碾壓混凝土施工工藝試驗(yàn)研究

蔡勝華，楊華全，王曉軍，王迎春，王仲華

碾壓混凝土施工工藝試驗(yàn)研究

蔡勝華，楊華全，王曉軍，王迎春，王仲華

（長(zhǎng)江科學(xué)院材料與結(jié)構(gòu)研究所，武漢 430010）

通過(guò)彭水水電站大壩工程碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)工藝生產(chǎn)性試驗(yàn)，對(duì)拌和工藝、碾壓工藝、層面處理技術(shù)措施、變態(tài)混凝土施工工藝等進(jìn)行了試驗(yàn)研究，經(jīng)機(jī)口取樣、鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)和原位抗剪試驗(yàn)，驗(yàn)證了室內(nèi)試驗(yàn)選定的碾壓混凝土配合比的可碾性和合理性，確定了合適的施工工藝，為工程施工提供了依據(jù)。

彭水水電站；碾壓混凝土；施工工藝

彭水水電站大壩為碾壓混凝土弧形重力壩，最大壩高116.5 m，碾壓混凝土總方量為61萬(wàn)m3左右。為了確定大壩工程碾壓混凝土的拌和工藝參數(shù)、碾壓施工參數(shù)、層面處理技術(shù)措施、變態(tài)混凝土施工工藝，驗(yàn)證混凝土配合比的可碾性和合理性，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)碾壓混凝土施工工藝生產(chǎn)性試驗(yàn)。

1 原材料及配合比

1.1 水泥、粉煤灰、外加劑

試驗(yàn)采用華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的42.5中熱硅酸鹽水泥，重慶珞璜電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，江蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的JM-Ⅱ（c）緩凝高效減水劑及JM-2000引氣劑。

1.2 骨 料

碾壓混凝土工藝性試驗(yàn)采用鴨公溪砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的以灰?guī)r為母巖的人工砂石骨料。人工砂經(jīng)檢驗(yàn)，其細(xì)度模數(shù)為2.69～2.71，石粉含量為14.4% ～14.5%，＜0.08 mm顆粒為5.26% ～5.42%。人工碎石表觀密度為2 720 kg／m3，吸水率為0.41%。

1.3 配合比

本次工藝性試驗(yàn)采用大壩C9020 F150W10、C9015 F100W6碾壓混凝土進(jìn)行，使用的配合比是根據(jù)碾壓混凝土設(shè)計(jì)要求及室內(nèi)試驗(yàn)擬定。碾壓混凝土及層面結(jié)合所用的砂漿和凈漿配合比見(jiàn)表1。

2 工藝試驗(yàn)

2.1 拌和工藝試驗(yàn)

碾壓混凝土主要由設(shè)在EL290的2＃樓、3＃樓（4×4.5 m3自落式）兩座拌和樓供料，施工高峰期設(shè)在EL262的1＃樓（2×3 m3強(qiáng)制式）也將參與供料。為確?；炷涟韬唾|(zhì)量，分別對(duì)1＃樓、2＃樓進(jìn)行了碾壓混凝土拌和工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括不同拌和時(shí)間、投料順序、單機(jī)拌和量對(duì)碾壓混凝土拌和物均勻性影響，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，在各工況下，機(jī)前、機(jī)中、機(jī)尾碾壓混凝土拌和物的砂漿含量、骨料級(jí)配均滿足要求。

表1 碾壓混凝土及層面結(jié)合所用砂漿（凈漿）工藝性試驗(yàn)施工配合比Table 1 Mix proportions of mortar（cement paste）for RCC and combinations of surface layers in construction technology tests

2.2 碾壓工藝試驗(yàn)

試驗(yàn)塊的平面尺寸為長(zhǎng)32 m、寬16 m，分A，B，C，D 4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分2個(gè)條帶；A，B 2個(gè)區(qū)為C9015W6F100三級(jí)配碾壓混凝土，C，D 2個(gè)區(qū)為C9020W10F150二級(jí)配碾壓混凝土；靠近長(zhǎng)邊模板邊緣0.5 m寬，短邊模板邊1.0 m寬澆筑變態(tài)混凝土。試驗(yàn)塊高度方向分7層，底層為找平混凝土，其中第1層、第2層為30 cm，第3層35 cm，第4層40 cm，第5、6層為30 cm。

在第1層至第4層安排了不同碾壓遍數(shù)與壓實(shí)度的關(guān)系試驗(yàn)，見(jiàn)表2。

表2 碾壓遍數(shù)與壓實(shí)度關(guān)系試驗(yàn)安排表Table 2 Experiment arrangement for the relationships between rolling time and compaction degree

振動(dòng)碾為BW202AD，采用低頻高振，行走速度控制在1.3～1.5 km／h左右，當(dāng)碾壓混凝土達(dá)到規(guī)定的碾壓遍數(shù)后，進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)試驗(yàn)。入倉(cāng)攤鋪碾壓混凝土的VC值在3～11 s范圍內(nèi)。圖1、圖2為壓實(shí)度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線。

從圖1、圖2可知，有振碾壓6遍，壓實(shí)度就能達(dá)到98%以上的設(shè)計(jì)要求；有振碾壓8遍時(shí)壓實(shí)度最大，有振碾壓10遍與碾壓8遍時(shí)的壓實(shí)度基本相同，碾壓12遍后壓實(shí)度有降低的趨勢(shì)。因此，可以認(rèn)為無(wú)振2遍＋有振6～8遍為最佳碾壓遍數(shù)。

2.3 變態(tài)混凝土施工工藝

變態(tài)混凝土施工均采取面層加漿，加漿量為6%，輔以振搗棒振搗的方式。

圖1 壓實(shí)度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線（層厚30 cm）Fig.1 Curves of relationship between compaction degree and rolling time with rolling thick 30 cm

圖2 壓實(shí)度與有振碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線（層厚35 cm、40 cm）Fig.2 Curves of relationship between compaction degree and time of rolling by vibration with rolling thick 35 cm and 40 cm respectively

2.4 碾壓混凝土層間處理及原位抗剪試驗(yàn)

為了解碾壓混凝土連續(xù)上升層的間歇時(shí)間及層間處理方法對(duì)層面結(jié)合的影響，在試驗(yàn)塊各層之間設(shè)置不同的間歇時(shí)間和層間處理方案，見(jiàn)表3。按表3施工的層面結(jié)合效果將通過(guò)其混凝土芯樣試驗(yàn)、原位抗剪試驗(yàn)及壓水試驗(yàn)來(lái)論證分析。

表3 不同層面結(jié)合條件下RCC現(xiàn)場(chǎng)原位抗剪特性參數(shù)Table 3 Characteristic parameters of RCC field anti-shear tests under different conditions of combination between layers

原位抗剪試驗(yàn)布置在試驗(yàn)塊的第5和第6層，以第5層為基層，第6層布置4個(gè)條帶16個(gè)試驗(yàn)區(qū)，安排16組不同級(jí)配、不同間隔時(shí)間和層面處理方法的原位抗剪試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算得到的不同層面結(jié)合條件下RCC現(xiàn)場(chǎng)原位抗剪特性參數(shù)見(jiàn)表3。從表3可以看出：

對(duì)于三級(jí)配碾壓混凝土，試驗(yàn)采用的7種間隔時(shí)間和層面處理工藝組合，其摩擦系數(shù)f′在1.05～1.46之間，粘聚力 c′在1.16～2.38 MPa之間，達(dá)到了 f′＞1.0，c′＞1.0 MPa的設(shè)計(jì)要求；對(duì)于二級(jí)配碾壓混凝土，試驗(yàn)采用的7種間隔時(shí)間和層面處理工藝組合，其摩擦系數(shù) f′在1.05～1.47之間，粘聚力 c′在1.22～2.62 Pa之間，也能滿足 f′＞1.0，c′＞1.2 Pa的設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)試驗(yàn)塊澆筑時(shí)段、室外碾壓混凝土凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果判斷，間歇時(shí)間在6 h以內(nèi)，碾壓混凝土尚未初凝，層間結(jié)合縫屬于熱縫；間歇時(shí)間為8，12，18，26 h時(shí)，碾壓混凝土處于初凝后終凝前的階段，層間結(jié)合縫屬于溫縫；間隔時(shí)間為45～48 h時(shí)，碾壓混凝土已經(jīng)終凝，層間結(jié)合應(yīng)按冷縫處理。

3 拌和物性能和混凝土力學(xué)性能

機(jī)口取樣碾壓混凝土拌和物及硬化混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果列于表4，試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）機(jī)口碾壓混凝土拌和物 VC值在3.7～7.9 s之間，平均6.1 s；三級(jí)配碾壓混凝土拌和物的含氣量在2.8% ～3.5%之間，平均3.1%；二級(jí)配碾壓混凝土拌和物的含氣量在2.5%～4.0%之間，平均3.1%。

（2）倉(cāng)面碾壓混凝土VC值比機(jī)口提高1.1～2.5 s，平均提高約2 s，倉(cāng)面碾壓混凝土的含氣量比機(jī)口降低0.1% ～0.6%，平均降低約0.3%。

表4 出機(jī)口碾壓混凝土拌和物及硬化混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Performances of RCC mixture and hardened concrete taken from a mixing plant

（3）90 d齡期的抗壓強(qiáng)度，二級(jí)配在32.6～45.5 MPa之間，平均39.0 MPa；三級(jí)配在28.4～32.6 MPa之間，平均30.4 MPa，高于室內(nèi)配合比試驗(yàn)二級(jí)配28.0 MPa、三級(jí)配24.0 MPa的試驗(yàn)結(jié)果。

（4）90 d齡期的極限拉伸值滿足設(shè)計(jì)要求；抗壓彈性模量三級(jí)配平均41.0 GPa，二級(jí)配平均42.8 GPa，與 室 內(nèi) 配 合 比 試 驗(yàn) 時(shí) 的 41.9 GPa和42.8 GPa基本相同，都反映出灰?guī)r混凝土抗壓彈性模量較高的特性。

（5）抗?jié)B性能滿足設(shè)計(jì)抗?jié)B等級(jí)的要求。

4 鉆芯取樣及壓水試驗(yàn)

4.1 芯樣獲得率及外觀評(píng)述

在試驗(yàn)塊上進(jìn)行了73孔次的鉆芯取樣，表5為試驗(yàn)塊鉆芯取樣數(shù)量及芯樣獲得率。從碾壓混凝土芯樣的外觀評(píng)來(lái)看，各區(qū)混凝土的芯樣均較為完整，芯樣獲得率高。

表5 鉆芯取樣數(shù)量及芯樣獲得率Table 5 The amount of core boring and core recovery rates of core samples

4.2 芯樣的物理力學(xué)性能

混凝土芯樣90 d齡期的物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）抗壓強(qiáng)度。二級(jí)配碾壓混凝土在23.5～36.8 MPa之間，平均31.3 MPa；三級(jí)配碾壓混凝土在20.2～30.1 MPa之間，平均26.5 MPa，與室內(nèi)配合比試驗(yàn)結(jié)果比較接近。二級(jí)配變態(tài)混凝土芯樣平均抗壓強(qiáng)度為30.2 MPa，三級(jí)配變態(tài)混凝土芯樣平均抗壓強(qiáng)度為27.0 MPa，低于室內(nèi)配合比試驗(yàn)二級(jí)配35.0 MPa和三級(jí)配31.4 MPa的試驗(yàn)結(jié)果。

（2）極限拉伸值滿足設(shè)計(jì)要求。但低于機(jī)口取樣試件的極限拉伸值，主要原因是試驗(yàn)時(shí)軸向難于對(duì)中以及芯樣的不均勻性，三級(jí)配混凝土還存在全級(jí)配與濕篩混凝土之間的關(guān)系問(wèn)題。

（3）抗壓彈性模量，三級(jí)配碾壓混凝土平均值為36.6 GPa，二級(jí)配碾壓混凝土平均值為38.6 GPa，低于機(jī)口取樣試件的抗壓彈性模量。

（4）劈裂抗拉和軸拉強(qiáng)度低于機(jī)口取樣混凝土的劈裂抗拉和軸拉強(qiáng)度試驗(yàn)值。

（5）芯樣的抗凍性能、抗?jié)B性能滿足要求。

（6）芯樣的濕密度檢測(cè)結(jié)果表明，不同壓實(shí)厚度的二級(jí)配、三級(jí)配碾壓混凝土濕密度都達(dá)到了理論值的99%以上。

4.3 壓水試驗(yàn)

在試驗(yàn)塊的二級(jí)配變態(tài)混凝土區(qū)、二級(jí)配碾壓混凝土區(qū)、三級(jí)配碾壓混凝土區(qū)和三級(jí)配變態(tài)混凝土區(qū)分別進(jìn)行了鉆孔壓水試驗(yàn)?？孜辉趨^(qū)內(nèi)隨機(jī)布置，孔深為1.65 m，不超過(guò)1.70 m，主要針對(duì)第1至第2層間、第2至第3層間、第3至第4層間的3個(gè)層面，對(duì)應(yīng)深度分別為1.65，1.35，1.00 m。4個(gè)孔共完成 12段壓水試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)結(jié)果表明：碾壓混凝土區(qū)的透水率為零，說(shuō)明在試驗(yàn)配合比和工藝試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)塊體的碾壓混凝土密實(shí)、層間結(jié)合良好，具有較好的抗?jié)B性能。二級(jí)配變態(tài)混凝土區(qū)第2試段透水率為0.52 Lu，可能與局部振搗不夠充分有關(guān)。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）在各工況下，機(jī)前、機(jī)中、機(jī)尾碾壓混凝土拌和物的砂漿含量、骨料級(jí)配比例均滿足要求。

（2）不同壓實(shí)厚度的二級(jí)配、三級(jí)配碾壓混凝土壓實(shí)度都達(dá)到了理論值的99%以上，最佳碾壓遍數(shù)為無(wú)振2遍＋有振6～8遍。為保證碾壓質(zhì)量，碾壓層厚宜采用30～35 cm。

（3）機(jī)口取樣混凝土90 d齡期的抗壓強(qiáng)度、極限拉伸值、抗?jié)B等級(jí)滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）試驗(yàn)塊碾壓混凝土芯樣較為完整，芯樣獲得率高；芯樣力學(xué)性能、抗凍性能、抗?jié)B性能均能滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）原位抗剪試驗(yàn)表明，采用的7種間隔時(shí)間和層面處理工藝組合，三、二級(jí)配碾壓混凝土均能滿足 f′＞1.0，c′＞1.0 MPa和 f′＞1.0，c′＞1.2 MPa的設(shè)計(jì)要求。

（6）壓水試驗(yàn)結(jié)果表明，在試驗(yàn)配合比和工藝試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)塊體的碾壓混凝土密實(shí)、層間結(jié)合良好，具有較好的抗?jié)B性能。

（7）生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)確定的工藝參數(shù)的科學(xué)性，經(jīng)大壩碾壓混凝土施工得到證明，為工程施工提供了科學(xué)依據(jù)。

［1］ 王迎春，蔡勝華，楊華全.彭水水電站混凝土配合比設(shè)計(jì)及性能試驗(yàn)研究總報(bào)告［R］.武漢：長(zhǎng)江水利委員會(huì) 長(zhǎng)江 科 學(xué)院 ，2006.（WANG Ying-chun，CAI Sheng-hua，YANG Hua-quan.Report on mix design and performance tests of concrete for Pengshui Hydropower Station［R］.Wuhan：Changjiang River Scientific Research Institute of Changjiang Water Resources Commission，2006.（in Chinese））

［2］ 田承宇，倪迎峰.彭水水電站工程碾壓混凝土工藝性試驗(yàn)報(bào)告［R］.重慶：中電八局科研設(shè)計(jì)院彭水試驗(yàn)室，2005.（TIAN Cheng-yu，NI Ying-feng.Report on technology tests of RCC for Pengshui Hydropower Station［R］.Chongqing：Pengshui Laboratory of scientific institute of China Water Conservancy and Hydropower Engineering Bureau 8，2005.（in Chinese））

［3］ 蔡勝華，王曉軍，王迎春，等.彭水水電站碾壓混凝土施工工藝及原位抗剪試驗(yàn)［R］.武漢：長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院，2006.（CAI Sheng-hua，WANG Xiaojun，WANG Ying-chun，et al.Tests on construction technology and field shear of RCC for Pengshui Hydropower Station［R］.Wuhan：Changjiang River Scientific Research Institute of Changjiang Water Resources Commission，2006.（in Chinese））

［4］ 宋擁軍，肖亮達(dá).改善碾壓混凝土壩層間結(jié)合性能的主要措施［J］.湖北水力發(fā)電，2008，74（1）：37－40.（SONG Yong-jun；XIAO Lian-gda.Main measures for improving interlayer bonding strength of RCC dam［J］.Hubei Water Power，2008，74（1）：37－40.（in Chinese））

［5］ 鄭鼎雄，魏 毅.彭水電站碾壓混凝土弧形重力壩施工技術(shù)［J］.云南水力發(fā)電，2008，24（6）：54－57.

［6］ 姜福田.碾壓混凝土壩的層面與影響［J］.水利水電技術(shù)，2008，39（2）：19－21.（JIANGFu-tian.Layer surface of RCC dam and its influence［J］.Water Resources and Hydropower Engineering，2008，39（2）：19－21.（in Chinese））

Experimental Research on RCC Construction Technology

CAI Sheng-hua，YANG Hua-quan，WANG Xiao-jun，WANG Ying-chun，WANG Zhong-hua
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

As far as the RCCdam construction of Pengshui Hydropower Station concerned some problems，an experimental research on mixing technology，roller compaction technology，layer surface treatment and construction technology of GEV-RCC was performed.Through specimens taken from a mixing plant，core boring and water pressure tests and field shear tests，the rollability and rationality of the mix proportion of concrete selected through laboratory tests were validated and suitable construction technology was determined.The test results provided a basis for project construction.

Pengshui Hydropower Station；RCC；construction technology

TV41

A

1001－5485（2010）02－0050－04

2009-02-27

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（50539010）

蔡勝華（1964-），男，江西南昌人，教授級(jí)高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，主要從事水工材料試驗(yàn)研究工作，（電話）027-82829881（電子信箱）shcai989＠163.com。

（編輯：周曉雁）