宋文浚

（山西省水利水電科學(xué)研究院 太原 030002）

1 自密實(shí)堆石混凝土的特性

自密實(shí)堆石混凝土是利用自密實(shí)混凝土的抗分離、高流動性能好和自流動的特點(diǎn)，在粒徑較大隨機(jī)堆放的塊石內(nèi)依靠自密實(shí)混凝土自重填充堆石所形成的混凝土堆石體，簡稱堆石混凝土（Rock-filled Concrete，RFC）。堆石混凝土是一種全新的混凝土施工技術(shù)，利用了大量的大體積塊石作為建筑材料，除強(qiáng)度、彈模等基本力學(xué)性能與普通大體積混凝土相近以外，還具有以下特點(diǎn)和性能優(yōu)勢。

1）減少水泥用量和充分利用石料

常規(guī)的C15~C25混凝土每立方米一般需要200~350 kg的水泥，而C15~C25堆石混凝土僅需要70~100 kg的水泥；單方水泥用量與碾壓混凝土相當(dāng)，與常規(guī)混凝土相比減少了70%左右。原因在于堆石混凝土用了大量的大體積塊石（約55%）作為主要建筑材料，只需要使用45%的專用自密實(shí)混凝土進(jìn)行空隙的充填，配合獨(dú)有的低水泥自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計方法，保證了低水泥用量的實(shí)現(xiàn)。由于只需拌和一級配的自密實(shí)混凝土，拌和規(guī)模大大減小，開采的石料、大石料直接入倉，小石料作為生產(chǎn)自密實(shí)混凝土的骨料，材料可充分利用。

2）顯著提高工效，縮短工期

堆石混凝土施工使用的機(jī)械設(shè)備為常規(guī)設(shè)備，減少了混凝土的生產(chǎn)和澆筑量，無需振搗，減少和消除了溫控措施和層面處理措施，施工工藝簡單。堆石混凝土技術(shù)可采用機(jī)械化施工，降低了工人技術(shù)水平和質(zhì)量管理水平對工程質(zhì)量的影響，在提高了施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，明顯縮短了工期。

3）高密實(shí)度與高強(qiáng)度保證率

通過獨(dú)有的外加劑和科學(xué)的配合比設(shè)計，能夠使用國內(nèi)各地區(qū)不同的原材料配制成低成本、超強(qiáng)填充能力、高粘結(jié)力的專用自密實(shí)混凝土，保證堆石混凝土充填密實(shí)，提高混凝土和塊石表面的粘結(jié)力，形成完整密實(shí)、有高強(qiáng)度保證率的堆石混凝土。檢測數(shù)據(jù)表明，堆石混凝土的實(shí)際密度大于普通混凝土，具有很好的強(qiáng)度性能和抗?jié)B性能。

4）低水化熱

堆石混凝土的粗骨料為堆石，粒徑大，單位體積自密實(shí)混凝土用量少，可以有效降低混凝土升溫。

5）顯著降低施工成本

堆石混凝土技術(shù)通過大量塊石的使用、低水泥用量、工藝的簡化、工效的提高，使其施工成本與其他大體積混凝土施工技術(shù)相比有顯著降低。

6）良好的體積穩(wěn)定性

堆石混凝土具有大塊石穩(wěn)定堆積構(gòu)成的骨架，因而具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性，體積收縮小，具有較強(qiáng)的抗裂能力。

本文通過對自密實(shí)混凝土充填堆石體形成堆石混凝土試件進(jìn)行切割以驗(yàn)證其密實(shí)性，并進(jìn)行劈裂抗拉性能實(shí)驗(yàn)分析。

2 圍灘水電站工程概況

圍灘水電站位于丹河干流上，樞紐大壩在澤州縣，控制流域面積2 418.5 km2，是以發(fā)電、城市生活用水和工業(yè)供水為主，兼顧生態(tài)旅游等綜合利用的小型水電站。工程樞紐水庫屬?。↖）型水庫，電站總裝機(jī)容量1 500 kW，工程等別為Ⅳ等。樞紐大壩水庫正常蓄水位47 m，壩高59 m，工程建設(shè)內(nèi)容包括蓄水工程、水電站工程、供水工程和交通工程四部分。

圍灘水電站大壩原設(shè)計為漿砌石重力壩，受地形條件限制，施工速度慢，施工難度較大，通過對山西省正在施工的恒山水庫、清峪水庫堆石混凝土壩的調(diào)研，最終方案變更為C15自密實(shí)堆石混凝土壩的方案。

3 自密實(shí)堆石混凝土的形成和取樣

在施工現(xiàn)場同步澆注模擬自密實(shí)堆石混凝土壩體，用標(biāo)準(zhǔn)鋼模板支護(hù)，成型尺寸為1 800 mm×1 000 mm×2 000 mm，實(shí)驗(yàn)采用石塊分層堆放、自密實(shí)混凝土分層澆筑填充空隙的方式，具體試驗(yàn)過程為：

1）用標(biāo)準(zhǔn)鋼模支護(hù)成1 800 mm×1 000 mm×2 000 mm的長方體，將粒徑不一的（產(chǎn)自水電站附近采石場，粒徑大致在250～550 mm之間）用水洗凈石塊稱重后，隨機(jī)倒入，分兩層，每層高度大約為1 000 mm。

2）在自然狀態(tài)下晾干石塊表面，保證試驗(yàn)處于和大壩堆石混凝土施工處于相同條件，在大壩澆筑同時也給試塊澆筑，在自密實(shí)混凝土處于流動狀態(tài)依靠自重密實(shí)充填。

3）澆筑完第一層，再隨即倒入第二層石塊，以同樣的方法澆筑，直到自密實(shí)混凝土填滿堆石并與鋼模頂持平，自流水平即可。

試驗(yàn)過程中，打入鋼模的石塊重和自密實(shí)混凝土量見表1所示，可以說明堆石混凝土填充密實(shí)。

表1 石塊重和自密實(shí)混凝土用量

自密實(shí)堆石混凝土在山西省圍灘水電站工地施工現(xiàn)場澆筑成型，達(dá)到28天齡期后，再采用切割工具將堆石混凝土切割加工成立方體試件和棱柱體試件，抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度試件加工尺寸為500 mm×500 mm×500 mm的立方體，彈模試件加工尺寸為450 mm×450 mm×900 mm的棱柱體。在切割石塊時，由于堆石混凝土試件有局部不規(guī)則和切割機(jī)器的局限性，在尺寸上有稍許誤差，其中樣品A1、A4、C3做劈裂抗拉試驗(yàn)。

4 自密實(shí)堆石混凝土劈裂抗拉性能試驗(yàn)

試驗(yàn)方法依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352-2006）進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備采用15 000 kN萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。

在每塊試件破型前測量了試件幾何尺寸，并采用電子秤（量程2 t，精度為0.1 kg）進(jìn)行稱重，從而得到混凝土試件當(dāng)時狀態(tài)下的密度。劈裂抗拉試驗(yàn)見照片1～4，密度結(jié)果見表2所示。

照片1 測量試件幾何尺寸

照片2 測量試件質(zhì)量

表2 堆石混凝土密度試驗(yàn)結(jié)果

在切割前用核子密度儀對堆石混凝土試塊進(jìn)行了多角度測量，測量結(jié)果平均值為2 598 kg/m3，與試塊稱重對比，兩者結(jié)果基本相符。

劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)的試件盡量選取上下面平行的平面作為頂面和底面。試驗(yàn)時采用截面15 mm×15 mm的鋼質(zhì)方墊條，上下墊條對準(zhǔn)，開動試驗(yàn)機(jī)以0.4 MPa/min的速度連續(xù)而均勻的加荷，直至試件破壞。試驗(yàn)結(jié)果見表3所示。

照片3 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

照片4 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)后的試件

表3 堆石混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果分析可得出：

1）堆石混凝土劈裂抗拉破壞與普通混凝土相似，也就是在試件大約中部位置直接劈開，并且試驗(yàn)中還觀察到堆石混凝土中的石塊與自密實(shí)混凝土有良好的黏結(jié)性且試塊大部分都已經(jīng)被破壞；

2）堆石混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度比同強(qiáng)度的普通混凝土高；

3)在施工過程中形成的冷熱縫對劈裂抗拉強(qiáng)度的影響不是很明顯。

5 結(jié)語

試驗(yàn)結(jié)果充分說明了圍灘水電站大壩由原設(shè)計為漿砌石重力壩方案變更為C15堆石混凝土壩的方案是正確的，通過實(shí)驗(yàn)可以得出，堆石混凝土不僅在降低成本、縮短工期和機(jī)械化施工程度高等方面優(yōu)于漿砌石重力壩，而且劈裂抗拉試驗(yàn)的數(shù)據(jù)都優(yōu)于普通混凝土。