高摻量粉煤灰碾壓混凝土在筑壩工程中的應(yīng)用

陳 浩

（江西星光建設(shè)工程有限公司，江西 南昌 330000）

碾壓混凝土是一種貧混凝土，貧混凝土具有施工速度快、成本低等諸多優(yōu)勢(shì)，使用貧混凝土鑄造的堤壩，性能更加可靠，適合大范圍推廣應(yīng)用。碾壓混凝土材料的摻合料、外加劑的配合比，直接決定了筑壩工程的施工質(zhì)量。其中粉煤灰作為一種摻合建筑材料，比傳統(tǒng)建筑材料具有更高的活性，能夠減少水泥用量，并且具有更加出眾的綜合性能，是建造碾壓混凝土堤壩的首選材料[1]。

大部分混凝土的粉煤灰摻量在1/3～3/5之間，因煤灰具體摻量的差異，其混凝土材料的性能也會(huì)不同。具體摻量需要結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)一步確定。為打造優(yōu)質(zhì)綠色工程，江西某大型水利工程，需要對(duì)高摻粉煤灰碾壓混凝土的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)與實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，下面對(duì)碾壓混凝土的一系列參數(shù)、性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)材料

（1）水泥：本次研究中使用海螺公司生產(chǎn)的復(fù)合硅酸鹽水泥，該水泥對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能如表1所示。

表1 水泥物理力學(xué)性能試驗(yàn)

（2）粉煤灰：使用海螺公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，粉煤灰性能如表2所示。

表2 Ⅱ級(jí)粉煤灰性能

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

對(duì)本次擬建造的水利工程狀況進(jìn)行綜合分析，最終決定使用的碾壓混凝土級(jí)別為3級(jí)，最大水灰比不超過(guò)65%，總計(jì)膠凝材料的使用量至少為130 kg/m3，其中氧化鎂的摻量占比約為5%。對(duì)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終決定需要摻入的引氣劑含量，通過(guò)摻雜適量的引氣劑，可以保證碾壓混凝土的含氣量控制在2%～3.5%，混凝土初次凝結(jié)時(shí)間需要超過(guò)6 h。

最后一次凝結(jié)時(shí)間需要在10 h以內(nèi)，同時(shí)要求最終設(shè)計(jì)的碾壓混凝土密度至少需要達(dá)到2 250 kg/m3，強(qiáng)度需要超過(guò)80%并達(dá)到C9010級(jí)別。碾壓混凝土第90 d的抗?jié)B等級(jí)需要達(dá)到W2，抗凍等級(jí)需要達(dá)到F50。需要保證的是碾壓混凝土拌合物的VC值需要在3～8 s之間，混凝土的碾壓工作結(jié)束后，其相對(duì)密實(shí)度需要超過(guò)97%，混凝土配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

2 碾壓混凝土試驗(yàn)

2.1 碾壓混凝土施工與取樣

本次研究所使用的碾壓混凝土型號(hào)為PH-3，采用大倉(cāng)面薄層鋪筑方式進(jìn)行混凝土填筑。使用自卸車(chē)完成材料裝卸，由推土機(jī)完成平倉(cāng)工作，借助壓路機(jī)對(duì)平倉(cāng)面進(jìn)行壓實(shí)。

碾壓方案：壓路機(jī)碾壓行進(jìn)速度控制在1～1.5 km/h，規(guī)定混凝土攪拌到碾壓結(jié)束的時(shí)長(zhǎng)要小于2 h。固定方向段鋪筑時(shí)，應(yīng)逐條帶碾壓；任一條帶碾壓完成后，要結(jié)合對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格布點(diǎn)，對(duì)混凝土表面的密實(shí)度進(jìn)行全面檢測(cè)。

根據(jù)以上方法制作試驗(yàn)樣本。

2.2 碾壓混凝土性能測(cè)試

本次測(cè)試的試驗(yàn)指標(biāo)：碾壓混凝土Vc值、含氣量、凝結(jié)時(shí)間，數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表4。

表4 碾壓混凝土性能測(cè)試數(shù)據(jù)

結(jié)合表4測(cè)試結(jié)果可知，碾壓混凝土中粉煤灰加入量與Vc值呈反比關(guān)系，碾壓混凝土中粉煤灰占比達(dá)到70%左右時(shí)，碾壓混凝土的性能達(dá)到最佳狀態(tài)，因此在實(shí)際施工過(guò)程中，粉煤灰占比要控制在70%左右，以確保碾壓混凝土的性能效果。

2.3 力學(xué)性能測(cè)試

相應(yīng)的力學(xué)性能測(cè)試指標(biāo)包括14 d、28 d、90 d的抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)，圖1、圖2所示為測(cè)試結(jié)果：

圖1 碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果示意圖

圖2 碾壓混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果示意圖

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，隨著碾壓混凝土當(dāng)中所含粉煤灰量的不斷升高，不同的測(cè)試時(shí)長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的一系列指標(biāo)均存在不同程度的上升。這是因?yàn)榇藭r(shí)粉煤灰的形態(tài)、活性等共同發(fā)生作用，并且伴隨其中粉煤灰量的不斷增多，對(duì)應(yīng)的混凝土微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生硬化，相應(yīng)的力學(xué)性能也會(huì)得到提升。

使用不同量的粉煤灰90 d三種碾壓混凝土的抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)均滿足碾壓混凝土實(shí)際設(shè)計(jì)要求（詳見(jiàn)表5）。伴隨粉煤灰含量的不斷增加，分別凍融25次、50次的碾壓混凝土相對(duì)動(dòng)彈模量均有一定程度的提升，同時(shí)質(zhì)量損失率在一定程度上有所下降，碾壓混凝土整體上的抗凍性能得到提升，這是因?yàn)榘殡S在碾壓混凝土中粉煤灰含量的增加，相應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)密實(shí)度得以增加。

表5 碾壓混凝土耐久性能試驗(yàn)結(jié)果

3 碾壓混凝土的實(shí)際施工質(zhì)量測(cè)評(píng)

本次研究采用鉆孔取芯綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)大壩碾壓混凝土的綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)鉆取的方式，提取碾壓混凝土芯樣長(zhǎng)度為14 m，該芯樣直徑為219 mm、190 mm。

3.1 碾壓混凝土性能

倉(cāng)面碾壓后的混凝土Vc值控制在4.5～6.0之間，倉(cāng)面混凝土漿體濕潤(rùn)、均勻分布，用于支撐混凝土和砂漿的骨料沒(méi)有出現(xiàn)分離現(xiàn)象。

在碾壓混凝土條帶作業(yè)完成后的布點(diǎn)監(jiān)測(cè)中，測(cè)得碾壓混凝土表觀密度在2 360～2 400 kg/m3，相對(duì)密實(shí)度在98%左右[2]，均符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

3.2 碾壓混凝土綜合性

對(duì)芯樣參數(shù)進(jìn)行初步分析，發(fā)現(xiàn)該芯樣的外觀、組織性能、芯樣的斷口度等一系列參數(shù)均符合本次施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

表觀密度、抗壓強(qiáng)度等參數(shù)的測(cè)試限期635 d，每項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試至少要進(jìn)行3組[3]。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，并核實(shí)完工后的碾壓混凝土表觀密度、芯樣抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)等均可滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。

綜合測(cè)試結(jié)果顯示，粉煤灰摻量所占比為74%，同時(shí)碾壓混凝土的一系列性能均符合本次項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

控制碾壓混凝土中粉煤灰摻量，可以在一定程度上提升堤壩筑造性能。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷增加粉煤灰摻量，對(duì)于不同時(shí)長(zhǎng)的混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度在一定程度上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。經(jīng)實(shí)踐研究表明，90 d時(shí)長(zhǎng)碾壓混凝土的綜合性能，均達(dá)到一定程度的增強(qiáng)，其中粉煤灰摻雜量為74%的碾壓混凝土，以室內(nèi)作為測(cè)試環(huán)境，每一項(xiàng)性能的測(cè)試結(jié)果均符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。