围滩水电站自密实堆石混凝土劈裂抗拉性能试验分析

2011-09-17宋文浚

山西水利科技 2011年3期

宋文浚

（山西省水利水电科学研究院太原 030002）

1 自密实堆石混凝土的特性

自密实堆石混凝土是利用自密实混凝土的抗分离、高流动性能好和自流动的特点，在粒径较大随机堆放的块石内依靠自密实混凝土自重填充堆石所形成的混凝土堆石体，简称堆石混凝土（Rock-filled Concrete，RFC）。堆石混凝土是一种全新的混凝土施工技术，利用了大量的大体积块石作为建筑材料，除强度、弹模等基本力学性能与普通大体积混凝土相近以外，还具有以下特点和性能优势。

1）减少水泥用量和充分利用石料

常规的C15~C25混凝土每立方米一般需要200~350 kg的水泥，而C15~C25堆石混凝土仅需要70~100 kg的水泥；单方水泥用量与碾压混凝土相当，与常规混凝土相比减少了70%左右。原因在于堆石混凝土用了大量的大体积块石（约55%）作为主要建筑材料，只需要使用45%的专用自密实混凝土进行空隙的充填，配合独有的低水泥自密实混凝土配合比设计方法，保证了低水泥用量的实现。由于只需拌和一级配的自密实混凝土，拌和规模大大减小，开采的石料、大石料直接入仓，小石料作为生产自密实混凝土的骨料，材料可充分利用。

2）显著提高工效，缩短工期

堆石混凝土施工使用的机械设备为常规设备，减少了混凝土的生产和浇筑量，无需振捣，减少和消除了温控措施和层面处理措施，施工工艺简单。堆石混凝土技术可采用机械化施工，降低了工人技术水平和质量管理水平对工程质量的影响，在提高了施工质量的基础上，明显缩短了工期。

3）高密实度与高强度保证率

通过独有的外加剂和科学的配合比设计，能够使用国内各地区不同的原材料配制成低成本、超强填充能力、高粘结力的专用自密实混凝土，保证堆石混凝土充填密实，提高混凝土和块石表面的粘结力，形成完整密实、有高强度保证率的堆石混凝土。检测数据表明，堆石混凝土的实际密度大于普通混凝土，具有很好的强度性能和抗渗性能。

4）低水化热

堆石混凝土的粗骨料为堆石，粒径大，单位体积自密实混凝土用量少，可以有效降低混凝土升温。

5）显著降低施工成本

堆石混凝土技术通过大量块石的使用、低水泥用量、工艺的简化、工效的提高，使其施工成本与其他大体积混凝土施工技术相比有显著降低。

6）良好的体积稳定性

堆石混凝土具有大块石稳定堆积构成的骨架，因而具有优良的体积稳定性，体积收缩小，具有较强的抗裂能力。

本文通过对自密实混凝土充填堆石体形成堆石混凝土试件进行切割以验证其密实性，并进行劈裂抗拉性能实验分析。

2 围滩水电站工程概况

围滩水电站位于丹河干流上，枢纽大坝在泽州县，控制流域面积2 418.5 km2，是以发电、城市生活用水和工业供水为主，兼顾生态旅游等综合利用的小型水电站。工程枢纽水库属小（I）型水库，电站总装机容量1 500 kW，工程等别为Ⅳ等。枢纽大坝水库正常蓄水位47 m，坝高59 m，工程建设内容包括蓄水工程、水电站工程、供水工程和交通工程四部分。

围滩水电站大坝原设计为浆砌石重力坝，受地形条件限制，施工速度慢，施工难度较大，通过对山西省正在施工的恒山水库、清峪水库堆石混凝土坝的调研，最终方案变更为C15自密实堆石混凝土坝的方案。

3 自密实堆石混凝土的形成和取样

在施工现场同步浇注模拟自密实堆石混凝土坝体，用标准钢模板支护，成型尺寸为1 800 mm×1 000 mm×2 000 mm，实验采用石块分层堆放、自密实混凝土分层浇筑填充空隙的方式，具体试验过程为：

1）用标准钢模支护成1 800 mm×1 000 mm×2 000 mm的长方体，将粒径不一的（产自水电站附近采石场，粒径大致在250～550 mm之间）用水洗净石块称重后，随机倒入，分两层，每层高度大约为1 000 mm。

2）在自然状态下晾干石块表面，保证试验处于和大坝堆石混凝土施工处于相同条件，在大坝浇筑同时也给试块浇筑，在自密实混凝土处于流动状态依靠自重密实充填。

3）浇筑完第一层，再随即倒入第二层石块，以同样的方法浇筑，直到自密实混凝土填满堆石并与钢模顶持平，自流水平即可。

试验过程中，打入钢模的石块重和自密实混凝土量见表1所示，可以说明堆石混凝土填充密实。

表1 石块重和自密实混凝土用量

自密实堆石混凝土在山西省围滩水电站工地施工现场浇筑成型，达到28天龄期后，再采用切割工具将堆石混凝土切割加工成立方体试件和棱柱体试件，抗压强度和劈裂抗拉强度试件加工尺寸为500 mm×500 mm×500 mm的立方体，弹模试件加工尺寸为450 mm×450 mm×900 mm的棱柱体。在切割石块时，由于堆石混凝土试件有局部不规则和切割机器的局限性，在尺寸上有稍许误差，其中样品A1、A4、C3做劈裂抗拉试验。