焦陽太

(山西省水利建筑工程局 太原 030006)

1 引言

自密實混凝土于20世紀80年代在日本及歐洲等國家先行研究開發(fā)應用，國內(nèi)也已應用10多年，主要應用于薄壁、鋼筋密集和振搗困難的結構工程中。近幾年自密實混凝土在我國應用速度加快，應用領域也進一步拓展，2003年清華大學水利系金峰教授和安雪暉教授發(fā)明堆石混凝土之后，將自密實混凝土進一步應用于大體積混凝土施工中，用堆石混凝土替代漿砌石筑壩，給傳統(tǒng)漿砌石壩設計、施工帶來突破性革命。山西省近幾年來先后建起了幾座堆石混凝土大壩，在自密實混凝土技術應用中取得了一定的實踐經(jīng)驗。

2 自密實混凝土性能

2.1 自密實混凝土定義

自密實混凝土是指具有高流動度、不離析、均勻性和穩(wěn)定性，澆筑時依靠其自重流動，無需振搗而達到密實的混凝土。

2.2 混凝土自密實原理

通過高效減水劑、粉體材料及粗細骨料的合理選擇搭配和配合比設計，混凝土拌和料具有粘滯阻力小和一定的粘度系數(shù)，使骨料懸浮于膠凝體中，能夠自由流動充分填充模板內(nèi)的空間，并且不出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象，形成密實且均勻的結構。

2.3 工作性能及檢測方法

自密實性能是指混凝土在不發(fā)生骨料離析的條件下具有較高的流動性，在澆筑過程中不需要施加任何振動搗實，憑借其自重能完全填充鋼筋間隙及模板內(nèi)各個角落的能力。其工作性能包括流動性、抗離析性和填充性。

檢測方法主要有:坍落擴展度試驗、V形漏斗試驗(或T50試驗)、U形箱試驗。坍落擴展度試驗用于檢驗其流動性，擴展度為將坍落度筒提起后混凝土拌和物坍落擴展終止后擴展面相互垂直的兩個直徑的平均值，一般控制在500～700mm之間;V形漏斗試驗(或T50試驗)用于檢驗其粘稠性和抗離析性;U形箱試驗用于檢驗其填充性，即新拌混凝土通過鋼筋間隙與自行填充至模板角落的能力。

2.4 材料及配合比

2.4.1 材料

a.粗骨料宜采用連續(xù)級配或2個單粒徑級配的石子，最大粒徑不宜大于20mm;石子含泥量不大于1.0%，泥塊含量不大于0.5%，針片狀含量不大于8%;石子空隙率宜小于40%。

b.細骨料。細骨料宜選用中砂，砂的含泥量不大于3.0%，泥塊含量不大于1.0%。

c.水泥。普通泵送混凝土所用水泥一般均可用于自密實混凝土，可選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥。不宜采用凝結速度較快的水泥，因為這類水泥配制的混凝土流動性損失很快，一般無法實現(xiàn)自密實施工。在大體積混凝土中適宜選用低熱水泥和中熱水泥，其水化放熱量小，配置的混凝土流動性經(jīng)時損失也小，與外加劑的形容性也較好。

d.礦物摻合料。自密實混凝土漿體比例較大，單用水泥會產(chǎn)生早期水化放熱大、硬化收縮較大現(xiàn)象，宜摻入粉煤灰、?；郀t礦渣粉、硅粉、沸石粉、復合礦物摻合粉等活性礦物摻合料以及惰性摻合料，改善拌和物的工作性。

e.外加劑。聚羧酸系高性能減水劑具有摻量低、減水率高、混凝土拌和物坍落度損失小、拌和物粘滯阻力小、混凝土強度增長快等優(yōu)點，十分適宜配制自密實混凝土，宜優(yōu)先選用。

2.4.2 配合比

配合比設計應根據(jù)結構物的結構條件、施工條件及環(huán)境條件所需要的自密實性能進行設計，在綜合強度、耐久性和其他性能要求的基礎上進行，宜采用絕對體積法。

主要采用增加粉體材料用量和選用優(yōu)質(zhì)高效減水劑或高性能減水劑，提高漿體的粘性和流動性，形成良好的自密實性能。

在調(diào)整配合比設計時，應考慮水膠比對自密度混凝土設計強度的影響和水粉比對自密實性能的影響。

3 自密實混凝土應用實例

龍華口水電站碾壓混凝土重力壩沖沙底孔斷面3m×3m，樁號泄0+5.8～泄0+35.53采用12mm厚鋼板內(nèi)襯，其鋼襯周邊為C25F250混凝土。鋼襯底部若采用常態(tài)混凝土施工，除在鋼襯兩側入倉振搗外，還需在鋼襯底部鋼板上每隔2m左右割開一個50cm×50cm的孔口，用于混凝土入倉和振搗，由于鋼襯為矩形結構，其下部混凝土無法填滿、振搗密實，還需采取回填灌漿措施，增加填補孔口焊接工序。對此我們提出采用自密實混凝土澆筑建議并征得設計單位同意，在鋼襯兩側用泵送自密實混凝土入倉方式施工，減少了開口、振搗、灌漿等工序，澆筑之后經(jīng)用回彈儀檢測，其鋼襯下部無空鼓現(xiàn)象，表明混凝土完全填充滿其空間，解決了鋼襯底部混凝土澆筑的技術難題，取得了自密實混凝土的成功應用。

4 堆石混凝土應用實例

堆石混凝土是指在澆筑倉內(nèi)堆放一定粒徑的塊石，形成具有空隙的堆石體，然后灌注自密實混凝土，利用自密實混凝土的高流動抗分離性能，使自密實混凝土依靠自重自動填充到堆石體的空隙中，形成完整、密實和具有一定強度及耐久性能的混凝土。

2007年山西省實施興水戰(zhàn)略，建設35個新水源工程，其中有四五座水庫大壩均采用新型堆石混凝土技術。

恒山水庫于1958年興建，大壩為混凝土雙曲薄拱壩，是我國第一座實驗性拱壩，最大壩高69m，壩頂寬度2.5m，壩底寬度15m，壩頂軸線長度146.2m。2009年對大壩進行除險加固，加固高度69m，壩頂加固厚度2m，壩體加固厚度11.4m，壩體加固采用堆石混凝土，共澆筑堆石混凝土4.5萬m3。設計、施工單位在施工期間進行了一系列試驗研究工作，為其他幾座堆石混凝土壩的推廣應用提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗。

清峪水庫在施工前經(jīng)過專家論證會對原漿砌石重力壩設計進行了修改，大壩全部采用堆石混凝土，壩頂高程856.50m，最大設計壩高42.3m，壩頂寬度5.5m，壩底設計最大寬度36.18m，共澆筑堆石混凝土7萬m3。

圍灘水電站漿砌石重力壩，最大壩高53.5m，壩頂長116m，壩頂寬8m;五馬水庫漿砌石重力壩，最大壩高43.1m，壩頂長248m，壩頂寬6m。兩座大壩原設計均為漿砌石壩，施工前期按原設計進行，在漿砌石施工中由于人為因素較大，砂漿往往很難將塊石縫隙填充密實，運料機械難免在壩面上行駛，對砌筑不久的塊石產(chǎn)生松動，壩體質(zhì)量不能得到較好保證，有些部位還需增加灌漿工序予以填充。同時漿砌石砌筑主要依靠人工操作，工人承受繁重體力勞動，工效較低，機械化施工水平低，大體積漿砌石壩的工期很難保證。為了保證工程質(zhì)量和進度，經(jīng)專家論證，對設計進行修改，大壩后期施工由漿砌石改為堆石混凝土。圍灘水電站大壩437～472m高程采用堆石混凝土，共澆筑5.6萬m3;五馬水庫大壩636～671.8m高程采用堆石混凝土，共澆筑6.1萬m3。兩個工程均已提前完工。

5 堆石混凝土施工工藝

在堆石混凝土施工中，施工單位同設計等參建單位一起積極探索和研究相關課題，不斷改進施工工藝，熟悉掌握施工技術，在工程實踐中積累了一定的施工經(jīng)驗，總結和應用的堆石混凝土施工工藝如下。

5.1 基礎及層面處理

將壩基開挖至弱風化或新鮮基巖面，清除松動巖塊及石渣，用高壓水槍或沖毛機對壩基進行沖洗。

對上、下層結合面一般只需清除表面浮渣及積水即可，無需鑿毛，但對表面積大于0.5m2的堆石混凝土平整面要進行鑿毛或沖毛，清除其表面乳皮，并將外露塊石上的水泥漿清除干凈。

5.2 塊石入倉填筑

a.塊石料應新鮮、完整、質(zhì)地堅硬，其最小粒徑不應小于20cm，最大粒徑根據(jù)運輸、入倉能力，盡可能采用較大值，但應小于層厚的80%。塊石開采時采取二次轉運方式，除去石渣、遜徑和超徑料，將塊石集中堆放備用。

b.采用人工或挖掘機裝料，自卸汽車運輸。入倉前用清水將運輸車內(nèi)的塊石沖洗干凈，在混凝土強度達到5MPa以上時方可進倉堆石。在條件允許時盡量采用裝載機或自卸汽車直接入倉，可以提高工效，無條件時也可采用塔吊、門機等垂直運輸設備入倉。

c.大面積堆石采用挖掘進行平倉，局部堆石可利用人工擺放平整。對入倉時帶入的泥土和粒徑較小的塊石，以及卸料、平倉時產(chǎn)生的碎石等應及時清除掉。宜將粒徑較大的塊石置于倉面的中下部，粒徑較小的塊石置于倉面中上部或模板附近。堆石應盡量避免大石或小石集中現(xiàn)象，將堆石的空隙率控制在40%左右。

d.堆石過程中應防止碰撞模板，且離開模板30～50cm距離。

e.堆石厚度一般按1.0～1.5m控制。

5.3 自密實混凝土拌和

a.對混凝土原材料進行檢驗，嚴格按配合比料單進行配料。

b.采用強制式攪拌機進行拌和。嚴格計量，粉劑的稱量誤差不得超過±1%，骨料的稱量誤差不得超過±2%。當含水率有顯著變化時，應及時檢測和調(diào)整用水量。攪拌機投料順序為先投入骨料和粉劑干拌，再加入水和外加劑拌和，攪拌時間約90s。

c.對出機口拌和物的流動度和擴展度經(jīng)測試達到要求后方可卸料運輸。

5.4 自密實混凝土運輸

當拌和站距結構物較遠時，應采用混凝土攪拌車運輸，盡量縮短運輸時間，宜在45min內(nèi)卸料完畢。

當拌和站在建筑物附近時，可以在攪拌機出料口下安裝混凝土輸送泵，將拌和料卸入泵內(nèi)將自密實混凝土料直接壓入倉內(nèi)，輸送管道可能會長些，但減少了二次運輸環(huán)節(jié)。

5.5 自密實混凝土澆筑

a.自密實混凝土可采用泵送、溜槽、吊罐或挖掘機控斗等方式入倉。

b.在入倉時應采取多點澆筑，其間距不大于3m，保證澆筑點連續(xù)布置，在一個澆筑點的自密實混凝土填滿后再移至下一個澆筑點。

c.在澆至層面頂部時，應使自密實混凝土面低于堆石面5～20cm，形成突出塊石，以利上、下層面間結合。

d.澆筑中應嚴禁不合格料入倉，禁止在倉內(nèi)加水，發(fā)現(xiàn)混凝土料和易性較差時，應及時檢查拌和及運輸環(huán)節(jié)，采取相應措施保證混凝土拌和物質(zhì)量。

e.混凝土澆筑之后的靜停過程中，因氣泡溢出可能形成澆筑層面沉陷，需在澆筑時適當提高澆筑標高，或者在混凝土初凝前補澆至規(guī)定標高，局部低凹處也可適當用較小塊石填補。

5.6 堆石混凝土養(yǎng)護

每層堆石混凝土澆筑完畢6～18h內(nèi)及時灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護期內(nèi)應保持混凝土表面濕潤。

6 結語

自密實混凝土的高流動、免振搗等特性，給混凝土結構設計和施工帶來很大的變革，它解決了鋼筋密、空間窄小等結構部位的澆筑困難，而且成功應用于堆石混凝土筑壩工程，具有很好的推廣價值。但其中存在的一些缺陷仍需進一步解決，如:外加劑屬專利產(chǎn)品，價格偏高;自密實混凝土對用水量非常敏感，其波動會導致離析泌水或流動性降低;為達到良好的自密實性能，會使用較高的水泥用量，混凝土強度增長后期容易產(chǎn)生干縮或裂縫。隨著工程中問題的出現(xiàn)和不斷解決、工藝的改進、經(jīng)驗的積累，以及科研水平、施工技術水平的不斷提高，自密實混凝土技術將會取得進一步的發(fā)展，并應用于更廣闊的建筑領域。