MPa、47.0 MPa，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均符合《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》GB 200—2003標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 摻合料

摻合料采用江西益材粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的F類Ⅰ級(jí)粉煤灰，粉煤灰密度為2 160 kg/m3，細(xì)度為6.6%，燒失量為2.22%，從檢測(cè)成果看，粉煤灰各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596—2005中F類Ⅰ級(jí)粉煤灰要求。

4.3 外加劑

外加劑采用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-II型緩凝高效減水劑和GYQⅠ型引氣劑，減水劑和引氣劑所檢各項(xiàng)指標(biāo)均符合《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》DL/T5100—1999標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.4 骨料

細(xì)骨料采用洪屏電站C3標(biāo)生產(chǎn)的人工砂，砂細(xì)度模數(shù)為2.9，表觀密度為2 690 kg/m3，石粉含量為6.3%。粗骨料采用洪屏電站C3標(biāo)生產(chǎn)的人工碎石。分5～20 mm和20～40 mm二級(jí)，原狀骨料運(yùn)到試驗(yàn)室，經(jīng)篩分洗凈后進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。砂石各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 混凝土配合比室內(nèi)試驗(yàn)成果及分析

合適的砂率和粗骨料組合比例，是混凝土具有良好的和易性的前提，同時(shí)可提高混凝土的致密程度，降低單位用水量和膠材用量，提高施工質(zhì)量。合理的外加劑摻量，不僅可以提高混凝土拌合物的和易性，同時(shí)也可改善混凝土力學(xué)性能和耐久性能。室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，首先對(duì)粗骨料進(jìn)行組合密度試驗(yàn)以確定粗骨料最佳組合比例，再進(jìn)行最優(yōu)砂率優(yōu)選，同時(shí)根據(jù)拌合物狀態(tài)確定混凝土單位用水量、合理的引氣劑和減水劑摻量等基本參數(shù)。并根據(jù)基本參數(shù)在室內(nèi)對(duì)混凝土進(jìn)行拌合試驗(yàn)，以確定優(yōu)選配合比，優(yōu)選后的配合比及拌合物性能見表1，混凝土力學(xué)性能和耐久性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 混凝土配合比和拌合物性能試驗(yàn)結(jié)果表

表2 混凝土力學(xué)性能和耐久性能試驗(yàn)結(jié)果表

5.1 拌合物性能

工作度VC值是表示碾壓混凝土拌合物稠度大小的指標(biāo)，是指碾壓混凝土拌和物在規(guī)定振幅、振動(dòng)頻率和表面壓強(qiáng)下，從振動(dòng)開始至拌合物表面泛漿所需的時(shí)間，以秒(s)為單位計(jì)，是碾壓混凝土可碾性的直觀體現(xiàn)。為了滿足現(xiàn)場(chǎng)施工碾壓的要求，試驗(yàn)過程中碾壓混凝土VC值均控制在1～3 s之間，混凝土拌合物含砂狀態(tài)良好，拌合物具有良好的和易性。隨著水膠比的降低，碾壓混凝土的含氣量逐漸降低，為了保證混凝土含氣量在要求范圍內(nèi)，試驗(yàn)過程中，隨著水膠比的降低，引氣劑摻量逐漸提高，拌合物容重均滿足設(shè)計(jì)容重的要求。

5.2 力學(xué)性能

從表2試驗(yàn)成果看，隨著水膠比的降低，混凝土各個(gè)齡期抗壓強(qiáng)度和極限拉伸值均有一定幅度的增長(zhǎng)，且強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律率基本一致，在相同水膠比的情況下，粉煤灰摻量增加5%，7 d強(qiáng)度約降低15%左右，28 d強(qiáng)度約降低10%左右，90 d強(qiáng)度約降低7%左右，隨著齡期增加，抗壓強(qiáng)度的降幅減?。辉囼?yàn)編號(hào)N-1～N-3在粉煤灰摻量均為55%情況下，水膠比每減小0.05，90 d齡期抗壓強(qiáng)度相應(yīng)提高5 MPa左右。試驗(yàn)編號(hào)N-1在水膠比和粉煤灰摻量均最大的情況下，28 d和90 d齡期極限拉伸值已滿足混凝土技術(shù)要求。試驗(yàn)編號(hào)N-2在水膠比為0.45，粉煤灰摻量為55%時(shí)，混凝土90 d齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)配制強(qiáng)度。

5.3 抗凍性能和抗?jié)B性能

從表2試驗(yàn)結(jié)果看，試驗(yàn)編號(hào)N-1在水膠比和粉煤灰摻量均最大的情況下，此時(shí)，混凝土抗凍性能和抗?jié)B性能均符合設(shè)計(jì)的要求。

6 工程混凝土配合比及其應(yīng)用

通過一系列的試驗(yàn)成果，綜合考慮骨料、混凝土耐久性要求、混凝土的使用部位的最大水膠比限制、水泥強(qiáng)度等因素，推薦混凝土配合比時(shí)適當(dāng)降低了水膠比。推薦江西洪屏抽水蓄能電站工程下水庫土建工程大壩上游混凝土防滲透層碾壓混凝土配合比見表3。

表3 推薦碾壓混凝土配合比表

施工過程中，混凝土振動(dòng)碾壓易泛漿，振動(dòng)碾壓后混凝土表面光滑平整，可碾性良好，碾壓后密實(shí)度符合設(shè)計(jì)要求[4]。達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后對(duì)混凝土進(jìn)行鉆芯取樣評(píng)定，從芯樣外觀形態(tài)看，抽取芯樣外觀質(zhì)量良好，混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)，粗細(xì)骨料分布均勻。經(jīng)檢測(cè)，混凝土力學(xué)性能和抗?jié)B性能等指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求[5]。

7 結(jié) 語

通過對(duì)原材料的試驗(yàn)選擇，采用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的原材料進(jìn)行碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)，對(duì)混凝土進(jìn)行施工性能、力學(xué)性能、耐久性能試驗(yàn)，最終推薦符合設(shè)計(jì)和施工要求的混凝土配合比，并具有合理的經(jīng)濟(jì)性。

實(shí)踐證明，將碾壓混凝土工作性、力學(xué)性能、耐久性能作為配合比設(shè)計(jì)的指標(biāo)，經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)推薦配合比符合設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)使用的要求。

[1] 秦明慧.碾壓混凝土與普通混凝土異同探討[J].紅水河，2008，27(1)：54-57.

[2] 方坤河.中國(guó)碾壓混凝土壩的混凝土配合比研究[J].水力發(fā)電，2003，11：51-53.

[3] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)：DL/T5330-2015[S].北京：中國(guó)電力出版社.2015：1-21.

[4] 康小春，張改香.金安橋水電站玄武巖骨料碾壓混凝土應(yīng)用研究[J].水力發(fā)電,2011，37(1):55-59.

[5] 中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局.水工碾壓混凝土施工規(guī)范：DL/T5112-2009[S].北京：中國(guó)電力出版社,2009:10-13.