堆石混凝土研究现状综述

隋毓俭

（山西泽城西安水电有限公司，山西 太原 030002）

1 概况

堆石混凝土施工是近年来混凝土工程施工的一项新技术，属清华大学的专利。堆石混凝土由自密实混凝土和堆石体两部分组成。堆石混凝土已在水利、电力、公路、铁路、市政、港口、能源等领域的大体积混凝土工程中得到应用。2008年4月，由水利部国际合作与科技司组织成果鉴定：“堆石混凝土技术具有完全的自主知识产权，属于原创性的新技术，堆石混凝土技术的成功应用必将有力推动我国中小型水利工程及其他大体积混凝土施工技术的发展，堆石混凝土技术具有良好的应用前景。”

在大体积混凝土施工时，采用堆石混凝土工艺施工可不采取温度控制措施，主要原因有：一是堆石混凝土单方水泥用量比传统混凝土少得多，堆石混凝土中堆石体占60%，而自密实混凝土只占40%，单方水泥用量100 kg左右，减少了混凝土水化热，且比传统混凝土造价低得多；二是堆石混凝土60%的堆石体吸收大量自密实混凝土发生水化反应时释放的水化热，有效降低了混凝土内部温度；三是自密实混凝土中粉煤灰掺量较多，约占水泥用量的70%，可减少自密实混凝土自身的水化热。

堆石混凝土在施工时与传统混凝土相比减少了振捣工序，既节约了浇筑时间，也节省了劳动力。堆石混凝土不同于传统的块石混凝土，传统的块石混凝土是先混凝土入仓再抛石入仓，或者两者同时入仓，而堆石混凝土是先堆石、后灌注混凝土，且堆石厚度在1.2～1.5 m间，降低了施工难度。

堆石混凝土适用于建筑物基础、水工大坝等大体积混凝土工程，特别是石料储存丰富、开采方便的地区更适宜采用堆石混凝土。

堆石混凝土施工工艺原理是，当混凝土模板安装就绪后，将块石用机械或人工堆至1.2～1.5 m高度后，进行自密实混凝土灌注。由于自密实混凝土具有高流动度、不离析、均匀稳定，浇筑时依靠自重流动，无需振捣而达到密实的优点，当自密实混凝土依靠自重均匀地填充到堆石体的空隙，与堆石体凝结硬化后形成新的混凝土体，即堆石混凝土。

2 优点

堆石混凝土由于其独特的施工工艺，使得其比常规混凝土具有显著的工程和经济优势：一是施工过程简单，最大限度地降低了混凝土浇筑仓面的施工人员和机械工作量，使得现场控制管理更加简便易行；二是避免了混凝土振捣密实的过程，消除了人为不利因素干扰，施工质量和稳定性更容易保证；三是施工工艺流畅，能大幅提高大仓面素混凝土的施工效率；四是使用大量的块石作为原材料，大大降低了经济成本；五是单位堆石混凝土的水泥含量很少，因此水化温升小、温控简单；六是具有大块岩石稳定堆积构成的骨架，体积稳定性优良、收缩小；七是可减少或免除凿毛工序，提高施工速度；八是在施工过程中能源消耗低、环境负荷小，更加绿色环保。

3 研究现状

堆石混凝土技术发展至今，已通过各种实验室试验和现场工程试验验证，自密实混凝土可以很好地填充堆石体间的孔隙形成致密结构，硬化后的堆石混凝土具有很好的力学性能和耐久性能。

3.1 填充性能

在有机玻璃模具中进行堆石混凝土填充试验，通过表面观察可以清楚地看到自密实混凝土在堆石体中形成从浇筑点向外扩展的斜面。新浇筑自密实混凝土沿斜面向前推进，能够很好地填充堆石体孔隙，形成完好的堆石混凝土块体。根据相关资料可知，自密实混凝土从堆石体断面上所有的空隙中流出，表明其在堆石体的三维空隙中具有良好的通过性能。

3.2 力学性能

对浇筑成形的堆石混凝土试件进行弯曲试验后的破坏断面可以清楚地看到自密实混凝土能够很好地填充堆石体的内部空间，没有发现明显的孔隙。自密实混凝土自身的10 mm骨料分布均匀，弯曲加载形成的破坏断面较为平整，穿过该截面的堆石块体均被拉断，表明自密实混凝土与堆石骨料间的黏结很好，没有在骨料表面产生泌水现象。

施工过程中由于浇筑层厚的限制，会在堆石混凝土中存在施工冲热缝，形成堆石混凝土中的薄弱面。通过试验模拟实际施工过程，试样中包含此薄弱面，对试件进行轴心抗压试验，其平均强度为22.0 MPa，而充填堆石所使用的SCC的28 d实际强度为17.2 MPa，表明堆石混凝土强度高于充填堆石所使用的自密实混凝土强度，或至少不低于自密实混凝土强度，堆石混凝土中自密实混凝土和石块之间具有良好的胶结能力。

3.3 抗渗性能

从堆石混凝土试件的普通部位、热缝部位和冷缝部位切割取样，并按照《承重混凝土试验规程》中的相关试验方法进行抗渗性能检测。对于普通部位和热缝处的堆石混凝土而言，其抗渗等级能够达到W30以上，远远超出了一般水工结构物的标准，即使是抗渗相对薄弱的冷缝处，其抗渗等级也达到了W14，也能满足一般要求，表明填充良好的堆石混凝土具有优良的抗渗性能。

3.4 结构性能

为了研究堆石混凝土的结构性能，通过试验将堆石混凝土技术应用于梁构件中，研究其配筋结构的抗弯和抗剪承载力，分别浇筑两种配筋状况相同的堆石混凝土梁和自密实混箍土梁。根据相关试验结果，堆石混凝土梁的剪切承载力及弯拉承载力均略高于自密实混凝土梁。主要原因是梁发生剪切破坏时，裂缝发展中遇到大骨料时会绕过骨料，从而使主裂缝的面积增加，同时增加骨料间的咬合力，所以在自密实混凝土强度等级相同的情况下必然会导致梁的剪切承载力和弯拉承载力提高。因此，堆石混凝土可以替代自密实混凝土用于实际结构中。