碾压混凝土施工工艺试验研究

蔡胜华，杨华全，王晓军，王迎春，王仲华

碾压混凝土施工工艺试验研究

蔡胜华，杨华全，王晓军，王迎春，王仲华

（长江科学院材料与结构研究所，武汉 430010）

通过彭水水电站大坝工程碾压混凝土现场工艺生产性试验，对拌和工艺、碾压工艺、层面处理技术措施、变态混凝土施工工艺等进行了试验研究，经机口取样、钻孔取芯、压水试验和原位抗剪试验，验证了室内试验选定的碾压混凝土配合比的可碾性和合理性，确定了合适的施工工艺，为工程施工提供了依据。

彭水水电站；碾压混凝土；施工工艺

彭水水电站大坝为碾压混凝土弧形重力坝，最大坝高116.5 m，碾压混凝土总方量为61万m3左右。为了确定大坝工程碾压混凝土的拌和工艺参数、碾压施工参数、层面处理技术措施、变态混凝土施工工艺，验证混凝土配合比的可碾性和合理性，进行了现场碾压混凝土施工工艺生产性试验。

1 原材料及配合比

1.1 水泥、粉煤灰、外加剂

试验采用华新水泥股份有限公司生产的42.5中热硅酸盐水泥，重庆珞璜电厂Ⅰ级粉煤灰，江苏博特新材料股份有限公司生产的JM-Ⅱ（c）缓凝高效减水剂及JM-2000引气剂。

1.2 骨 料

碾压混凝土工艺性试验采用鸭公溪砂石系统生产的以灰岩为母岩的人工砂石骨料。人工砂经检验，其细度模数为2.69～2.71，石粉含量为14.4% ～14.5%，＜0.08 mm颗粒为5.26% ～5.42%。人工碎石表观密度为2 720 kg／m3，吸水率为0.41%。

1.3 配合比

本次工艺性试验采用大坝C9020 F150W10、C9015 F100W6碾压混凝土进行，使用的配合比是根据碾压混凝土设计要求及室内试验拟定。碾压混凝土及层面结合所用的砂浆和净浆配合比见表1。

2 工艺试验

2.1 拌和工艺试验

碾压混凝土主要由设在EL290的2＃楼、3＃楼（4×4.5 m3自落式）两座拌和楼供料，施工高峰期设在EL262的1＃楼（2×3 m3强制式）也将参与供料。为确保混凝土拌和质量，分别对1＃楼、2＃楼进行了碾压混凝土拌和工艺试验，试验内容包括不同拌和时间、投料顺序、单机拌和量对碾压混凝土拌和物均匀性影响，经试验检测，在各工况下，机前、机中、机尾碾压混凝土拌和物的砂浆含量、骨料级配均满足要求。

表1 碾压混凝土及层面结合所用砂浆（净浆）工艺性试验施工配合比Table 1 Mix proportions of mortar（cement paste）for RCC and combinations of surface layers in construction technology tests

2.2 碾压工艺试验

试验块的平面尺寸为长32 m、宽16 m，分A，B，C，D 4个区域，每个区域分2个条带；A，B 2个区为C9015W6F100三级配碾压混凝土，C，D 2个区为C9020W10F150二级配碾压混凝土；靠近长边模板边缘0.5 m宽，短边模板边1.0 m宽浇筑变态混凝土。试验块高度方向分7层，底层为找平混凝土，其中第1层、第2层为30 cm，第3层35 cm，第4层40 cm，第5、6层为30 cm。

在第1层至第4层安排了不同碾压遍数与压实度的关系试验，见表2。

表2 碾压遍数与压实度关系试验安排表Table 2 Experiment arrangement for the relationships between rolling time and compaction degree

振动碾为BW202AD，采用低频高振，行走速度控制在1.3～1.5 km／h左右，当碾压混凝土达到规定的碾压遍数后，进行压实度检测试验。入仓摊铺碾压混凝土的VC值在3～11 s范围内。图1、图2为压实度与碾压遍数关系曲线。

从图1、图2可知，有振碾压6遍，压实度就能达到98%以上的设计要求；有振碾压8遍时压实度最大，有振碾压10遍与碾压8遍时的压实度基本相同，碾压12遍后压实度有降低的趋势。因此，可以认为无振2遍＋有振6～8遍为最佳碾压遍数。

2.3 变态混凝土施工工艺

变态混凝土施工均采取面层加浆，加浆量为6%，辅以振捣棒振捣的方式。

图1 压实度与碾压遍数关系曲线（层厚30 cm）Fig.1 Curves of relationship between compaction degree and rolling time with rolling thick 30 cm

图2 压实度与有振碾压遍数关系曲线（层厚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 碾压混凝土层间处理及原位抗剪试验

为了解碾压混凝土连续上升层的间歇时间及层间处理方法对层面结合的影响，在试验块各层之间设置不同的间歇时间和层间处理方案，见表3。按表3施工的层面结合效果将通过其混凝土芯样试验、原位抗剪试验及压水试验来论证分析。

表3 不同层面结合条件下RCC现场原位抗剪特性参数Table 3 Characteristic parameters of RCC field anti-shear tests under different conditions of combination between layers

原位抗剪试验布置在试验块的第5和第6层，以第5层为基层，第6层布置4个条带16个试验区，安排16组不同级配、不同间隔时间和层面处理方法的原位抗剪试验。通过试验计算得到的不同层面结合条件下RCC现场原位抗剪特性参数见表3。从表3可以看出：

对于三级配碾压混凝土，试验采用的7种间隔时间和层面处理工艺组合，其摩擦系数f′在1.05～1.46之间，粘聚力 c′在1.16～2.38 MPa之间，达到了 f′＞1.0，c′＞1.0 MPa的设计要求；对于二级配碾压混凝土，试验采用的7种间隔时间和层面处理工艺组合，其摩擦系数 f′在1.05～1.47之间，粘聚力 c′在1.22～2.62 Pa之间，也能满足 f′＞1.0，c′＞1.2 Pa的设计要求。

根据试验块浇筑时段、室外碾压混凝土凝结时间试验结果判断，间歇时间在6 h以内，碾压混凝土尚未初凝，层间结合缝属于热缝；间歇时间为8，12，18，26 h时，碾压混凝土处于初凝后终凝前的阶段，层间结合缝属于温缝；间隔时间为45～48 h时，碾压混凝土已经终凝，层间结合应按冷缝处理。

3 拌和物性能和混凝土力学性能

机口取样碾压混凝土拌和物及硬化混凝土力学性能试验结果列于表4，试验结果表明：

（1）机口碾压混凝土拌和物 VC值在3.7～7.9 s之间，平均6.1 s；三级配碾压混凝土拌和物的含气量在2.8% ～3.5%之间，平均3.1%；二级配碾压混凝土拌和物的含气量在2.5%～4.0%之间，平均3.1%。

（2）仓面碾压混凝土VC值比机口提高1.1～2.5 s，平均提高约2 s，仓面碾压混凝土的含气量比机口降低0.1% ～0.6%，平均降低约0.3%。

表4 出机口碾压混凝土拌和物及硬化混凝土力学性能试验结果Table 4 Performances of RCC mixture and hardened concrete taken from a mixing plant

（3）90 d龄期的抗压强度，二级配在32.6～45.5 MPa之间，平均39.0 MPa；三级配在28.4～32.6 MPa之间，平均30.4 MPa，高于室内配合比试验二级配28.0 MPa、三级配24.0 MPa的试验结果。

（4）90 d龄期的极限拉伸值满足设计要求；抗压弹性模量三级配平均41.0 GPa，二级配平均42.8 GPa，与 室 内 配 合 比 试 验 时 的 41.9 GPa和42.8 GPa基本相同，都反映出灰岩混凝土抗压弹性模量较高的特性。

（5）抗渗性能满足设计抗渗等级的要求。

4 钻芯取样及压水试验

4.1 芯样获得率及外观评述

在试验块上进行了73孔次的钻芯取样，表5为试验块钻芯取样数量及芯样获得率。从碾压混凝土芯样的外观评来看，各区混凝土的芯样均较为完整，芯样获得率高。

表5 钻芯取样数量及芯样获得率Table 5 The amount of core boring and core recovery rates of core samples

4.2 芯样的物理力学性能

混凝土芯样90 d龄期的物理力学性能试验结果表明：

（1）抗压强度。二级配碾压混凝土在23.5～36.8 MPa之间，平均31.3 MPa；三级配碾压混凝土在20.2～30.1 MPa之间，平均26.5 MPa，与室内配合比试验结果比较接近。二级配变态混凝土芯样平均抗压强度为30.2 MPa，三级配变态混凝土芯样平均抗压强度为27.0 MPa，低于室内配合比试验二级配35.0 MPa和三级配31.4 MPa的试验结果。

（2）极限拉伸值满足设计要求。但低于机口取样试件的极限拉伸值，主要原因是试验时轴向难于对中以及芯样的不均匀性，三级配混凝土还存在全级配与湿筛混凝土之间的关系问题。

（3）抗压弹性模量，三级配碾压混凝土平均值为36.6 GPa，二级配碾压混凝土平均值为38.6 GPa，低于机口取样试件的抗压弹性模量。

（4）劈裂抗拉和轴拉强度低于机口取样混凝土的劈裂抗拉和轴拉强度试验值。

（5）芯样的抗冻性能、抗渗性能满足要求。

（6）芯样的湿密度检测结果表明，不同压实厚度的二级配、三级配碾压混凝土湿密度都达到了理论值的99%以上。

4.3 压水试验

在试验块的二级配变态混凝土区、二级配碾压混凝土区、三级配碾压混凝土区和三级配变态混凝土区分别进行了钻孔压水试验。孔位在区内随机布置，孔深为1.65 m，不超过1.70 m，主要针对第1至第2层间、第2至第3层间、第3至第4层间的3个层面，对应深度分别为1.65，1.35，1.00 m。4个孔共完成 12段压水试验。压水试验结果表明：碾压混凝土区的透水率为零，说明在试验配合比和工艺试验条件下，试验块体的碾压混凝土密实、层间结合良好，具有较好的抗渗性能。二级配变态混凝土区第2试段透水率为0.52 Lu，可能与局部振捣不够充分有关。

5 结 语

（1）在各工况下，机前、机中、机尾碾压混凝土拌和物的砂浆含量、骨料级配比例均满足要求。

（2）不同压实厚度的二级配、三级配碾压混凝土压实度都达到了理论值的99%以上，最佳碾压遍数为无振2遍＋有振6～8遍。为保证碾压质量，碾压层厚宜采用30～35 cm。

（3）机口取样混凝土90 d龄期的抗压强度、极限拉伸值、抗渗等级满足设计要求。

（4）试验块碾压混凝土芯样较为完整，芯样获得率高；芯样力学性能、抗冻性能、抗渗性能均能满足设计要求。

（5）原位抗剪试验表明，采用的7种间隔时间和层面处理工艺组合，三、二级配碾压混凝土均能满足 f′＞1.0，c′＞1.0 MPa和 f′＞1.0，c′＞1.2 MPa的设计要求。

（6）压水试验结果表明，在试验配合比和工艺试验条件下，试验块体的碾压混凝土密实、层间结合良好，具有较好的抗渗性能。

（7）生产性工艺试验确定的工艺参数的科学性，经大坝碾压混凝土施工得到证明，为工程施工提供了科学依据。

［1］ 王迎春，蔡胜华，杨华全.彭水水电站混凝土配合比设计及性能试验研究总报告［R］.武汉：长江水利委员会 长江 科 学院 ，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））

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［3］ 蔡胜华，王晓军，王迎春，等.彭水水电站碾压混凝土施工工艺及原位抗剪试验［R］.武汉：长江水利委员会长江科学院，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））

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［5］ 郑鼎雄，魏 毅.彭水电站碾压混凝土弧形重力坝施工技术［J］.云南水力发电，2008，24（6）：54－57.

［6］ 姜福田.碾压混凝土坝的层面与影响［J］.水利水电技术，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

国家自然科学基金重点项目（50539010）

蔡胜华（1964-），男，江西南昌人，教授级高级工程师，工学硕士，主要从事水工材料试验研究工作，（电话）027-82829881（电子信箱）shcai989＠163.com。

（编辑：周晓雁）