冉渡灘水庫碾壓混凝土配合比與碾壓試驗研究

彭玲 李卿

摘 要：以遵義市冉渡灘水庫工程為例，對工程所采用的水泥、粉煤灰、砂石骨料、外加劑進(jìn)行檢測。原材料在檢測合格后，經(jīng)過多次試拌、調(diào)整、復(fù)核后，得到滿足設(shè)計要求的碾壓混凝土配合比參數(shù)?，F(xiàn)場碾壓試驗?zāi)M大壩施工，以驗證所設(shè)計的碾壓混凝土配合比的工作性、可碾性能否滿足施工要求。并確定大壩碾壓混凝土的VC值、含氣量、鋪料厚度等施工參數(shù)，可為大壩混凝土碾壓工程施工提供豐富的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：碾壓混凝土;配合比設(shè)計;現(xiàn)場碾壓試驗

中圖分類號：TU528.041;TV42+2 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1003-5168（2022）9-0071-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.09.015

Study on Mix Proportion and Rolling Test of RCC in RanDuTan

Reservoir

PENG Ling? ? LI Qing

（Zunyi Survey and Design Institute Of Water Conservancy and Hydropower Co.，Ltd.， Zunyi 563002，China）

Abstract： This study takes the RanDuTan reservoir project in Zunyi as an example，use qualified raw material include cement ， fly ash， artificial aggregate ，super plasticizer? to carry out mix proportion test. The mix proportion parameters of RCC meeting the design requirements are obtained. Through the simulation of the construction conditions of RCC，to verify the workability of the RCC mix proportion designed meet the construction requirements. The construction parameters such as VC value， air content and paving thickness of Dam RCC are determined， which provides the basis for quality the construction of dam concrete rolling.

Keywords：? RCC; mix proportion design; experiment of RCC test

0 引言

碾壓混凝土是一種干硬性少水泥的混凝土，使用硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)摻合料、水、外加劑、砂和分級控制的粗骨料拌制成無塌落度的干硬性混凝土，采用與土石壩施工相同的運輸及鋪筑設(shè)備，用振動碾分層壓實，以施工效率高、建設(shè)周期短的特點在水利工程中被廣泛應(yīng)用。碾壓混凝土壩既有混凝土體積小、強(qiáng)度高、防滲性能好、壩身可溢流等特點，又有土石壩施工程序簡單、快速、經(jīng)濟(jì)、可使用大型通用機(jī)械的優(yōu)點。

1 工程概況

冉渡灘水庫工程位于貴州省務(wù)川縣豐樂鎮(zhèn)境內(nèi)的洪渡河馬村壩河段，為洪渡河干流規(guī)劃水資源開發(fā)利用的第三級。洪渡河全流域面積為3 739 km2，多年平均徑流量為27.0×108 m3，冉渡灘水庫壩址以上流域面積為997 km2，壩址以上干流河長58.1 km，多年平均徑流量為7.14×108 m3，多年平均流量為22.6 m3/s。水庫校核洪水為741.32 m，總庫容為5 480×104 m3，正常蓄水位為738.00 m，相應(yīng)庫容為4 490×104 m3。水庫為中型水庫，工程等別為Ⅲ等[1-2]。水庫工程由首部水庫樞紐、城鎮(zhèn)和工業(yè)園區(qū)供水及灌溉輸水系統(tǒng)組成，主要任務(wù)為供水、灌溉并兼顧水力發(fā)電。壩體主體結(jié)構(gòu)為C9015W4F50三級配碾壓混凝土和變態(tài)混凝土，大壩上游壩面及防滲區(qū)為C9020W6F50二級配碾壓混凝和變態(tài)混凝土。

2 配合比設(shè)計

在進(jìn)行碾壓混凝土配合比設(shè)計時，為了確保碾壓混凝土能采用薄層連續(xù)鋪筑法實現(xiàn)快速施工，必須考慮配制出的混凝土既要滿足要求的強(qiáng)度及耐久性等指標(biāo)，又要滿足絕熱溫升的限值，盡可能使用較低的水泥量并摻用較大比例的摻合料。由于碾壓混凝土的原材料質(zhì)量直接影響著碾壓混凝土大壩的施工質(zhì)量，為此應(yīng)當(dāng)控制混凝土配合比指標(biāo)以及材料的基本指標(biāo)[3]。

2.1 原材料

2.1.1 水泥。本研究采用重慶市彭水縣茂田能源開發(fā)有限公司的“華新牌”P.O 42.5等級水泥，3 d抗壓強(qiáng)度為27.2 MPa，抗折強(qiáng)度為5.2 MPa;28 d抗壓強(qiáng)度為47.4 MPa，抗折強(qiáng)度為7.9 MPa，所檢測的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時間、安定性、比表面積、三氧化硫、氧化鎂、氯離子、燒失量結(jié)果均符合水泥國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2020）。

2.1.2 粉煤灰。本研究采用貴州名川粉煤灰有限公司生產(chǎn)的粉煤灰，細(xì)度為16.2%，含水率為0.5%，需水量比為92%，燒失量為3.6%，三氧化硫含量為1.38%，氧化鈣含量為0.69%，氯離子含量為0.009%，以上指標(biāo)均符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2017）中F類Ⅱ級粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。

2.1.3 外加劑。本研究采用貴州中興南友建材有限公司生產(chǎn)的高性能緩凝減水劑與引氣劑復(fù)合的PC-Ⅰ型復(fù)合外加劑，7 d抗壓強(qiáng)度比為144%，28 d抗壓強(qiáng)度比為133%，減水率為28.3%，抗壓強(qiáng)度比、減水率、初凝時間差、含氣量、泌水率比均符合《混凝土外加劑》（GB 8076—2009）標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。

2.1.4 骨料。骨料為碳酸鹽系巖石加工的砂、碎石，表觀密度為2 700 kg/m3。砂的細(xì)度模數(shù)為2.84，石粉含量為17.8%。優(yōu)良的碎石比例摻量，能達(dá)到骨料緊密、孔隙率小、節(jié)約水泥用量的效果。通過對粗骨料不同比例摻量的振實密度試驗，選擇振實密度大、孔隙率小的比例摻量，試驗得到碎石二級配比例摻量為40∶60（5～20 mm∶20～40 mm）時振實密度最大，碎石三級配比例摻量為30∶35∶35（5～20 mm∶20～40 mm∶40～80 mm）時振實密度最大。

2.1.5 拌合用水。采用遵義地區(qū)的自來水。

2.2 碾壓混凝土配合比參數(shù)的確定

碾壓混凝土根據(jù)VC值、容重、凝結(jié)時間和含氣量等情況來判斷混凝土拌合物的工作性是否良好[4]。VC值主要由單位用水量來控制，在水膠比相同的條件下，VC值隨單位用水量的增加而減小，如圖1所示。碾壓混凝土的強(qiáng)度主要由水膠比決定，碾壓混凝土90 d齡期的抗壓強(qiáng)度隨著水膠比的增大而降低，如圖2所示。當(dāng)水膠比相同時，不同粉煤灰摻量對強(qiáng)度具有較大的影響，碾壓混凝土90 d齡期的抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加而降低，如圖3所示。碾壓混凝土的水膠比根據(jù)設(shè)計要求的混凝土強(qiáng)度等級和耐久性，參照《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677—2014）中規(guī)定的水膠比最大允許值確定基準(zhǔn)水膠比，初步選定水膠比、單位用水量、粉煤灰摻量和砂率，通過多次試拌、調(diào)整后，得出配合比推薦參數(shù)（見表1）。

對該配合比進(jìn)行復(fù)核試驗，試驗結(jié)果表明，碾壓混凝土配合比的工作性良好，抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B等級、抗凍等級均滿足工程設(shè)計要求。

3 現(xiàn)場碾壓混凝土工藝試驗

3.1 現(xiàn)場碾壓試驗?zāi)康?/p>

3.1.1 通過室內(nèi)碾壓混凝土配合比試驗獲得的水膠比、單位用水量、摻合料摻量、骨料級配及砂率、外加劑品種及摻量等基本參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場驗證，檢驗?zāi)雺夯炷僚浜媳燃肮ぷ餍阅埽╒C值、含氣量、容重、凝結(jié)時間、溫度）是否滿足設(shè)計要求的物理性能、力學(xué)性能、耐久性能以及碾壓混凝土的最佳密實度等指標(biāo)[5]。

3.1.2 確定達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的、經(jīng)濟(jì)合理的碾壓參數(shù)（如施工鋪層厚度、碾壓遍數(shù)、施工層面允許間歇時間、VC值等），確定碾壓混凝土施工質(zhì)量控制的試驗方法。

3.1.3 檢驗所選施工機(jī)械的適應(yīng)性及其性能的可靠性。通過碾壓試驗的入倉、攤鋪及碾壓方式研究，完善壩體填筑的施工工藝和措施，確定變態(tài)混凝土的施工設(shè)備及工藝;檢驗?zāi)雺夯炷辽a(chǎn)系統(tǒng)及施工設(shè)備的適應(yīng)性，確定施工工藝和碾壓參數(shù)，用以模擬大壩實際施工情況[6]。

3.2 現(xiàn)場碾壓試驗布置

現(xiàn)場試驗場地規(guī)劃長×寬為20 m×10 m，場地在試驗前要澆筑30 cm厚C20墊層混凝土為基礎(chǔ)。碾壓場地分A、B兩個條帶，分別進(jìn)行C9015（三級配）、C9020（二級配）混凝土碾壓，碾壓混凝土與模板之間澆筑0.5面寬相應(yīng)的變態(tài)混凝土。本次試驗共澆筑碾壓混凝土5層，每層以不同的VC值（1～5 s、6～10 s、11～20 s）和鋪料厚度（34 cm、40 cm、45 cm）為變量進(jìn)行試驗。場地分區(qū)平面布置見圖4。

3.3 碾壓試驗

現(xiàn)場碾壓試驗所采用的原材料均與碾壓混凝土配合比所用原材料一致。經(jīng)過碾壓混凝土拌合物運輸入倉、卸料、攤鋪平倉、碾壓試驗等工序，采用大貨車運輸入倉，占進(jìn)法卸料，挖掘機(jī)攤鋪平倉，并配合人工平倉以防止粗骨料堆積不均，13.2 t雙鋼輪振動碾壓機(jī)控制行車速度在2.5 km/h以下進(jìn)行碾壓。鋪料完成后碾壓機(jī)先無振碾壓2遍后再有振碾壓4遍、6遍、8遍、10遍，并在振碾4遍后開始用核子密度儀進(jìn)行壓實度檢測并記錄。

第一到第二層層面為施工縫，層面處理采用高壓水沖毛法清除混凝土表面的浮漿及松動骨料，再在層面上鋪高一強(qiáng)度等級的水泥砂漿（厚2～3 cm）后進(jìn)行混凝土鋪料。第二層與第三層、四層、五層設(shè)置為連續(xù)升層（即熱升層），熱升層之間層面不作處理，直接鋪筑。

3.4 試驗成果分析

3.4.1 配合比驗證。試驗現(xiàn)場每2 h對出機(jī)口碾壓混凝土的VC值、溫度、含氣量、容重和倉面混凝土VC值進(jìn)行測定，并檢測混凝土的凝結(jié)時間。測得二級配C9020W6F50的初凝時間為12 h，終凝時間為37 h，三級配C9015W4F50的初凝時間為11.5 h，終凝時間為35.5 h。二級配混凝土的含氣量2.5%～3.0%，三級配混凝土含氣量2.2%～2.5%。三級配的容重為2 420～2 450 kg/m3，二級配的容重為2 400～2 430 kg/m3，試驗結(jié)果表明，按室內(nèi)試驗所得配合比在現(xiàn)場混凝土拌合物的工作性能也能滿足施工要求。

3.4.2 現(xiàn)場施工工藝。第一層攤鋪碾壓混凝土34 cm，倉面VC值控制在1～5 s，碾壓混凝土表面泛漿效果明顯，振動碾壓4遍后泛漿過多，彈性較大，有凹陷感，碾壓10遍后壓實度達(dá)到100%。第二層攤鋪碾壓混凝土40 cm，倉面VC值控制在6～10 s，混凝土碾壓后泛漿良好，可碾性好且無離析，振動碾壓4遍后測得壓實度合格率為0%，振動碾壓6遍后測得壓實度合格率為40%，振動碾壓8遍后測得壓實度合格率為82%，振動碾壓10遍后測得壓實度合格率為100%。第三層攤鋪混凝土45 cm，倉面VC值控制在11～20 s，碾壓后無明顯泛漿且有離析，表面松散，相同碾壓遍數(shù)的壓實度合格率明顯低于第二層，到第十遍合格率為94%。第四層根據(jù)前三層VC值碾壓效果和攤鋪厚度對壓實度進(jìn)行調(diào)整，確定攤鋪厚度為34 cm，VC值為5～10 s進(jìn)行碾壓，碾壓后混凝土表面有明顯灰漿泛出，表面微微濕潤且有光亮感，振動碾4遍后壓實度合格率為34%，振動碾6遍后壓實度合格率為72%，振動碾8遍后壓實度合格率為100%，相同碾壓遍數(shù)后的壓實度明顯高于第二層（攤鋪40 cm）。第五層對第四層的施工參數(shù)進(jìn)行驗證，混凝土碾壓后泛漿效果好，壓實度在振動8遍后壓實度均合格。

3.4.3 混凝土力學(xué)性及耐久性。在現(xiàn)場試驗過程中，成型不同強(qiáng)度等級的7 d、28 d、90 d齡期試塊，后期試驗可知，隨齡期的增長混凝土強(qiáng)度發(fā)展正常，且90 d抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍均滿足設(shè)計要求。同時對現(xiàn)場碾壓混凝土進(jìn)行鉆芯取樣檢測，從混凝土芯樣可觀察到混凝土表面光滑密實，骨料分布均勻、無空洞，層與層之間結(jié)合良好，層面的處理材料和處理方式滿足施工要求，芯樣的90 d抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍能滿足設(shè)計要求（見表2）。

3.4.4 試驗結(jié)論。碾壓混凝土C9020W6F50、C9015W4F50設(shè)計配合比的拌合物工作性能、力學(xué)性能及耐久性能均能滿足施工、設(shè)計要求，并且通過現(xiàn)場試驗確定了上壩碾壓混凝土的VC值宜控制在5～10 s，攤鋪厚度為34 cm，二級配混凝土、三級配混凝土靜碾2遍、振碾8遍后的施工參數(shù)。

3.5 質(zhì)量控制

①碾壓混凝土的原材料應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)程要求進(jìn)行全面檢驗檢測，進(jìn)場檢驗結(jié)果應(yīng)滿足相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，不合格產(chǎn)品不應(yīng)使用。砂石骨料的含水率和細(xì)骨料的石粉含量影響混凝土的單位用水量和VC值，應(yīng)每12 h進(jìn)行施工自檢，根據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整配合比、用水量及砂率。

②混凝土澆筑碾壓施工參數(shù)如壓實機(jī)具的型號和規(guī)格、鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度等應(yīng)按碾壓試驗確定指標(biāo)控制，不得隨意變動。

③上壩施工時應(yīng)嚴(yán)格控制入倉混凝土溫度、VC值、含氣量及每層混凝土壓實度的檢測和記錄，并按要求進(jìn)行碾壓混凝土抗壓、抗?jié)B、抗凍等試驗的取樣工作。

④碾壓混凝土平料時，挖掘機(jī)宜把混凝土混合均勻，并配合人工操作，避免倉面出現(xiàn)混凝土攤鋪不均勻，從而導(dǎo)致的大粒徑骨料集中。

⑤施工必須提高碾壓混凝土的碾壓工藝水平，包括碾壓條帶邊緣的處理，碾壓條帶的搭接寬度，對大壩兩側(cè)邊緣薄弱段按碾壓試驗要求可適當(dāng)增加碾壓遍數(shù)，確保碾壓混凝土質(zhì)量。嚴(yán)格控制層間允許的間隔時間，對施工縫和冷縫的處理嚴(yán)格按照施工技術(shù)要求進(jìn)行。

⑥天氣變化對碾壓混凝土的工作性能影響較大，施工時應(yīng)根據(jù)天氣實施相應(yīng)的措施，比如高溫、降雨等。

4 結(jié)語

在對冉渡灘水庫工程碾壓混凝土配合比的試驗研究中，通過現(xiàn)場碾壓試驗驗證了室內(nèi)試驗設(shè)計的碾壓混凝土配合比工作性能良好，能夠滿足設(shè)計和施工的要求，并且確定了冉渡灘水庫的大壩碾壓混凝土的施工參數(shù)、質(zhì)量控制及措施。冉渡灘水庫于2018年3月開始澆筑第一倉大壩碾壓混凝土，大壩現(xiàn)場施工嚴(yán)格按照試驗配合比和施工參數(shù)進(jìn)行質(zhì)量控制，于2020年6月大壩封頂，至今水庫已正式蓄水，大壩整體運行情況良好。

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