隋毓儉

（山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030002）

1 概況

堆石混凝土施工是近年來混凝土工程施工的一項(xiàng)新技術(shù)，屬清華大學(xué)的專利。堆石混凝土由自密實(shí)混凝土和堆石體兩部分組成。堆石混凝土已在水利、電力、公路、鐵路、市政、港口、能源等領(lǐng)域的大體積混凝土工程中得到應(yīng)用。2008年4月，由水利部國(guó)際合作與科技司組織成果鑒定：“堆石混凝土技術(shù)具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，屬于原創(chuàng)性的新技術(shù)，堆石混凝土技術(shù)的成功應(yīng)用必將有力推動(dòng)我國(guó)中小型水利工程及其他大體積混凝土施工技術(shù)的發(fā)展，堆石混凝土技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。”

在大體積混凝土施工時(shí)，采用堆石混凝土工藝施工可不采取溫度控制措施，主要原因有：一是堆石混凝土單方水泥用量比傳統(tǒng)混凝土少得多，堆石混凝土中堆石體占60%，而自密實(shí)混凝土只占40%，單方水泥用量100 kg左右，減少了混凝土水化熱，且比傳統(tǒng)混凝土造價(jià)低得多；二是堆石混凝土60%的堆石體吸收大量自密實(shí)混凝土發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)釋放的水化熱，有效降低了混凝土內(nèi)部溫度；三是自密實(shí)混凝土中粉煤灰摻量較多，約占水泥用量的70%，可減少自密實(shí)混凝土自身的水化熱。

堆石混凝土在施工時(shí)與傳統(tǒng)混凝土相比減少了振搗工序，既節(jié)約了澆筑時(shí)間，也節(jié)省了勞動(dòng)力。堆石混凝土不同于傳統(tǒng)的塊石混凝土，傳統(tǒng)的塊石混凝土是先混凝土入倉(cāng)再拋石入倉(cāng)，或者兩者同時(shí)入倉(cāng)，而堆石混凝土是先堆石、后灌注混凝土，且堆石厚度在1.2～1.5 m間，降低了施工難度。

堆石混凝土適用于建筑物基礎(chǔ)、水工大壩等大體積混凝土工程，特別是石料儲(chǔ)存豐富、開采方便的地區(qū)更適宜采用堆石混凝土。

堆石混凝土施工工藝原理是，當(dāng)混凝土模板安裝就緒后，將塊石用機(jī)械或人工堆至1.2～1.5 m高度后，進(jìn)行自密實(shí)混凝土灌注。由于自密實(shí)混凝土具有高流動(dòng)度、不離析、均勻穩(wěn)定，澆筑時(shí)依靠自重流動(dòng)，無需振搗而達(dá)到密實(shí)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)自密實(shí)混凝土依靠自重均勻地填充到堆石體的空隙，與堆石體凝結(jié)硬化后形成新的混凝土體，即堆石混凝土。

2 優(yōu)點(diǎn)

堆石混凝土由于其獨(dú)特的施工工藝，使得其比常規(guī)混凝土具有顯著的工程和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：一是施工過程簡(jiǎn)單，最大限度地降低了混凝土澆筑倉(cāng)面的施工人員和機(jī)械工作量，使得現(xiàn)場(chǎng)控制管理更加簡(jiǎn)便易行；二是避免了混凝土振搗密實(shí)的過程，消除了人為不利因素干擾，施工質(zhì)量和穩(wěn)定性更容易保證；三是施工工藝流暢，能大幅提高大倉(cāng)面素混凝土的施工效率；四是使用大量的塊石作為原材料，大大降低了經(jīng)濟(jì)成本；五是單位堆石混凝土的水泥含量很少，因此水化溫升小、溫控簡(jiǎn)單；六是具有大塊巖石穩(wěn)定堆積構(gòu)成的骨架，體積穩(wěn)定性優(yōu)良、收縮小；七是可減少或免除鑿毛工序，提高施工速度；八是在施工過程中能源消耗低、環(huán)境負(fù)荷小，更加綠色環(huán)保。

3 研究現(xiàn)狀

堆石混凝土技術(shù)發(fā)展至今，已通過各種實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)驗(yàn)證，自密實(shí)混凝土可以很好地填充堆石體間的孔隙形成致密結(jié)構(gòu)，硬化后的堆石混凝土具有很好的力學(xué)性能和耐久性能。

3.1 填充性能

在有機(jī)玻璃模具中進(jìn)行堆石混凝土填充試驗(yàn)，通過表面觀察可以清楚地看到自密實(shí)混凝土在堆石體中形成從澆筑點(diǎn)向外擴(kuò)展的斜面。新澆筑自密實(shí)混凝土沿斜面向前推進(jìn)，能夠很好地填充堆石體孔隙，形成完好的堆石混凝土塊體。根據(jù)相關(guān)資料可知，自密實(shí)混凝土從堆石體斷面上所有的空隙中流出，表明其在堆石體的三維空隙中具有良好的通過性能。

3.2 力學(xué)性能

對(duì)澆筑成形的堆石混凝土試件進(jìn)行彎曲試驗(yàn)后的破壞斷面可以清楚地看到自密實(shí)混凝土能夠很好地填充堆石體的內(nèi)部空間，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的孔隙。自密實(shí)混凝土自身的10 mm骨料分布均勻，彎曲加載形成的破壞斷面較為平整，穿過該截面的堆石塊體均被拉斷，表明自密實(shí)混凝土與堆石骨料間的黏結(jié)很好，沒有在骨料表面產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。

施工過程中由于澆筑層厚的限制，會(huì)在堆石混凝土中存在施工沖熱縫，形成堆石混凝土中的薄弱面。通過試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際施工過程，試樣中包含此薄弱面，對(duì)試件進(jìn)行軸心抗壓試驗(yàn)，其平均強(qiáng)度為22.0 MPa，而充填堆石所使用的SCC的28 d實(shí)際強(qiáng)度為17.2 MPa，表明堆石混凝土強(qiáng)度高于充填堆石所使用的自密實(shí)混凝土強(qiáng)度，或至少不低于自密實(shí)混凝土強(qiáng)度，堆石混凝土中自密實(shí)混凝土和石塊之間具有良好的膠結(jié)能力。

3.3 抗?jié)B性能

從堆石混凝土試件的普通部位、熱縫部位和冷縫部位切割取樣，并按照《承重混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行抗?jié)B性能檢測(cè)。對(duì)于普通部位和熱縫處的堆石混凝土而言，其抗?jié)B等級(jí)能夠達(dá)到W30以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了一般水工結(jié)構(gòu)物的標(biāo)準(zhǔn)，即使是抗?jié)B相對(duì)薄弱的冷縫處，其抗?jié)B等級(jí)也達(dá)到了W14，也能滿足一般要求，表明填充良好的堆石混凝土具有優(yōu)良的抗?jié)B性能。

3.4 結(jié)構(gòu)性能

為了研究堆石混凝土的結(jié)構(gòu)性能，通過試驗(yàn)將堆石混凝土技術(shù)應(yīng)用于梁構(gòu)件中，研究其配筋結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪承載力，分別澆筑兩種配筋狀況相同的堆石混凝土梁和自密實(shí)混箍土梁。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，堆石混凝土梁的剪切承載力及彎拉承載力均略高于自密實(shí)混凝土梁。主要原因是梁發(fā)生剪切破壞時(shí)，裂縫發(fā)展中遇到大骨料時(shí)會(huì)繞過骨料，從而使主裂縫的面積增加，同時(shí)增加骨料間的咬合力，所以在自密實(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)相同的情況下必然會(huì)導(dǎo)致梁的剪切承載力和彎拉承載力提高。因此，堆石混凝土可以替代自密實(shí)混凝土用于實(shí)際結(jié)構(gòu)中。