耿士超 張 成 何騰飛 李 賽

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

碾壓混凝土屬于干硬性貧水泥混凝土，20 世紀80 年代從國外引入到中國，它具有生產(chǎn)工藝簡單、成本低、運輸方便、生產(chǎn)率高的特點。碾壓混凝土在中國得到長足的發(fā)展，特別是已經(jīng)建成的普定碾壓混凝土拱壩再一次證明了我國碾壓混凝土筑壩技術已達到國際水平。雖然國內(nèi)水電市場近年來漸現(xiàn)飽和跡象，但國外水電行業(yè)，特別是非洲市場正在蓬勃發(fā)展。由于非洲地區(qū)經(jīng)濟基礎薄弱，電力資源匱乏，融資能力有限，碾壓混凝土施工速度快、成本低、適應性強的優(yōu)勢剛好滿足其發(fā)展條件。下凱富峽水電站位于贊比亞首都盧薩卡東南約90 km 的Kafue 河上，大壩壩頂高程581 m，最大壩底寬度120 m，最大壩頂寬度374 m，最大壩高130.5 m，大壩從左岸向右岸共分為19 個壩段。大壩主體混凝土方量140 萬m3，其中碾壓混凝土129 萬m3，常態(tài)混凝土11 萬m3，碾壓混凝土主體配合比選用全斷面R12（等同于國內(nèi)C15）設計。在碾壓混凝土試驗段論證階段，過程中采用成熟度和凝結時間雙控法判別碾壓混凝土施工層間縫類別，通過不同處理方法對層間結合粘接強度、抗剪強度、滲透系數(shù)性能研究。

1 試驗段使用的碾壓混凝土原材料

1.1 水泥

水泥選用國際著名供應商拉法基公司成產(chǎn)的大象牌CEM-I 42.5N 水泥。水泥檢測結果見表1。

1.2 粉煤灰

粉煤灰選擇曼巴電廠生產(chǎn)的曼巴粉煤灰。粉煤灰檢測結果見表2。

表1 拉法基CEM-I 42.5N 水泥檢測結果[1]

表2 曼巴粉煤灰檢測結果[2]

1.3 骨料

骨料在項目區(qū)域內(nèi)業(yè)主指定的地方開采，經(jīng)過檢驗，采石場巖石不存在潛在有害物質(zhì)。人工砂檢測結果見表3；骨料檢測結果見表4。

1.4 外加劑

減水劑選用十一局外加劑廠生產(chǎn)的SN-2 型高效減水劑，滿足規(guī)范ASTM C494 中的F 類減水劑要求。

緩凝劑選用十一局外加劑廠生產(chǎn)的SN-GH 型緩凝劑，滿足規(guī)范ASTM C494 中B 類緩凝劑要求。減水劑和緩凝劑的檢測結果見表5。

表3 人工砂檢測結果[3]

表4 骨料檢測結果[4]

表5 外加劑檢測結果

2 試驗段碾壓混凝土配合比的選擇

碾壓混凝土配合比的選擇分別為：水118 kg，水泥81 kg，粉煤灰81 kg，膠材總量162 kg，砂741 kg，小石子（4.75～19 mm）415kg，中石（19～37.5 mm）562 kg，大石頭（37.5～75 mm）418kg，減水劑（SN-2）1.616 kg，緩凝劑（SN-GH）0.485 kg。

3 碾壓混凝土的主要性能指標

根據(jù)《下凱富峽水電站施工技術要求》和美國墾務局規(guī)范碾壓混凝土EM1110-2006[3]，大壩碾壓混凝土的主要設計指標：最大骨料粒徑75 mm，抗壓強度≥12 MPa，劈裂抗拉強度≥1.2 MPa，極限抗拉強度≥0.9 MPa，滲透系數(shù)＜1×10-6 cm/s，混凝土密度≥2 400 kg/m3。

（注:混凝土強度按照φ150 mm*300 mm 圓柱體試塊設計，根據(jù)ACI 318M-11，150 mm 立方體試塊和φ150 mm×300 mm 圓柱體試塊強度裝換關系：fc’，cy=0.8×fc’.cu，即：強度等級R12 等同于國標C15（fc’，cy—圓柱體試塊強度，fc’.cu—立方體試塊強度）[6]）

4 碾壓混凝土試驗段層間縫類別的判斷和處理方式

4.1 改正成熟度（MMF）

改正成熟度是碾壓混凝土層間暴露時間乘以（每小時倉號內(nèi)平均氣溫讀數(shù)加12℃），是國際公認的成熟度算法。此方法考慮到混凝土-12℃以下時，其強度不在增長的實際情況，具有實際操作意義。

4.2 層間縫判別依據(jù)及標準

現(xiàn)場碾壓混凝土試驗段采用了8 層7 種層間，時間間隔分別為4 h、8 h、16 h、22 h、32 h、48 h、60 h，每種時間間隔采用3 種不同處理方式，分別為層間不處理、層間鋪水泥凈漿、層間鋪水泥砂漿。試驗段澆筑完成56 天后，采用雙管取芯法進行現(xiàn)場取芯，取芯發(fā)現(xiàn)層間間隔22 h 以下3 種處理方式的碾壓混凝土芯樣，層間結合處粘接均良好，故判斷暴露22 h 以下為熱縫。層間間隔32 h 以下經(jīng)過鋪水泥凈漿或砂漿處理的混凝土芯樣，層間結合處粘接均良好，故判斷暴露超過22 h 但不超過32 h 為溫縫。層間超過32 h 為冷縫，需要按照碾壓混凝土施工規(guī)范的要求，進行停倉，沖毛后重新驗倉。

根據(jù)以上試驗段的試驗結果和贊比亞當?shù)馗髟缕骄鶜鉁赜嬎愀恼墒於扰卸▽娱g縫標準見圖1。

圖1 碾壓混凝土層縫成熟度判定標準

5 碾壓混凝土層間縫不同處理方式下粘接強度、抗剪強度、抗?jié)B性能結果

5.1 粘接強度

粘接強度樣品制備，在試驗段56 d 后進行雙套筒取芯，取出芯樣按照高程分辨出層間縫位置，在層間縫的兩側分別延伸同樣長度截取高徑比2∶1 的芯樣進行粘接強度試驗。層間不同處理方式下的粘接強度見表7。

通過上表繪制出不同處理方式下，不同時間間隔的芯樣粘接強度見圖2。

表7 層間不同處理方式下的粘接強度

圖2 碾壓混凝土層縫粘接強度

5.2 層間抗剪強度

層間抗剪采用室內(nèi)成型立方體試件，試件尺寸150 mm 立方體試塊。成型方式先經(jīng)過測量成型下半部碾壓混凝土，在按照不同時間間隔，和處理方式進行處理，最后再成型上部碾壓混凝土。在試件整體終凝后拆模。養(yǎng)護至90 d 齡期。通過自制抗剪儀器進行剪切試驗，自制剪切設備已經(jīng)獲得國家實用新型專利。

碾壓混凝土層間剪切強度，對于碾壓混凝土層間的抗剪強度，采用最大粒徑75 mm，曼巴灰，設計抗壓強度12 MPa，90 d 設計齡期的碾壓混凝土配比，在10 h 和16 h 的層間暴露時間下，對碾壓混凝土進行試驗，層間抗剪切試驗結果如下表8。

5.3 層間滲透系數(shù)結果

層間滲透系數(shù)檢測采用室內(nèi)成型圓柱體試件，和現(xiàn)場驗證的方式進行。最大粒徑75 mm，曼巴灰，設計抗壓強度12 MPa，90 d 設計齡期的碾壓混凝土滲透系數(shù)檢測結果見表9。

現(xiàn)場采用壓水試驗的方式檢測層間結合部位的碾壓混凝土的滲透系數(shù)，試驗段從上到下鉆孔，孔徑75 mm，孔深2.1 m（包括所有試驗段層間），然后以0.2 MPa，0.4 MPa，0.6 MPa，0.8 MPa 和1 MPa 壓力分別測試了層間滲透系數(shù)，每個壓力維持時間約為60 min，滲出水量為零。最后，以1.2 MPa 的壓力測試整體滲透系數(shù)，維持時間約為100 min，滲出水量也為零。

表8 層間剪切試驗檢測結果

表9 層間滲透系數(shù)試驗檢測結果

通過以上試驗可以證明，碾壓混凝土抗?jié)B性能良好，通過現(xiàn)場試驗段的壓力換算可以承受120 m 高水頭而不滲漏，能夠滿足大壩的設計要求。

6 結論

碾壓混凝土層間結合采用成熟度和初凝時間雙控的方法對碾壓混凝土層間處理情況進行判定，按照不同月份的月平均氣溫計算成熟度的控制極值。通過試驗段取芯結果和數(shù)據(jù)計算的方式總結出最終的合理評判標準。國內(nèi)現(xiàn)有的碾壓混凝土施工方法普遍要求6 h 覆蓋，最長暴露時間超過12 h 不在允許進行澆筑按照冷縫處理。通過對全斷面同級配高摻量粉煤灰且添加適當摻量緩凝劑的碾壓混凝土配合比設計，以延長凝結時間的方式可以實現(xiàn)最長暴露28 h 以內(nèi)可以按溫縫處理，可為國內(nèi)碾壓混凝土大壩連續(xù)快速施工提供參考依據(jù)。

從碾壓混凝土粘接強度、抗剪強度、抗?jié)B性能可以看出，碾壓混凝土的層間結合處理方法鋪凈漿優(yōu)于鋪砂漿。另外在實際生產(chǎn)施工中也可以發(fā)現(xiàn)鋪凈漿的效率遠大于鋪砂漿，這樣就提高工作效率降低施工成本有利于減少層間處理時間，碾壓混凝土可以快速覆蓋，更有利于層間結合。