黄登水电站机制变态混凝土生产性试验及成果分析

刘兴辉

(中国水利水电第四工程局有限公司，青海 西宁 810007)

机制变态混凝土指在拌和楼生产碾压混凝土时，根据碾压混凝土拌制方量加入一定比例的灰浆所生产出的混凝土。黄登水电站工程变态混凝土主要用于岸坡基岩面、大坝上下游模板面、廊道、电梯井周边等振动碾碾压不到的部位。为验该工程采用机制变态混凝土的可行性、适用性，给大坝机制变态混凝土施工提供相关技术参数、保证率及施工经验，参建各方进行了机制变态混凝土生产性试验。

1 生产性试验

(1)试验目的。①对机制变态混凝土及下游常态混凝土出机口取样并进行抗压、劈拉、抗渗、抗冻、弹性模量等物理力学性能试验，验证机制变态混凝土的可行性及适用性。②验证碾压混凝土与机制变态混凝土搭接部位结合质量。③对现场人工加浆振捣变态混凝土、下游常态区混凝凝土与机制变态混凝土之间各项物理力学参数及施工功效进行对比。

(2)试验区选择。试验场地选在8～10号坝段1 435～1 438 m高程下游区域，机制变态混凝土试验区域选择在8号坝段，人工加浆变态混凝土试验区选择在9号坝段。

2 机制变态混凝土试验区施工工艺

(1)混凝土拌制。采用拌和楼拌制，拌制混凝土前对拌和楼进行清洗，空转运行将余水排出后进行拌料。

(2)运输方式。机制变态混凝土运输采用25 t自卸汽车运输入仓，驾驶室内挂牌标明混凝土的级配、标号。接料前对车厢进行清洗，并将余水排干后进行接料，运输过程中按要求加盖遮阳棚。

(3)卸料、平仓。自卸汽车直接进仓卸料，采用退铺法进行卸料；平仓设备采用CASE850K平仓机，局部不平的部位用人工辅助铺平。

(4)铺料方式。采用平层铺料，铺料厚度为(35±1)cm。

(5)加浆及振捣。人工加浆变态混凝土采用先插孔后加浆的方法，即在摊铺好的碾压混凝土面上用不小于Φ25 mm的造孔器人工造孔，造孔按梅花型布置，孔距约为30 cm，孔深25 cm。然后人工手提桶定量定孔数进行加浆，加浆量控制在混凝土量的4%、5%，加浆约15 min后进行振捣。

(6)温控。对机制变态混凝土试验区域专门铺设1组冷却水管，并埋设温度计2支，对其温控各环节数据进行记录、监控并分析。

(7)机制变态混凝土施工顺序。现场施工以先碾压后变态为原则，先对碾压部位铺料平仓，待碾压与变态混凝土结合部位静碾压后，再在碾压混凝土面上卸入机制变态混凝土，然后采用平仓机将变态混凝土推入相应区域后平仓、振捣，变态混凝土与碾压混凝土结合部位人工加密垂直插入振捣，之后振动碾沿结合部位骑缝碾压2遍。

3 生产性试验结果分析

3.1 材料用量

选取两个混凝土设计等级、级配都不相同的区域，分别将机制变态混凝土和现场加浆变态混凝土配合比进行对比。

第一个对比区域位于大坝下部RⅠ区，混凝土强度等级为C9025W8F100，三级配。①碾压混凝土。VC值为3～5 s，水胶比为0.45，砂率为31%，粉煤灰为55%，减水剂为1%，引气剂为0.15%，用水量88 kg/m3，水泥、粉煤灰、砂、5～20 mm粗骨料、20～40 mm粗骨料、40～80 mm粗骨料、减水剂、引气剂等材料单位体积用量分别为88、108、671、448、448、599、1.96、0.294 kg。②灰浆。水胶比0.45，粉煤灰掺量55%，减水剂掺量0.6%，用水量575 kg/m3，水泥、粉煤灰、减水剂等材料单位体积用量分别为575、703、7.67 kg。③机制变态混凝土。坍落度1～2 cm；用水量117 kg/m3；水泥、粉煤灰、砂、5～20 mm粗骨料、20～40 mm粗骨料、40～80 mm粗骨料、减水剂、引气剂等材料单位体积用量分别为117、143、671、448、448、599、2.34、0.294 kg；灰浆掺入比例为5%(体积比)。

第二个对比区域位于大坝上游面防渗混凝土RⅣ和变态混凝土CbⅠ区，混凝土强度等级为C9025W12F150二级配。①碾压混凝土。VC值为3～5 s，水胶比为0.44，砂率36%，粉煤灰掺量55%，减水剂掺量1%，引气剂掺量0.18%。用水量100 kg/m3，水泥、粉煤灰、砂、5～20 mm粗骨料、20～40 mm粗骨料、减水剂、引气剂等材料单位体积用量分别为102、125、753、603、737、2.27、0.409 kg。②灰浆。水胶比0.44，粉煤灰掺量50%，减水剂掺量0.6%。用水量575 kg/m3，水泥、粉煤灰、减水剂等材料单位体积用量分别为653、654、7.84 kg。③机制变态混凝土。坍落度为1～2 cm。用水量129 kg/m3，水泥、粉煤灰、砂、5～20 mm粗骨料、减水剂、引气剂等材料单位体积用量分别为135、158、753、603、737、2.66、0.409 kg，灰浆掺入比例为5%(体积比)。分析对比数据可以看出，机制变态混凝土是单位体积同强度等级碾压混凝土掺4%～6%灰浆拌制而成，原材料用量和现场加浆变态混凝土原材料用量相同。

3.2 拌和物性能试验

拌和物性能试验主要包括混凝土坍落度、含气量等试验，试验结果见表1。

通过对比分析，机制变态混凝土要满足现场施工浇筑要求，必须要考虑混凝土出机口和现场仓面混凝土拌和物性能的变化，主要是混凝土坍落度的损失，从表1的结果看出，出机口到30 min混凝土坍落度损失较快，故机制变态混凝土从拌和楼出机到现场振捣浇筑完成应控制在30 min内。

3.3 混凝土抗压强度检测

混凝土抗压强度检测成果见表2、3。

3.4 机制变态混凝土与人工加浆变态工艺对比

机制变态混凝土与人工加浆变态混凝土工艺有共同点也有各自的优缺点。

(1)优点。机制变态混凝土加浆量稳定可控，混凝土搅拌均匀，比人工加浆变态施工节省人工，施工方便，施工效率高，对人工插孔、加浆不方便施工的区域(如钢筋网密集区或小空间内)，采用机制变态，可加快施工进度，保证施工质量；人工加浆变态混凝土一次平仓到位，变态混凝土区域大小容易控制，仓面机械设备干扰较小。

表1 黄登水电站机制变态拌和物性能

表2 混凝土机口取样和仓面取样试验结果(90 d)

注：混凝土龄期90 d。

表3 混凝土现场取芯强度统计

(2)缺点。机制变态料和碾压料摊铺时要分别施工，存在相互干扰；人工变态插孔、加浆施工时需增加人工，且人工加浆量控制不均衡，施工缓慢，影响施工质量和整体施工进度，人工加浆变态浆液输送量不易控制，现场送浆管布置繁琐。

(3)共同点。碾压与变态搭接部位必须骑缝碾压才能保证变态区域和碾压区的良好过渡结合，加强振捣是保证变态混凝土上下层结合以及与碾压区结合质量的必要措施；机制变态和人工变态理论加浆量均为5%，运输方式和振捣方式也相同。

通过对比以上机制变态混凝土和人工加浆变态混凝土施工工艺的优缺点可以看出，机制变态混凝土更具优势。

3.5 试验结果分析

(1)从试验结果来看，芯样强度增长正常，抗压强度、极限拉伸值均满足设计要求，90 d龄期弹模在40.0 GPa左右，抗渗、抗冻均满足设计要求。

(2)从试验结果分析，5%加浆量机制变态混凝土强度、极限拉伸值略高于4%加浆量，也略高于现场人工5%加浆变态混凝土。

(3)从芯样外观看，碾压混凝土与机制变态混凝土搭接部位所取芯样密实性较好，骨料分布均匀骨料分布均匀。

(4)机制变态混凝土比人工加浆变态混凝土加浆量更容易控制，减少了插孔及加浆人工，方便施工，提高施工效率，整体质量简单易控，便于施工人员操作。

4 结 语

根据试验施工情况，机制变态混凝土各项参数均能满足设计要求，加浆量更容易控制，并减少了人员投入，提高了施工效率，保证了施工质量，试验取得了较好的效果。综上认为，可以将机制变态混凝土推广使用至廊道、观测房及竖井周边等空间较小的区域。