新疆某上游围堰堆石混凝土最佳配合比试验研究

【摘要】本工程结合现场实际进行了堆石混凝土配合比现场试验，根据施工过程存在的問题及时调整了最初堆石混凝土配合比，在满足围堰安全的条件下，根据气候条件分别确定了常温季节、冬季和层间结合自密实混凝土配合比；为堆石混凝土围堰汛前施工完毕提供了可靠依据。

【关键词】堆石混凝土；配合比；试验研究

堆石混凝土（Rock Filled Concrete，简称RFC），是利用自密实混凝土（SCC）的高流动、抗分离性能好以及自流动的特点，在粒径较大的块石（在实际工程中可采用块石粒径在500mm以上）内随机充填自密实混凝土而形成的混凝土堆石体。它具有水泥用量少、水化温升小、综合成本低、施工速度快、良好的体积稳定性、层间抗剪能力强等优点，能够适应国内各地不同的原材料，具有广泛的适应性，在迄今进行的筑坝试验中已取得了初步的成果。

1、工程概况

某水利枢纽工程位于新疆阿勒泰地区，属大（2）型Ⅱ等工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。总库容2.22亿m3，装机220MW，多年平均年发电量6.5亿kW·h。根据2010年阿勒泰地区所遇的60年一遇的大雪，以及所造成的混合型洪水，充分体现了洪水的不确定性，通过经济技术比较本工程上游围堰采用堆石砼围堰施工的方案。

2、堆石砼试验配合比方案

通过工程类比，拟定了最初配合比，但堆石混凝土性能同原材料有密切关系，特别是原材料中砂石料级配及细度模数的变化，不做现场试验无法满足施工要求。

2.1 堆石混凝土试验配合比的确定

通过工程类比及工程经验，初步确定3个方案的自密实混凝土实施配合比，主要内容详见表1。

根据现场实际拌和情况，中砂、小石用量可在±5%的范围内调整，水泥用量可在-10kg～20kg 的范围内调整，粉煤灰用量可在-20～10kg 的范围内调整，水胶比变化范围不得超过-0.02～0.01 的范围。小石的超径超过20mm比率大于5%时，必须将超径部分筛出方可进行自密实混凝土的生产。对砂的级配情况进行检测，除常规检测必须符合要求外，细度模数不得超过0.2，超过时必须重新进行配合比试验。水泥、粉煤灰、专用外加剂、水的称量误差不得超过±1%，砂石的称量误差不得超过±2%。拌合堆石混凝土须采用强制式搅拌机。

堆石混凝土的搅拌顺序为：将称量好的骨料和胶凝材料分别投入搅拌机干拌，在加入水和外加剂后继续搅拌60s以上（气温低于15℃时搅拌时间应不低于90s），目测堆石混凝土工作性能达到要求之后方可出机。

2.2 堆石混凝土试验方案及方案比选

本次针对前期成果的配合比进行了试验。混凝土拌合采用强制式单卧轴混凝土搅拌机，首先用水把搅拌机润湿，然后依次把称量好的石子、砂、水泥、粉煤灰放入搅拌机中，搅拌15秒停机。把称量好的水及外加剂混合后均匀倒入搅拌机中，重新启动搅拌机，搅拌80秒后出机，立即测扩展度、坍落度、V漏斗时间、含气量和抗压强度等。各项性能检测指标见表2，三种配合比各成型抗压试件3组，分别为3d、7d和28d。试件成果见表3。

由表2、表3可以看出，三种配合比均能满足设计要求，由表1可以看出，第三种配合比造价相对低，因此初定第三组配合比为实施配合比。

3、堆石混凝土施工配合比的调整

开工以后，初拟实施配合比存在以下问题：1、由于夏季、冬季气温相差巨大，因此自密实混凝土受气温的原因流动性较大；2、堆石入仓时堆石之间相互碰撞，产生大量石屑集中在层间，在浇筑过程中石屑影响了自密实混凝土的流动性，导致堆石之间自密实混凝土不能很好地填充，容易形成小的孔洞，降低围堰层间的抗剪强度。因此对堆石混凝土的配合比进行了调整。

由于工程区地处新疆阿勒泰地区，每年10月底就进入冬季施工期。根据施工进度安排，堆石混凝土围堰冬季施工无法避免，为此，本工程提出夏季及冬季不同的配合比，详见表4、表5。

为解决堆石入仓时碰撞而集中在层间的石屑对自密实混凝土流动性的影响，根据现场试验，对自密实混凝土的配合比进行了调整，得出层间结合面自密实混凝土配合比，详见表6。

4、堆石混凝土结果检测

本工程围堰于2011年8月开始浇筑，2012年5月完成全部混凝土的浇筑，2012年6月对围堰进行抽样检验，试验结果详见表7。

为检验堆石混凝土围堰自身的浇筑质量， 2012年6月在围堰上选取了2个检测点，进行钻孔压水试验，孔径Φ91mm，完成压水试验段长51m。压水实验结果见下表8。

5、结论

5.1 配合比调整后，围堰堆石混凝土的抗压强度完全满足设计要求（15MPa），并且在确保扩散度和堆石质量的条件下，自密实混凝土有很好的流动性，能够较好地填充块石之间的空隙，保证了堆石混凝土成品的密实度；

5.2 施工过程中因堆石入仓碰撞而产生了大量石屑，通过调整自密实混凝土的配合比加大其流动性，很好地解决了其层间因石屑而带来的阻流现象；

5.3 通过压水试验表明，堆石混凝土层间透水率较小，完全满足设计要求（小于5Lu），进一步说明自密实混凝土与堆石结合良好；

5.4 配合比调整后，水泥用量减少，减少了水化热的产生，这对没有温控措施的堆石混凝土而言尤为重要。

本工程结合现场实际进行了堆石混凝土配合比现场试验，根据施工过程存在的问题及时调整了最初堆石混凝土配合比，在满足围堰安全的条件下，根据气候条件分别确定了常温季节、冬季和层间结合自密实混凝土配合比；验证所选择配合比为本工程最优配合比，相比原配合比方案不仅节省了投资，同时加快了施工进度，为大坝基坑安全度汛提供了安全保障。

参考文献：

[1]金峰，安雪晖，石建军，张楚汉堆石混凝土及堆石混凝土大坝[J].水力学报，2005，11

[2]吴永锦，刘清 C20自密实混凝土在堆石混凝土中的应用[J].混凝土，2010（3）；117-120

[3]水利水电工程施工组织设计手册，中国水利水电出版社.

作者简介：王健，男，1984.7，新疆乌鲁木齐市人，大学本科，工程师，从事水利水电工程设计。