大坝碾压混凝土施工参数试验研究

(中国水利水电第四工程局西南分局，四川 成都 610074)

1 工程概述

永定桥水利工程为瀑布沟水电站移民安置配套工程，由首部枢纽工程及输水渠系工程两大部分组成。首部枢纽主要建筑物为碾压混凝土重力坝，分别由挡水坝段、溢流坝段、中孔坝段和引水坝段组成，坝高123m，坝顶宽度7m，坝顶长度161m。坝体为碾压混凝土，邻近模板及坝内建筑物周边对碾压混凝土加浆、振捣，成变态混凝土。碾压混凝土施工最大仓面面积为3410m2，碾压混凝土总量41.42万m3。碾压试验场地为5m×20m，分Ⅰ、Ⅱ两个区，每个区2个条带，分别进行RCC9015W4(三)、RCC9020F150W8(二)两种碾压混凝土及RCC9020W8(二)变态混凝土的相关试验。

2 原材料检测及配合比验证

2.1 水泥

选用P.MH42.5中热硅酸盐水泥，通过下页表1的检测结果分析，该水泥满足《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》(GB200—2003)的要求。

2.2 粉煤灰

选用Ⅰ级粉煤灰，通过对下页表2的检测结果分析，粉煤灰需水量比不大于100%，其他所检项目满足规范要求。

表1 水泥物理性能试验结果统计

表2 粉煤灰品质检测结果统计

2.3 细骨料

细骨料为白云岩生产的人工砂，根据表3的检测数据分析，人工砂满足规范要求。本次试验用砂石粉含量适中，当石粉含量控制在12%～22%时，碾压混凝土泛浆的效果较佳。

表3 细骨料品质检测结果统计

2.4 粗骨料

粗骨料采用白云岩生产的人工骨料，粗骨料检测满足规范要求，检测结果见表4。

表4 粗骨料品质检测结果统计

2.5 外加剂

试验采用FDN-1型高效减水剂和GRT-AE型(液体)引气剂，试验结果均满足规范要求，检测结果统计见表5。

表5 混凝土外加剂性能试验结果统计

2.6 混凝土配合比

用于本工程的碾压混凝土施工配合比及变态混凝土加浆量，已完成室内试验，成果已经该工程监理批复，同意使用。本次工艺性试验选取RCC9015W4(三)、RCC9020F150W8(二)两种碾压混凝土配合比进行试验，变态混凝土选用RCC9020W8(二)进行试验。

在工艺试验中，气温比较稳定，混凝土从出机口到现场碾压前的VC值损失较慢，最大损失2s，满足现场工艺性试验要求。

3 碾压混凝土投料顺序及拌和时间研究

3.1 投料顺序研究

投料顺序在第一、二层碾压工艺试验中进行，在配合比一定的条件下，相同的拌和时间，对两种投料顺序所产生的碾压混凝土拌和物进行外观和均匀性的对比试验，现场观察可碾性，确定投料顺序。

二级配投料顺序ⓐ人工砂→中石→小石→水泥→粉煤灰→水→外加剂；ⓑ中石→小石→砂子→水泥→粉煤灰→外加剂→水。

三级配投料顺序ⓐ人工砂→大石→中石→小石→水泥→粉煤灰→水→外加剂；ⓑ大石→中石→小石→砂→水泥→粉煤灰→水→外加剂。

通过试验表明：二级配混凝土投料顺序ⓐ混凝土均匀性效果一般，用投料顺序ⓑ时，混凝土均匀性效果较好；三级配混凝土投料顺序ⓐ混凝土均匀性效果一般，用投料顺序ⓑ时，混凝土均匀性效果较好。所以，二级配混凝土、三级配混凝土均采用ⓑ投料顺序。

3.2 拌和时间研究

在确定了投料顺序后，对相同配合比，不同拌和时间下，碾压混凝土拌和物的均匀性对比试验，试验选用90s、80s、70s拌和时间。通过现场试验，二级配和三级配混凝土在90s的拌和时间下，均匀性较好。

4 混凝土性能试验

4.1 VC值损失试验

混凝土出机后，经过运输、摊铺、碾压这一循环过程后，VC值有一定量的损失，损失程度与混凝土历时、环境温度、湿度及风速等条件有关。通过表6的试验成果分析，当历时30min左右时，混凝土的VC值从机口到入仓的损失为1.5～2s，损失率为57%～80%。

表6 混凝土VC值损失检测结果

4.2 含气量损失试验

通过表7的试验数据分析，当历时30min左右时，含气量从机口到入仓的损失为0.3%～0.4%，含气量损失率为6.8%～11.4%，现场含气量满足原配合比确定范围。

表7 混凝土含气量损失检测结果

4.3 碾压遍数与压实度的关系

采用双点叠压法卸料，推土机平仓，摊铺厚度35cm，双钢轮振动碾碾压，振动频率51～67Hz。振动碾行走速度1.0～1.5km/h，本次试验取1.3km/h和1.5km/h，进行无振2遍加有振4、6、8遍再加无振2遍的组合碾压遍数试验。通过对表8的试验分析，碾压混凝土三级配、二级配在有振碾4遍时，碾压混凝土泛浆效果及压实度都达不到要求，碾压混凝土三级配、二级配在有振碾6遍时，混凝土的压实度满足设计要求，泛浆较好；当行走速度为1.3km/h时，碾压混凝土泛浆效果较为理想，当行走速度为1.5km/h时，碾压混凝土泛浆效果一般；当有振碾压达到8遍时，压实度达到最大。最终确定碾压遍数为2+6+2，行走速度为1.3km/h。二级配碾压混凝土碾压遍数与压实度关系曲线(RCC9020F150W8)见下页图1，三级配碾压混凝土碾压遍数与压实度关系曲线(RCC9015W4)见下页图2。

表8 碾压遍数与压实度关系试验结果

图1 RCC9020F150W8(二)混凝土碾压遍数与压实度关系曲线

图2 RCC9015W4(三)混凝土碾压遍数与压实度关系曲线

4.4 混凝土凝结时间

对第一层面RCC9020F150W8二级配碾压混凝土进行室内凝结时间试验，初凝时间历时16h45min，终凝时间历时20h50min，对第一层面RCC9015W4三级配碾压混凝土进行了室内凝结时间试验，初凝时间历时17h10min，终凝时间历时21h20min。

5 混凝土强度及耐久性试验

5.1 碾压混凝土强度及耐久性试验

本次试验采用RCC9015W4(三)和RCC9020F150W8(三)碾压混凝土，通过表9可以看出，三级配及二级配碾压混凝土加入粉煤灰后，抗压强度、劈拉强度早期较低，后期增长较大，抗渗、抗冻性能满足设计要求。

5.2 变态混凝土强度及耐久性试验

本次试验采用RCC9020F150W8 二级配变态混凝土，配合比要求加浆量为5%、6%和7%，采用掏槽法加浆，当加浆量为5%时，泛浆量较差，无法满足施工要求；当加浆量为6%时，泛浆效果较好，能够满足施工要求；当加浆量为7%时，泛浆量较好，但表层浆液明显富余。因此，最终加浆量为6%，变态混凝土强度及耐久性试验结果见表10。

表9 碾压混凝土强度及耐久性试验结果汇表

表10 变态混凝土强度及耐久性试验结果统计

6 结 语

通过碾压混凝土生产性工艺试验研究，结合试验数据分析，当石粉含量控制在12%～22%时，碾压混凝土泛浆的效果会更佳，推荐机口VC值按1～5s进行控制，可根据气候环境的变化做适当的动态调整。

二级配混凝土采用：中石→小石→砂子→水泥→粉煤灰→外加剂→水的投料顺序，三级配混凝土采用:大石→中石→小石→砂→水泥→粉煤灰→水→外加剂的投料顺序，经过90s的拌和，混凝土均匀性较好。

仓面采用双点叠压式卸料，平仓后每层厚度35cm，双钢轮振动碾碾压10遍，即：2(无振)+6(有振)+2(无振)，行走速度为1.3km/h，压实度可满足设计要求。变态混凝土采用掏槽法加浆，加浆量为6%，泛浆较好。

生产性碾压试验虽模拟现场进行，但试验场地小，环境易控制，各项指标可控。在现场施工时，仓面面积增大，施工设备增多，不可预见的因素也会时刻出现，影响施工。所以在施工过程中通过加强控制，以碾压试验的相关数据为基础，结合现场实际情况适时调整，可指导现场施工。

碾压混凝土降低了混凝土用水量及胶凝材料用量，减少了混凝土的绝热温升，具有显著的经济效益，并且施工速度快。通过对本工程碾压混凝土施工工艺的试验研究，得出碾压混凝土最佳施工工艺及相关参数，在确保大坝碾压混凝土施工质量的同时，进一步加快施工进度、节省工程投资，可为同类工程的施工提供借鉴。