呂春雨

（興城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 興城 125100）

碾壓混凝土是一種大粉煤灰摻量、低水泥用量的快硬性混凝土，強(qiáng)度設(shè)計(jì)齡期一般為90d 或180d，其強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律相比于普通混凝土存在一定差異。相關(guān)配合比設(shè)計(jì)多參考其它類似工程，經(jīng)多次試配調(diào)整確定[1]。然而，這種設(shè)計(jì)方法存在過程繁瑣、缺少理論支撐等缺陷，所獲取的配合比對外界條件變化的適用性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較差[2-4]。因此，通過原材料檢測試驗(yàn)探討不同齡期碾壓混凝土強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，并結(jié)合該規(guī)律設(shè)計(jì)出優(yōu)化配合比，對制定技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的配合比參數(shù)具有重要意義。目前，主要采用高石粉與摻合料摻量、低VC 值及中低膠凝用量等技術(shù)配制碾壓混凝土，可以明顯改善其層間結(jié)合力、密實(shí)性、液化泛漿、可碾性和抗?jié)B性等性能，并且有利于降低節(jié)約材料用量、控制水化熱、施工成本和水熱溫升等[5]。因此，文章通過優(yōu)化組合水、水泥、外加劑、粉煤灰和骨料等原材料，在保證混凝土性能和質(zhì)量要求的情況下，經(jīng)多次試配調(diào)整提出優(yōu)化的配合比，以期為設(shè)計(jì)出真正意義上的技術(shù)經(jīng)濟(jì)配合比提供一定數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料包括以下4 種：

1）水泥。試驗(yàn)渤海P·O42.5 級水泥，安定性合格，初、終凝時(shí)間180min 和235min，標(biāo)稠用水量28.5%，其主要性能指標(biāo)如表1 所示。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

2）粉煤灰。試驗(yàn)采用綏中電廠生產(chǎn)的F 類Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度16.5%，需水量比98%，含水率0.4%，燒失量5.1%，密度2.33g/cm3。

3）骨料。試驗(yàn)選優(yōu)由砂與原狀砂石粉混合而成的人工砂，控制石粉≤14.0%～17.5%之間，粉煤灰替砂量4%。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，人工砂石粉含量一般都＞18%，需要利用水洗工藝去除多余石粉使其處于規(guī)定范圍。試驗(yàn)選用大連建材廠生產(chǎn)的花崗巖碎石，骨料篩分后按零考慮超遜徑，經(jīng)檢測骨料各項(xiàng)性能均符合試驗(yàn)規(guī)程要求。

4）外加劑。水泥與外加劑品種的適應(yīng)性及其質(zhì)量在一定程度上決定著碾壓混凝土強(qiáng)度、質(zhì)量及耐久性能，故試驗(yàn)選用蘇博特GYQ?-Ⅲ復(fù)合型高效引氣劑和西卡540P 聚羧酸高效減水劑，拌和水及養(yǎng)護(hù)水均使用當(dāng)?shù)刈詠硭?/p>

2 試配試驗(yàn)分析

實(shí)踐表明[6-7]，粉煤灰摻量、單位用水量、水膠比和砂率等參數(shù)直接影響著碾壓混凝土性能。在符合現(xiàn)行規(guī)范與設(shè)計(jì)要求的情況下，初步確定二、三級配碾壓混凝土粉煤灰摻量為50%與55%，單位用水量99kg/m3與88kg/m3，水膠比0.44，GYQ?-Ⅲ引氣劑摻量0.15%與0.12%，西卡540P減水劑摻量1.0%，通過對以上參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整來降低材料成本。

2.1 骨料級配

根據(jù)碾壓混凝土的均勻性、抗分散性等自身特性，試驗(yàn)設(shè)計(jì)三級配混凝土中小石∶中石∶大石= 30∶40∶30，二級配混凝土中小石∶大石=55∶45。

2.2 最優(yōu)砂率

碾壓混凝土的和易性、單位用水量及硬化后的力學(xué)特征與配合比中的砂率密切相關(guān)，為確定最小的單位用水量及獲取較好的泛漿效果，必須通過試配確定最優(yōu)砂率[8]。在不改變單位用水量、粉煤灰摻量和水膠比的情況下，試驗(yàn)設(shè)定30%、32%、34%、36%和38%多種砂率，根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范以振動至拌合物泛漿的所用時(shí)間VC 值確定最優(yōu)砂率，VC 值與砂率的關(guān)系測試結(jié)果如圖1 所示。

圖1 VC 值與砂率的關(guān)系

由圖1 可知，固定水膠比0.44 不變時(shí)，二、三級配混凝土在砂率36%和32%時(shí)具有最小的出機(jī)VC 值。

2.3 VC 值和用水量變化

在不改變砂率、粉煤灰摻量和水膠比的情況下，可通過改變單位用水量觀測VC 值變化特征確定最優(yōu)用水量，根據(jù)測試結(jié)果，VC 值與砂率的關(guān)系測試結(jié)果，如圖2 所示。

圖2 VC 值與砂率的關(guān)系

由圖2 可知，在不改變砂率、級配和水膠比的條件下，每增大1s 的VC 值就會減少1.5～2.0kg/m3用水量。

2.4 不同水膠比抗壓強(qiáng)度

在不改變砂率與用水量的條件下，依據(jù)抗壓強(qiáng)度與水膠比變化規(guī)律可以確定合適的粉煤灰摻量及水膠比，為優(yōu)化設(shè)計(jì)配合比提供數(shù)據(jù)支持[9]，抗壓強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系圖測試，如圖3 所示。

圖3 抗壓強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系圖

試驗(yàn)表明，摻55%和50%粉煤灰時(shí)，試件的各齡期強(qiáng)度與水膠比之間存在明顯的線性相關(guān)性。同齡期強(qiáng)度發(fā)展系數(shù)隨粉煤灰的改變而變化，以28d 強(qiáng)度原則確定強(qiáng)度發(fā)展系數(shù)，抗壓強(qiáng)度發(fā)展系數(shù)，如表2 所示。

表2 抗壓強(qiáng)度發(fā)展系數(shù)

2.5 最優(yōu)石粉含量

碾壓混凝土的密實(shí)性、抗分散性和均勻性等特性直接取決于人工骨料中的石粉含量，在不改變粉煤灰摻量、砂率和水膠比的情況下，通過調(diào)整改變含量(以花崗巖石粉替代人工砂)測定混凝土VC 值和和易性，從而確定最優(yōu)石粉含量[10-12]。試驗(yàn)表明，人工砂中的石粉含量為16%時(shí)混凝土骨料包裹和觀感狀態(tài)較好，拌合物表面光滑密實(shí)，漿體狀態(tài)良好。隨著石粉含量的增大，拌合物粘聚性逐漸增強(qiáng)，每增大1%的人工砂石粉含量就會增加1kg/m3的用水量。石粉含量為14%時(shí)拌合物和易性較差，但試件28d 強(qiáng)度最大；石粉含量為16%時(shí)拌合物性能較好，但試件28d 抗壓強(qiáng)度有所下降。因此，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定最優(yōu)石粉含量為14%～16%。

3 大壩碾壓混凝土測試

3.1 優(yōu)化后的配合比

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)多次試配調(diào)整提出優(yōu)化后的配合比，優(yōu)化后的配合比如表3 所示。優(yōu)化后的碾壓混凝土VC 值、含氣量、凝結(jié)時(shí)間、抗凍性、抗?jié)B性及抗壓強(qiáng)度如表4 所示，碾壓混凝土抗凍質(zhì)量損失率參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》應(yīng)≤5%。試驗(yàn)表明，優(yōu)化的配合比能夠保證碾壓混凝土強(qiáng)度、工作性及耐久性要求。

表3 優(yōu)化后的配合比

表4 碾壓混凝土主要性能指標(biāo)

3.2 現(xiàn)場碾壓效果

采用現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)?zāi)M大壩施工，控制振動碾壓速度為1.2km/h，每層壓實(shí)厚度0.3m，按照先靜碾2 遍、再振動碾壓6 遍的方式壓實(shí)倉面，現(xiàn)場測定壓實(shí)密度如表5 所示。結(jié)果表明，采用優(yōu)化后的配合比配制的碾壓混凝土具有較好性能，各點(diǎn)位的碾壓密實(shí)度、泛漿效果和質(zhì)量均勻且符合設(shè)計(jì)要求。

表5 現(xiàn)場碾壓密實(shí)度

4 結(jié) 論

1）根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的骨料配比，二、三級配混凝土在砂率36%和32%時(shí)具有最小的VC 值，每增大1sVC 值就會減少1.5～2.0kg/m3的用水量。另外；碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度與水膠比之間存在明顯的線性相關(guān)性，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定最優(yōu)石粉含量為14%～16%。

2）水膠比、用水量、粉煤灰用量和砂率等直接決定著拌合物工作性、可碾性、硬化強(qiáng)度及耐久性等。文章通過優(yōu)化組合單位用水量、外加劑、粉煤灰、骨料和水泥層參數(shù)，在保證碾壓混凝土強(qiáng)度和質(zhì)量的情況下節(jié)約了水泥用量，具有一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性。