高掺量粉煤灰碾压混凝土在筑坝工程中的应用

陈 浩

（江西星光建设工程有限公司，江西 南昌 330000）

碾压混凝土是一种贫混凝土，贫混凝土具有施工速度快、成本低等诸多优势，使用贫混凝土铸造的堤坝，性能更加可靠，适合大范围推广应用。碾压混凝土材料的掺合料、外加剂的配合比，直接决定了筑坝工程的施工质量。其中粉煤灰作为一种掺合建筑材料，比传统建筑材料具有更高的活性，能够减少水泥用量，并且具有更加出众的综合性能，是建造碾压混凝土堤坝的首选材料[1]。

大部分混凝土的粉煤灰掺量在1/3～3/5之间，因煤灰具体掺量的差异，其混凝土材料的性能也会不同。具体掺量需要结合工程实际进一步确定。为打造优质绿色工程，江西某大型水利工程，需要对高掺粉煤灰碾压混凝土的各项技术性能指标与实际应用效果进行综合性评价，下面对碾压混凝土的一系列参数、性能进行试验分析。

1 试验内容

1.1 试验材料

（1）水泥：本次研究中使用海螺公司生产的复合硅酸盐水泥，该水泥对应的力学性能如表1所示。

表1 水泥物理力学性能试验

（2）粉煤灰：使用海螺公司生产的Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰性能如表2所示。

表2 Ⅱ级粉煤灰性能

1.2 混凝土配合比设计

对本次拟建造的水利工程状况进行综合分析，最终决定使用的碾压混凝土级别为3级，最大水灰比不超过65%，总计胶凝材料的使用量至少为130 kg/m3，其中氧化镁的掺量占比约为5%。对实际的实验数据进行分析，最终决定需要掺入的引气剂含量，通过掺杂适量的引气剂，可以保证碾压混凝土的含气量控制在2%～3.5%，混凝土初次凝结时间需要超过6 h。

最后一次凝结时间需要在10 h以内，同时要求最终设计的碾压混凝土密度至少需要达到2 250 kg/m3，强度需要超过80%并达到C9010级别。碾压混凝土第90 d的抗渗等级需要达到W2，抗冻等级需要达到F50。需要保证的是碾压混凝土拌合物的VC值需要在3～8 s之间，混凝土的碾压工作结束后，其相对密实度需要超过97%，混凝土配合比设计见表3。

表3 混凝土配合比设计

2 碾压混凝土试验

2.1 碾压混凝土施工与取样

本次研究所使用的碾压混凝土型号为PH-3，采用大仓面薄层铺筑方式进行混凝土填筑。使用自卸车完成材料装卸，由推土机完成平仓工作，借助压路机对平仓面进行压实。

碾压方案：压路机碾压行进速度控制在1～1.5 km/h，规定混凝土搅拌到碾压结束的时长要小于2 h。固定方向段铺筑时，应逐条带碾压；任一条带碾压完成后，要结合对应的网格布点，对混凝土表面的密实度进行全面检测。

根据以上方法制作试验样本。

2.2 碾压混凝土性能测试

本次测试的试验指标：碾压混凝土Vc值、含气量、凝结时间，数据详见表4。

表4 碾压混凝土性能测试数据

结合表4测试结果可知，碾压混凝土中粉煤灰加入量与Vc值呈反比关系，碾压混凝土中粉煤灰占比达到70%左右时，碾压混凝土的性能达到最佳状态，因此在实际施工过程中，粉煤灰占比要控制在70%左右，以确保碾压混凝土的性能效果。

2.3 力学性能测试

相应的力学性能测试指标包括14 d、28 d、90 d的抗压强度等指标，图1、图2所示为测试结果：

图1 碾压混凝土抗压强度测试结果示意图

图2 碾压混凝土劈裂抗拉强度测试结果示意图

根据测试结果，随着碾压混凝土当中所含粉煤灰量的不断升高，不同的测试时长对应的一系列指标均存在不同程度的上升。这是因为此时粉煤灰的形态、活性等共同发生作用，并且伴随其中粉煤灰量的不断增多，对应的混凝土微观结构发生硬化，相应的力学性能也会得到提升。

使用不同量的粉煤灰90 d三种碾压混凝土的抗渗等级、抗冻等级均满足碾压混凝土实际设计要求（详见表5）。伴随粉煤灰含量的不断增加，分别冻融25次、50次的碾压混凝土相对动弹模量均有一定程度的提升，同时质量损失率在一定程度上有所下降，碾压混凝土整体上的抗冻性能得到提升，这是因为伴随在碾压混凝土中粉煤灰含量的增加，相应的微观结构密实度得以增加。

表5 碾压混凝土耐久性能试验结果

3 碾压混凝土的实际施工质量测评

本次研究采用钻孔取芯综合评价法，对大坝碾压混凝土的综合性能进行评价，通过钻取的方式，提取碾压混凝土芯样长度为14 m，该芯样直径为219 mm、190 mm。

3.1 碾压混凝土性能

仓面碾压后的混凝土Vc值控制在4.5～6.0之间，仓面混凝土浆体湿润、均匀分布，用于支撑混凝土和砂浆的骨料没有出现分离现象。

在碾压混凝土条带作业完成后的布点监测中，测得碾压混凝土表观密度在2 360～2 400 kg/m3，相对密实度在98%左右[2]，均符合设计技术要求。

3.2 碾压混凝土综合性

对芯样参数进行初步分析，发现该芯样的外观、组织性能、芯样的断口度等一系列参数均符合本次施工标准要求。

表观密度、抗压强度等参数的测试限期635 d，每项指标测试至少要进行3组[3]。根据测试结果，并核实完工后的碾压混凝土表观密度、芯样抗压强度、抗渗等级、抗冻等级等均可满足项目设计要求。

综合测试结果显示，粉煤灰掺量所占比为74%，同时碾压混凝土的一系列性能均符合本次项目的设计要求。

4 结论

控制碾压混凝土中粉煤灰掺量，可以在一定程度上提升堤坝筑造性能。实验过程中不断增加粉煤灰掺量，对于不同时长的混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度在一定程度上呈现上升趋势。经实践研究表明，90 d时长碾压混凝土的综合性能，均达到一定程度的增强，其中粉煤灰掺杂量为74%的碾压混凝土，以室内作为测试环境，每一项性能的测试结果均符合项目设计要求。