碾压混凝土工艺性试验过程及施工参数的取定

周昌云

摘 要：通过现场施工工艺性试验确定碾压混凝土拌和参数、碾压施工参数、骨料分离控制措施、层间结合和层面处理技术措施、变态混凝土施工工艺等。同时，验证室内配合比的可碾性和合理性，实测碾压混凝土各项物理力学指标，评定其强度、抗渗、抗冻等特性，验证和确定碾压混凝土质量控制标准和措施。本文通过桐梓河圆满贯水电站工程实例，对碾压混凝土工艺性试验过程及施工参数的取定叙述如下：

关键词：碾压混凝土;工艺试验;配合比;混凝土取芯

1、工程概况

兴仁县打鱼凼水利枢纽工程位于北盘江一级支流麻沙河上，是麻沙河梯级规划开发的龙头水库，工程规模为中型水库，工程等别为Ⅲ等，该水利枢纽工程建筑物由拦河大坝、副坝、溢洪道、冲砂放空底孔组成，建筑物等级为3级。水库总库容为6060万m3，调节库容为3570万m3;正常蓄水位EL1248m，相应库容为5410万m3;死水位EL1230m，死水库容为1840万m3。水库设防洪水标准按100年一遇，校核洪水标准按1000年一遇。拦河大坝为碾压混凝土双曲拱坝，坝底建基面高程EL1170m，坝底结构宽22m，长40m。坝顶高程EL1250.50m，最大坝高80.50m，坝顶结构宽5m，最大坝长355m。

2、试验要求

为尽可能模擬坝体施工实际工况，工艺试验混凝土采用混凝土生产系统强制式拌和楼生产，混凝土拌和原材料采用与坝体混凝土施工相同的材料（人工砂石料、P.O42.5R普通硅酸盐水泥、鸭溪II级粉煤灰和外加剂），自卸汽车运输，平仓机仓内施工（摊铺、喷浆、碾压、振捣）设备与计划用于大坝碾压混凝土仓面施工的设备相同。

3、试验主要内容

3.1 混凝土基本性能检测试验

试验混凝土的品种：C20二级配、C15三级配以及相应强度等级两种变态混凝土。

（1）园满贯水电站碾压混凝土筑坝原材料：水泥、粉煤灰、外加剂、骨料等的品质检验;

（2）园满贯水电站碾压混凝土坝室内试验推荐的混凝土配合比验证及调整;

（3）混凝土拌和楼出机口碾压混凝土拌和物质量控制检测，碾压混凝土性能试验（VC值、含气量、容重、凝结时间、温度）;

（4）仓面碾压混凝土拌合物质量控制监测，碾压混凝土性能试验（VC值、含气量、容重、凝结时间、温度）;

（5）出机口碾压混凝土力学性能试验（包括容重，7d、28d、90d抗压强度、抗拉强度、抗压弹模、抗冻、抗渗性能），并进行28d、90d极限拉伸值测定;

（6）现场90d碾压混凝土钻孔取芯样物理力学性能试验（包括容重、抗压强度、抗拉强度、静力弹性模量、抗渗、抗冻等），并进行28d、90d极限拉伸值测定;

（7）碾压混凝土内部温升，自身体积变形观测;

（8）碾压混凝土层间及自身抗渗的压水性试验。

3.2 碾压混凝土层面结合和施工缝面结合影响因素及控制方法试验

（1）不同级配和强度等级碾压混凝土的层面的抗剪（断）强度试验;

（2）不同级配和强度等级碾压混凝土初凝后层面处理（铺砂浆、净浆）与不处理的层面抗剪（断）强度试验。

3.3 施工工艺

（1）混凝土拌和楼运转试验（碾压混凝土拌和投料次序、拌和时间、生产能力等）;

（2）骨料系统运转试验（包括砂石料成品质量试验、系统生产能力及配套试验）;

（3）碾压混凝土仓面雾化状态的建立和养生试验;

（4）碾压混凝土施工工艺和机具协调配合试验;

（5）碾压混凝土现场质量控制、标准研究;

（6）变态混凝土加浆的施工设备及工艺;

（7）研究碾压参数与压实度的关系，确定碾压混凝土的最佳压实密度。

4、试验场地布置

（1）试验块尺寸为长×宽为20×15m，上、下游设置50cm变态混凝土。试验块（采用普通硅酸盐水泥）分成四个区，分别为R1（C15三级配碾压混凝土）和R2（C20二级配碾压混凝土）自然入仓区，C1（二级配变态砼）、C2（三级配变态砼）。

5、混凝土配合比校正及原材料适应性试验

5.1 室内混凝土配合比校正试验

配合比校正：包括原材料检测和配合比校正两部分，原材料的检测项目在前面“试验项目及组数”里提到;配合比校正保持混凝土水胶比与配合比设计时一致，用现场原材料验证碾压混凝土用水量、砂率、含气量，并根据试验结果进行相应调整。

5.2 试验项目及组数

（1）混凝土原材料检测

5.3 拌和物均匀性试验

在现场工艺试验前，进行均匀性试验，确定拌和时间，确保拌合物的均匀性和工作性。

选择90S、120S、150S、180S四种不同的拌和时间的Vc值、含气量正常条件下进行混凝土均匀性试验。拟订的两种投料顺序为：第一种方式C20二级配：砂+水泥+粉煤灰→水+外加剂→小石+中石;C15三级配：砂+水泥+粉煤灰→水+外加剂→小石+中石+大石;第二种方式C20二级配：水泥+粉煤灰+砂→水+外加剂→小石+中石;C15三级配：水泥+粉煤灰+砂→水+外加剂→小石+中石+大石。采用洗分析法检测骨料含量;采用砂浆密度分析法检测砂浆密度。根据试验结果确定砼拌和投料顺序拌和时间。

5.4 现场碾压砼试验参数的确定

（1）碾压混凝土施工工艺流程

混凝土拌和→汽车运输→车轮冲洗→车轮脱水→卸料→摊铺→碾压→压实度检测。混凝土拌和用1×2m3强制式拌和楼拌和。采用自卸汽车运输，要求驾驶室内挂牌标明砼的级配、强度等级。为防止混凝土拌和物在接料过程中骨料过于集中，要求汽车在拌和楼接料时，必须坚持多点下料。砼运输汽车入仓之前，必须冲洗轮胎和汽车底部粘着的泥土、污物，冲洗时汽车需在冲洗点走动1～2次，同时要求脱水道路（碎石填铺道路）长度不得小于30m。汽车驶入碾压砼仓面后，应平稳慢行，避免在仓内急刹车，急转弯等有损已施工砼质量的操作。汽车在仓面的卸料采用两点卸料法，即汽车驶上条带后开始卸料，卸过一半后在车斗门不关的情况下前行2m～4m左右继续卸料。同时要求每层起始条带料堆位置距端模板4～5m，距侧模板1.5m。每层第一条带卸料完后，人工将料堆周边集中的粗骨料分散到料堆顶部，平仓机再将混凝土拌合物向端头模板侧推平达到平仓厚度，最后调头开始平仓，并保持条带前部略低，以降低汽车卸料落差，达到减少骨料分离的目的。仓面平仓后要求做到基本平整，无显著坑洼。摊铺完成后，进行碾压，碾压后10min压实度检测。

（2）每层碾压参数的确定

本次试验共分为十层，第一层检测铺筑厚度为35cm时，以确定碾压遍数与压实容重的最优结合，对铺筑厚度35cm的碾压层的砼采取兩次下料;第二层试验在掺入不同用量的高效缓凝减水剂时，测定出碾压砼的初、终凝时间与仓面温度的变化关系;第三层、第四层试验确定两种碾压混凝土的Vc值与压实容重及可碾性的关系，以检验施工配合比的可行性。设计碾压混凝土的Vc值分别为3″、7″、9″、12″4个点，由拌和楼控制Vc值，并用确定的铺料厚度、碾压遍数等工艺参数在8个单元内进行试验，通过观测陷碾、粘碾、检测容重等分析确定碾压混凝土的Vc值与容重γ和可碾性的关系，确定碾压混凝土Vc值的使用范围;第五层、第六层分别设计不冲毛铺砂浆、冲毛铺砂浆、洒净浆和不铺砂浆或净浆四个工况进行层间结合碾压试验，间隔时间暂定为八小时;第七层、第八层分别设计不冲毛铺砂浆、冲毛铺砂浆、洒净浆和不铺砂浆或净浆四个工况进行层间结合碾压试验，间隔时间暂定为十二小时;第九层、第十层分别测定铺筑厚度为25cm、45cm时，碾压遍数与压实容重的关系。变态砼从第一层至十层采取各层不同的加桨量（3%—12%），测出合理最优加桨量。从第一层至十层由测量控制组测定不同铺料厚度的压实厚度，通过试验计算出压实度，满足设计提出的98%压实度要求。

5.5 碾压混凝土试验检测

在进行各层工况试验时，及时进行碾压混凝土的各项试验检测，具体试验检测项目列于下表。

5.6 室内层面抗剪试验

5.7 变态混凝土性能检测

变态混凝土施工是在已摊铺好的碾压混凝土拌和物中，掺入适量水泥煤灰浆液，然后用高频振动棒振捣密实。水泥粉煤灰浆的掺量通过试验确定。本次变态混凝土施工试验采用不同的施工工艺进行，选用底部加浆、底部及中部15cm加浆、挖槽至底部和挖槽至中部15cm加浆以及表层加浆，加浆量按混凝土体积的6%～8%进行试验。施工现场有专人负责浆液计量、铺洒和浆液质量控制。检测项目有浆液比重，坍落度，相应的性能取样和强度取样。

6、钻孔取芯

在上述工况的碾压混凝土达到一定龄期后，在典型单元内进行钻孔取芯试验，钻芯试验根据试验内容和试件的要求进行选取，通过钻取芯样试验对本工程碾压混凝土施工配合比和施工质量进行全面评价。在钻取芯样的同时对不同工况下的碾压混凝土进行压水试验，并检验层间结合的抗渗能力情况进行钻孔取芯，从外观上观察芯样的质量，并且结合芯样抗剪、抗压试验检验混凝土不同层间结合的情况，2013年6月项目部对大坝进行了取芯，最长单根芯样长10.35米，根据现场芯样试验各项性能参数满足设计要求。

7、结论

通过现场工艺试验取定的参数为：碾压混凝土铺料层厚度：35cm，碾压遍数：2无+6振+2无;Vc值：机口2～3s，仓面5～7 s;拌和时间：120 s，改变拌和楼后为45 s，投料次序：砂+水泥+粉煤灰→水+外加剂→小石+中石+大石;变态砼加净浆比重：1.65（按砼体积比的6%掺入）;砼凝结时间：8～12h。

通过对90d试件强度检测，机口试件强度≥设计强度，现场芯样90d试件强度≥设计强度，90d抗渗指标≥设计抗渗指标。机口、现场芯样强度保证率，P=82%为合格。现场芯样外观表面光滑，断口面骨料分散均匀且胶结致密，湿表观密度大于配合比设计值97%。芯样获得率为85%，水压试验：单位吸水率为0.92Lu。完全满足设计、规范要求。室内提出的施工配合比是合理可行的，对正式的大坝碾压混凝土施工提供了依据。