蔡勝華，楊華全，王曉軍，王迎春，王仲華

碾壓混凝土施工工藝試驗研究

蔡勝華，楊華全，王曉軍，王迎春，王仲華

（長江科學(xué)院材料與結(jié)構(gòu)研究所，武漢 430010）

通過彭水水電站大壩工程碾壓混凝土現(xiàn)場工藝生產(chǎn)性試驗，對拌和工藝、碾壓工藝、層面處理技術(shù)措施、變態(tài)混凝土施工工藝等進(jìn)行了試驗研究，經(jīng)機(jī)口取樣、鉆孔取芯、壓水試驗和原位抗剪試驗，驗證了室內(nèi)試驗選定的碾壓混凝土配合比的可碾性和合理性，確定了合適的施工工藝，為工程施工提供了依據(jù)。

彭水水電站；碾壓混凝土；施工工藝

彭水水電站大壩為碾壓混凝土弧形重力壩，最大壩高116.5 m，碾壓混凝土總方量為61萬m3左右。為了確定大壩工程碾壓混凝土的拌和工藝參數(shù)、碾壓施工參數(shù)、層面處理技術(shù)措施、變態(tài)混凝土施工工藝，驗證混凝土配合比的可碾性和合理性，進(jìn)行了現(xiàn)場碾壓混凝土施工工藝生產(chǎn)性試驗。

1 原材料及配合比

1.1 水泥、粉煤灰、外加劑

試驗采用華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的42.5中熱硅酸鹽水泥，重慶珞璜電廠Ⅰ級粉煤灰，江蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的JM-Ⅱ（c）緩凝高效減水劑及JM-2000引氣劑。

1.2 骨 料

碾壓混凝土工藝性試驗采用鴨公溪砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的以灰?guī)r為母巖的人工砂石骨料。人工砂經(jīng)檢驗，其細(xì)度模數(shù)為2.69～2.71，石粉含量為14.4% ～14.5%，＜0.08 mm顆粒為5.26% ～5.42%。人工碎石表觀密度為2 720 kg／m3，吸水率為0.41%。

1.3 配合比

本次工藝性試驗采用大壩C9020 F150W10、C9015 F100W6碾壓混凝土進(jìn)行，使用的配合比是根據(jù)碾壓混凝土設(shè)計要求及室內(nèi)試驗擬定。碾壓混凝土及層面結(jié)合所用的砂漿和凈漿配合比見表1。

2 工藝試驗

2.1 拌和工藝試驗

碾壓混凝土主要由設(shè)在EL290的2＃樓、3＃樓（4×4.5 m3自落式）兩座拌和樓供料，施工高峰期設(shè)在EL262的1＃樓（2×3 m3強(qiáng)制式）也將參與供料。為確?；炷涟韬唾|(zhì)量，分別對1＃樓、2＃樓進(jìn)行了碾壓混凝土拌和工藝試驗，試驗內(nèi)容包括不同拌和時間、投料順序、單機(jī)拌和量對碾壓混凝土拌和物均勻性影響，經(jīng)試驗檢測，在各工況下，機(jī)前、機(jī)中、機(jī)尾碾壓混凝土拌和物的砂漿含量、骨料級配均滿足要求。

表1 碾壓混凝土及層面結(jié)合所用砂漿（凈漿）工藝性試驗施工配合比Table 1 Mix proportions of mortar（cement paste）for RCC and combinations of surface layers in construction technology tests

2.2 碾壓工藝試驗

試驗塊的平面尺寸為長32 m、寬16 m，分A，B，C，D 4個區(qū)域，每個區(qū)域分2個條帶；A，B 2個區(qū)為C9015W6F100三級配碾壓混凝土，C，D 2個區(qū)為C9020W10F150二級配碾壓混凝土；靠近長邊模板邊緣0.5 m寬，短邊模板邊1.0 m寬澆筑變態(tài)混凝土。試驗塊高度方向分7層，底層為找平混凝土，其中第1層、第2層為30 cm，第3層35 cm，第4層40 cm，第5、6層為30 cm。

在第1層至第4層安排了不同碾壓遍數(shù)與壓實度的關(guān)系試驗，見表2。

表2 碾壓遍數(shù)與壓實度關(guān)系試驗安排表Table 2 Experiment arrangement for the relationships between rolling time and compaction degree

振動碾為BW202AD，采用低頻高振，行走速度控制在1.3～1.5 km／h左右，當(dāng)碾壓混凝土達(dá)到規(guī)定的碾壓遍數(shù)后，進(jìn)行壓實度檢測試驗。入倉攤鋪碾壓混凝土的VC值在3～11 s范圍內(nèi)。圖1、圖2為壓實度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線。

從圖1、圖2可知，有振碾壓6遍，壓實度就能達(dá)到98%以上的設(shè)計要求；有振碾壓8遍時壓實度最大，有振碾壓10遍與碾壓8遍時的壓實度基本相同，碾壓12遍后壓實度有降低的趨勢。因此，可以認(rèn)為無振2遍＋有振6～8遍為最佳碾壓遍數(shù)。

2.3 變態(tài)混凝土施工工藝

變態(tài)混凝土施工均采取面層加漿，加漿量為6%，輔以振搗棒振搗的方式。

圖1 壓實度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線（層厚30 cm）Fig.1 Curves of relationship between compaction degree and rolling time with rolling thick 30 cm

圖2 壓實度與有振碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線（層厚35 cm、40 cm）Fig.2 Curves of relationship between compaction degree and time of rolling by vibration with rolling thick 35 cm and 40 cm respectively

2.4 碾壓混凝土層間處理及原位抗剪試驗

為了解碾壓混凝土連續(xù)上升層的間歇時間及層間處理方法對層面結(jié)合的影響，在試驗塊各層之間設(shè)置不同的間歇時間和層間處理方案，見表3。按表3施工的層面結(jié)合效果將通過其混凝土芯樣試驗、原位抗剪試驗及壓水試驗來論證分析。

表3 不同層面結(jié)合條件下RCC現(xiàn)場原位抗剪特性參數(shù)Table 3 Characteristic parameters of RCC field anti-shear tests under different conditions of combination between layers

原位抗剪試驗布置在試驗塊的第5和第6層，以第5層為基層，第6層布置4個條帶16個試驗區(qū)，安排16組不同級配、不同間隔時間和層面處理方法的原位抗剪試驗。通過試驗計算得到的不同層面結(jié)合條件下RCC現(xiàn)場原位抗剪特性參數(shù)見表3。從表3可以看出：

對于三級配碾壓混凝土，試驗采用的7種間隔時間和層面處理工藝組合，其摩擦系數(shù)f′在1.05～1.46之間，粘聚力 c′在1.16～2.38 MPa之間，達(dá)到了 f′＞1.0，c′＞1.0 MPa的設(shè)計要求；對于二級配碾壓混凝土，試驗采用的7種間隔時間和層面處理工藝組合，其摩擦系數(shù) f′在1.05～1.47之間，粘聚力 c′在1.22～2.62 Pa之間，也能滿足 f′＞1.0，c′＞1.2 Pa的設(shè)計要求。

根據(jù)試驗塊澆筑時段、室外碾壓混凝土凝結(jié)時間試驗結(jié)果判斷，間歇時間在6 h以內(nèi)，碾壓混凝土尚未初凝，層間結(jié)合縫屬于熱縫；間歇時間為8，12，18，26 h時，碾壓混凝土處于初凝后終凝前的階段，層間結(jié)合縫屬于溫縫；間隔時間為45～48 h時，碾壓混凝土已經(jīng)終凝，層間結(jié)合應(yīng)按冷縫處理。

3 拌和物性能和混凝土力學(xué)性能

機(jī)口取樣碾壓混凝土拌和物及硬化混凝土力學(xué)性能試驗結(jié)果列于表4，試驗結(jié)果表明：

（1）機(jī)口碾壓混凝土拌和物 VC值在3.7～7.9 s之間，平均6.1 s；三級配碾壓混凝土拌和物的含氣量在2.8% ～3.5%之間，平均3.1%；二級配碾壓混凝土拌和物的含氣量在2.5%～4.0%之間，平均3.1%。

（2）倉面碾壓混凝土VC值比機(jī)口提高1.1～2.5 s，平均提高約2 s，倉面碾壓混凝土的含氣量比機(jī)口降低0.1% ～0.6%，平均降低約0.3%。

表4 出機(jī)口碾壓混凝土拌和物及硬化混凝土力學(xué)性能試驗結(jié)果Table 4 Performances of RCC mixture and hardened concrete taken from a mixing plant

（3）90 d齡期的抗壓強(qiáng)度，二級配在32.6～45.5 MPa之間，平均39.0 MPa；三級配在28.4～32.6 MPa之間，平均30.4 MPa，高于室內(nèi)配合比試驗二級配28.0 MPa、三級配24.0 MPa的試驗結(jié)果。

（4）90 d齡期的極限拉伸值滿足設(shè)計要求；抗壓彈性模量三級配平均41.0 GPa，二級配平均42.8 GPa，與 室 內(nèi) 配 合 比 試 驗 時 的 41.9 GPa和42.8 GPa基本相同，都反映出灰?guī)r混凝土抗壓彈性模量較高的特性。

（5）抗?jié)B性能滿足設(shè)計抗?jié)B等級的要求。

4 鉆芯取樣及壓水試驗

4.1 芯樣獲得率及外觀評述

在試驗塊上進(jìn)行了73孔次的鉆芯取樣，表5為試驗塊鉆芯取樣數(shù)量及芯樣獲得率。從碾壓混凝土芯樣的外觀評來看，各區(qū)混凝土的芯樣均較為完整，芯樣獲得率高。

表5 鉆芯取樣數(shù)量及芯樣獲得率Table 5 The amount of core boring and core recovery rates of core samples

4.2 芯樣的物理力學(xué)性能

混凝土芯樣90 d齡期的物理力學(xué)性能試驗結(jié)果表明：

（1）抗壓強(qiáng)度。二級配碾壓混凝土在23.5～36.8 MPa之間，平均31.3 MPa；三級配碾壓混凝土在20.2～30.1 MPa之間，平均26.5 MPa，與室內(nèi)配合比試驗結(jié)果比較接近。二級配變態(tài)混凝土芯樣平均抗壓強(qiáng)度為30.2 MPa，三級配變態(tài)混凝土芯樣平均抗壓強(qiáng)度為27.0 MPa，低于室內(nèi)配合比試驗二級配35.0 MPa和三級配31.4 MPa的試驗結(jié)果。

（2）極限拉伸值滿足設(shè)計要求。但低于機(jī)口取樣試件的極限拉伸值，主要原因是試驗時軸向難于對中以及芯樣的不均勻性，三級配混凝土還存在全級配與濕篩混凝土之間的關(guān)系問題。

（3）抗壓彈性模量，三級配碾壓混凝土平均值為36.6 GPa，二級配碾壓混凝土平均值為38.6 GPa，低于機(jī)口取樣試件的抗壓彈性模量。

（4）劈裂抗拉和軸拉強(qiáng)度低于機(jī)口取樣混凝土的劈裂抗拉和軸拉強(qiáng)度試驗值。

（5）芯樣的抗凍性能、抗?jié)B性能滿足要求。

（6）芯樣的濕密度檢測結(jié)果表明，不同壓實厚度的二級配、三級配碾壓混凝土濕密度都達(dá)到了理論值的99%以上。

4.3 壓水試驗

在試驗塊的二級配變態(tài)混凝土區(qū)、二級配碾壓混凝土區(qū)、三級配碾壓混凝土區(qū)和三級配變態(tài)混凝土區(qū)分別進(jìn)行了鉆孔壓水試驗?？孜辉趨^(qū)內(nèi)隨機(jī)布置，孔深為1.65 m，不超過1.70 m，主要針對第1至第2層間、第2至第3層間、第3至第4層間的3個層面，對應(yīng)深度分別為1.65，1.35，1.00 m。4個孔共完成 12段壓水試驗。壓水試驗結(jié)果表明：碾壓混凝土區(qū)的透水率為零，說明在試驗配合比和工藝試驗條件下，試驗塊體的碾壓混凝土密實、層間結(jié)合良好，具有較好的抗?jié)B性能。二級配變態(tài)混凝土區(qū)第2試段透水率為0.52 Lu，可能與局部振搗不夠充分有關(guān)。

5 結(jié) 語

（1）在各工況下，機(jī)前、機(jī)中、機(jī)尾碾壓混凝土拌和物的砂漿含量、骨料級配比例均滿足要求。

（2）不同壓實厚度的二級配、三級配碾壓混凝土壓實度都達(dá)到了理論值的99%以上，最佳碾壓遍數(shù)為無振2遍＋有振6～8遍。為保證碾壓質(zhì)量，碾壓層厚宜采用30～35 cm。

（3）機(jī)口取樣混凝土90 d齡期的抗壓強(qiáng)度、極限拉伸值、抗?jié)B等級滿足設(shè)計要求。

（4）試驗塊碾壓混凝土芯樣較為完整，芯樣獲得率高；芯樣力學(xué)性能、抗凍性能、抗?jié)B性能均能滿足設(shè)計要求。

（5）原位抗剪試驗表明，采用的7種間隔時間和層面處理工藝組合，三、二級配碾壓混凝土均能滿足 f′＞1.0，c′＞1.0 MPa和 f′＞1.0，c′＞1.2 MPa的設(shè)計要求。

（6）壓水試驗結(jié)果表明，在試驗配合比和工藝試驗條件下，試驗塊體的碾壓混凝土密實、層間結(jié)合良好，具有較好的抗?jié)B性能。

（7）生產(chǎn)性工藝試驗確定的工藝參數(shù)的科學(xué)性，經(jīng)大壩碾壓混凝土施工得到證明，為工程施工提供了科學(xué)依據(jù)。

［1］ 王迎春，蔡勝華，楊華全.彭水水電站混凝土配合比設(shè)計及性能試驗研究總報告［R］.武漢：長江水利委員會 長江 科 學(xué)院 ，2006.（WANG Ying-chun，CAI Sheng-hua，YANG Hua-quan.Report on mix design and performance tests of concrete for Pengshui Hydropower Station［R］.Wuhan：Changjiang River Scientific Research Institute of Changjiang Water Resources Commission，2006.（in Chinese））

［2］ 田承宇，倪迎峰.彭水水電站工程碾壓混凝土工藝性試驗報告［R］.重慶：中電八局科研設(shè)計院彭水試驗室，2005.（TIAN Cheng-yu，NI Ying-feng.Report on technology tests of RCC for Pengshui Hydropower Station［R］.Chongqing：Pengshui Laboratory of scientific institute of China Water Conservancy and Hydropower Engineering Bureau 8，2005.（in Chinese））

［3］ 蔡勝華，王曉軍，王迎春，等.彭水水電站碾壓混凝土施工工藝及原位抗剪試驗［R］.武漢：長江水利委員會長江科學(xué)院，2006.（CAI Sheng-hua，WANG Xiaojun，WANG Ying-chun，et al.Tests on construction technology and field shear of RCC for Pengshui Hydropower Station［R］.Wuhan：Changjiang River Scientific Research Institute of Changjiang Water Resources Commission，2006.（in Chinese））

［4］ 宋擁軍，肖亮達(dá).改善碾壓混凝土壩層間結(jié)合性能的主要措施［J］.湖北水力發(fā)電，2008，74（1）：37－40.（SONG Yong-jun；XIAO Lian-gda.Main measures for improving interlayer bonding strength of RCC dam［J］.Hubei Water Power，2008，74（1）：37－40.（in Chinese））

［5］ 鄭鼎雄，魏 毅.彭水電站碾壓混凝土弧形重力壩施工技術(shù)［J］.云南水力發(fā)電，2008，24（6）：54－57.

［6］ 姜福田.碾壓混凝土壩的層面與影響［J］.水利水電技術(shù)，2008，39（2）：19－21.（JIANGFu-tian.Layer surface of RCC dam and its influence［J］.Water Resources and Hydropower Engineering，2008，39（2）：19－21.（in Chinese））

Experimental Research on RCC Construction Technology

CAI Sheng-hua，YANG Hua-quan，WANG Xiao-jun，WANG Ying-chun，WANG Zhong-hua
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

As far as the RCCdam construction of Pengshui Hydropower Station concerned some problems，an experimental research on mixing technology，roller compaction technology，layer surface treatment and construction technology of GEV-RCC was performed.Through specimens taken from a mixing plant，core boring and water pressure tests and field shear tests，the rollability and rationality of the mix proportion of concrete selected through laboratory tests were validated and suitable construction technology was determined.The test results provided a basis for project construction.

Pengshui Hydropower Station；RCC；construction technology

TV41

A

1001－5485（2010）02－0050－04

2009-02-27

國家自然科學(xué)基金重點項目（50539010）

蔡勝華（1964-），男，江西南昌人，教授級高級工程師，工學(xué)碩士，主要從事水工材料試驗研究工作，（電話）027-82829881（電子信箱）shcai989＠163.com。

（編輯：周曉雁）