自密实堆石混凝土在填海筑岛中的应用可行性研究

赵志钦，　汪亚桥，　王 刚

(工程兵学院道路桥梁系,江苏 徐州 221004)



自密实堆石混凝土在填海筑岛中的应用可行性研究

赵志钦，汪亚桥，王 刚

(工程兵学院道路桥梁系,江苏 徐州 221004)

利用自密实混凝土充填堆石体，充分发挥自密实混凝土免振捣、高流动性等特点即可得到自密实堆石混凝土。堆石混凝土是当前大体积混凝土施工中逐渐开始采用的一种方法，由于胶材总用量降低、水化热低、施工简便的特性，在相关领域应用已日趋广泛。针对当前我国在南海开展填海筑岛的迫切需求，通过梳理堆石混凝土当前研究及工程应用现状，对其在岛礁填海筑岛上的应用进行了有益探讨，并建议对堆石混凝土提高耐久性、改善过渡区界面性能、细化施工工艺参数等方面开展进一步研究。

自密实混凝土；堆石混凝土；填海筑岛

自密实混凝土(Self-Compacting Concrete，以下简称SCC)，是一种低水胶比的高性能混凝土，具有高流动性、粘聚性和抗离析性，在自重作用下能够无须振捣或稍经振捣就能自动流平并充满模型和包裹钢筋[1]，如图1。由于SCC中一般会掺入粉煤灰、矿粉等矿物掺和料，通过胶凝材料颗粒级配的优化及“二次水化”反应等作用，能够提高砼密实度。

图1　SCC扩展度试验

自密实堆石混凝土(Rock-Filled Concrete，简称RFC)是通过首先堆积粒径满足工程要求的料石，形成具有一定空隙率的料石堆石体，再浇筑SCC填充堆石体的空隙，得到的一种大粒径粗骨料混凝土，见图2。

1 国内外研究及应用现状

1.1 RFC的国内外研究现状

安雪晖、金峰等[1]在国内第一次提出利用SCC填充堆石体，硬化后SCC与堆石体形成整体，即RFC，通过开展RFC现场填充试验，进一步确认了SCC在堆石体中依然保持高流动特性，填充效果好。石建军等[2]通过从RFC块体中切割试验试样，研究RFC的劈裂抗拉强度、抗折强度。试验结果表明：①RFC的劈裂抗拉强度比同强度的普通混凝土(Normal Concrete，以下简称NC)高，大约是抗压强度的1/17～1/12；②RFC的抗折强度平均约为2.4 MPa。王海超、孙利敏等[3]对RFC进行了室内试验和数值模拟来研究它的力学性能，开展了大尺寸RFC试块的力学性能试验研究，结果表明，RFC的抗压强度不低于相应的自密实混凝土(SCC)与普通混凝土(NC)的强度。数值模拟结果表明堆石体与SCC的界面最薄弱，开裂可能性较大。

图2　浇筑完成后的RFC

1.2 RFC的应用现状

堆石混凝土技术已在国内大量工程中应用成功，并且取得了良好的效果。例如在北京军区蓄水工程、河南宝泉抽水蓄能电站、贵州石龙沟、新疆217国道等实际工程中成功应用[4-8]。

新疆大学、清华大学等[5-7]进行了RFC的现场试验，结果表明，使用I级自密实混凝土，成型后的堆石混凝土的密实度非常高，工作性能满足标准要求，无离析、泌水现象发生，力学性能和耐久性能较高。

陶淼等[9]参与了枕头坝水电站建设，通过探讨性应用“堆石混凝土大坝施工方法”，通过对施工流程、配合比设计的实际应用，进一步优化了堆石混凝土的应用方法，并对堆石入仓、模板等提出了针对性要求以更好满足堆石混凝土的性能。最后，通过对芯样进行整体分析评价和饱和湿容重检测，各芯样的密实度均较好，无明显缺陷，卵石与混凝土粘结良好。乌东德水电站施工中(2014年)通过应用RFC，将工期由原计划的90 d缩短到56 d，节约成本290万元，技术经济效果明显[10]。在宝泉抽水蓄能电站施工中[4]，根据RFC施工工艺和现场的施工条件，经单价分析比较，C10的RFC比NC混凝土综合单价每m3低40元，节约成本16%，经济效益很高，应用前景广阔。

2 填海筑岛的必要性分析

当前在世界海洋安全环境日益复杂的形势下，海疆争端主要表现在主权和经济利益争议上，近几年我国在黄岩岛、钓鱼岛以及南沙岛礁等主权归属问题上与周边国家产生了不少矛盾，引起了某些国家的强烈反应，要保证主权完整必须在相关海域保持实际力量的存在才能应对可能出现的各种情况，我国已在南沙赤瓜礁、美济礁和永暑礁等进行了一定规模的工程建设，修建了人工岛、机场跑道和港口码头等附属设施，引起了某些国家的不满。这一方面说明，某些国家对我岛礁在建工程十分忌惮，担心随着这些在建人工岛规模的扩大，会有成为军事基地的可能，如果我国宣布南海防空识别区，就会逐步掌控南海全部海域；另一方面，也告诉我们必须以更坚定的决心将基建工程完成，不为干扰所困，要加大投入力度，加快建设速度，尽快形成战斗力，为我国在南海的主权、利益保驾护航。以永暑礁为例，其位于南沙群岛中部，九章群礁和尹庆群礁的中点，在太平岛至南威岛的中途，位于南海中央航线和南华水道交汇处，西北距金兰湾约250海里(1海里=1.852 km)，距离菲律宾、越南、马来西亚均在战机1 h航程内，地理位置非常关键。现在我国正在永暑礁按照计划进行相关填海工程，据媒体报道，现有面积在8 km2左右，但这远远不够。美军的迪戈加西亚岛军事基地，面积高达27 km2，一条3.6 km的跑道可以起降任何战机。我国在永暑礁的筑岛工程引起了一些东南亚国家和美国的高度关注，只有进一步加快筑岛速度，才能保障南海权益。

3 堆石混凝土应用可行性分析

RFC已经在国内有了大量的工程应用，尤其是在水利水电工程方面，设计院、施工方均积累了大量的试验数据和实际施工经验。RFC以下列几个特点奠定了其在海上填海筑岛应用中的优势地位：

(1)施工速度快、水化热低，温控容易、施工质量高。RFC的主要施工工艺为堆石入仓和自密实混凝土浇筑，没有普通混凝土的振捣过程，工艺简化；RFC的粗骨料采用堆石，粒径大，单位体积SCC用量少。一方面在提高施工速度的同时可以有效降低混凝土绝热温升，简化温控措施；另一方面也使得质量控制相对容易。这一点对于海上作业尤其重要，海上极易受风浪、暴雨、台风等极端天气的影响，较高的施工速度是工程顺利建设的保证。

(2)造价低。石料利用率高，通过合理筛分，大粒径料石形成堆石体，小粒径石料做SCC骨料。RFC通常空隙率为40%，所以单位体积的RFC的SCC用量仅为40%左右，料石单价一般为SCC的1/7～1/5，按照空隙率为40%计算，可以得到RFC的造价为SCC的65.7%～68%，有效降低了造价。

(3)施工工艺成熟。现有RFC施工工艺主要包括六个部分：堆石的选取、清理仓面和清洗石块、支立模板与砌筑石墙、堆石入仓、SCC生产与浇筑、连续循环施工实现多层浇筑。上述施工工艺简单流畅，能够大幅度提高素混凝土的施工效率、缩短建设工期，降低施工人员和机械作业量，使得施工现场管理更加明晰。

4 存在的问题和下一步的研究方向

混凝土暴露于海洋环境下，会因为多种因素的综合作用而劣化：海水成分对水泥水化产生的化学作用，碱—骨料反应，钢筋或预应力混凝土构件中埋设钢筋的锈蚀以及波浪和漂浮物的冲刷等。以上任何一个原因对混凝土的侵蚀作用都会增大其渗透性，这不仅会使混凝土更容易受到同一破坏介质的作用，更容易导致其他类型侵蚀作用的发生[11]。

(2)堆石粗骨料与SCC界面过渡区的结构、性能与改性研究。由于SCC胶材总用量大，水胶比低，因而SCC的自收缩、干缩等有可能增大，所以SCC与预先堆积的大粒径岩石之间的界面过渡区内可能会有裂缝富集，导致RFC综合性能下降。探讨RFC的界面过渡区结构与SCC性能参数之间的关系，改善RFC界面过渡区结构，是提高RFC综合性能的有效途径。

(3)施工工艺细化研究。深入研究SCC在RFC中的流动状态，因为堆石层厚度、堆石层空隙率与SCC注入难易程度密切相关，可以通过对SCC流变特性研究，进一步细化施工工艺参数，为后期实现预期性能提供可靠保障。

(4)总结已有海工建筑的腐蚀劣化类型，提出解决方案。重点研究挪威、美国的远海结构物以及国内海岸和近海结构在海水腐蚀下的劣化现状，分析渗透性与耐久性的联系，提出RFC在填海筑岛中应用的具体解决措施。

[1]金 峰,安雪晖,石建军,等.堆石混凝土及堆石混凝土大坝[J].水利学报,2005(11):78-83

[2]石建军,张志恒,金 峰,等.自密实堆石混凝土力学性能的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2007(S1):3231-3236

[3]王海超,孙利敏.再生大骨料自密实堆石混凝土力学性能研究[J].混凝土,2013(8):137-139

[4]韩 健,张彩双,卢 玲,等.堆石混凝土技术的研究与应用[J].中国水运(下半月),2013(12):354-355，357

[5]黄绵松,周 虎,安雪晖,等.堆石混凝土综合性能的试验研究[J].建筑材料学报,2008(2):206-211

[6]吴永锦,刘 清.C20自密实混凝土在堆石混凝土中的应用[J].混凝土,2010(3):117-120

[7]丁照祥.RFC技术在新疆山口电站围堰施工中的应用实践[J].人民长江,2012(24):35-38

[8]高俊青.堆石混凝土施工技术在新疆铁路及公路挡土墙工程中的应用[J].混凝土,2009(2):123-125

[9]陶 淼,崔鹏飞,魏雄伟.堆石混凝土在水电站尾水挡墙中的应用[J].人民长江,2014(24):30-33

[10]付红波.堆石混凝土在乌东德水电站导流围堰中的应用[J].西北水电,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

赵志钦(1988—)，男，助教，主要从事测绘技术运用、新型建筑材料技术运用等方面研究与教学工作。dutzhaozhiqin@foxmail.com

10.13219/j.gjgyat.2016.05.004

E951.1；TU528.53

A

1672-3953(2016)05-0013-03