碾壓混凝土研究及其發展

摘要：文章結合目前的碾壓混凝土筑壩技術，從碾壓混凝土技術革新和施工方法革新兩個方面進行了研究，并對其應用前景進行了展望。

關鍵詞：發展；新材料；技術革新；施工方法革新；應用前景

中圖分類號：TV642.4文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）16-0135-02

1碾壓混凝土及其性能特點

碾壓混凝土最早應用于水利工程修筑大壩，它采用了一種新的施工方法，將土石壩的施工方法用于混凝土壩，即利用振動碾強力振動和碾壓的共同作用，將混凝土壓實。因此它既具有土石壩大規模機械化快速、連續施工的優越性，又保持了混凝土壩體積小、安全可靠、經濟合理的優點。同傳統的常態混凝土相比，采用碾壓混凝土具有以下優點：大量摻入摻和料，減少水泥用量，使混凝土水化熱溫升低，溫控措施簡單，有利于保證混凝土質量，提高混凝土耐久性；可采用粉煤灰、磷渣等工業廢渣作為摻和料，減少環境污染；施工設備通用性強，可進行高強度的機械化施工，施工速度快、并可減輕勞動強度，減少勞動力；碾壓混凝土成本較低，又因其施工速度快，可使所建工程盡早投產，經濟效益非常可觀。采用碾壓混凝土施工成為當今最具競爭力的一種新的施工技術，有著廣闊的推廣應用前景。

2碾壓混凝土的發展

碾壓混凝土筑壩技術是20世紀70年代末80年代初國際上發展起來的一種筑壩技術，至今已有30多年歷史，目前全世界已建成碾壓混凝土壩三百多座。碾壓混凝土筑壩技術具有工藝簡單、上壩強度高、工期短、造價低、適應性強等特點，產生了巨大的經濟效益，已經成為最有競爭力的壩型之一，在世界大壩建設中得到了大力發展和廣泛應用。中國于1986年建成了第一座碾壓混凝土壩——坑口重力壩，在此之后的20多年，碾壓混凝土筑壩技術在我國得到了快速發展，無論理論研究或工程實踐都有大量的創新與突破。目前中國已建成各類碾壓混凝土壩百余座，碾壓混凝土重力壩高由50 m發展到100 m級、200 m級，壩體碾壓混凝土方量由4萬余立方發展到500萬余立方；碾壓混凝土拱壩高由75 m發展到100 m級、130 m級，壩體碾壓混凝土方量由10萬余立方發展到50萬余立方。目前世界上最高的碾壓混凝土壩——廣西龍灘大壩（壩高216.5 m）和貴州光照大壩（壩高200.5 m）的建設，標志著我國碾壓混凝土筑壩技術已經跨進200 m級水平。沙牌碾壓混凝土拱壩高132 m，三峽工程三期碾壓混凝土圍堰高121 m，體積110 m3，攔蓄庫容達124億m3，在一個枯水期內完成，解決了施工難題。中國在建和設計規劃中的大壩，很多采用碾壓混凝土筑壩技術。可以預見，碾壓混凝土筑壩技術，將會在中國未來的水電開發、南水北調工程、水資源綜合利用、防洪減災等各方面發揮巨大作用。

3碾壓混凝土的技術革新

3.1變態混凝土研究及其應用

隨著碾壓混凝土施工技術的進一步發展，我國首先在巖灘碾壓混凝土圍堰施工過程中，創造性地使用了富漿碾壓混凝土（GE－RCC），即變態混凝土，并取得了較好的效果。以后又在多座碾壓混凝土壩施工中被應用，效果顯著，并且逐漸發展成為碾壓混凝土壩施工的重要技術之一。

變態混凝土是通過向未壓實的RCC增加摻有緩凝型外加劑的水泥灰漿來調整RCC配合比，使RCC的稠度更具和易性，使之能像常態混凝土那樣按常規振搗方法來使之有效的固結，從而形成一個類似常態混凝土的面層，達到壩面堅固耐久的目的。基于這個道理，變態混凝土在國際上也被稱為加漿致富振搗混凝土。

變態混凝土施工的關鍵是布漿后通過震搗使之均勻，要在利用垂直震搗器震實過程中促使漿液與碾壓混凝土均勻混和。施工質量與漿的位置有很大關系，一般說漿液較輕，放在表面通過震搗使之下沉較為困難，放在槽孔中使其向橫向擴展布勻也不太容易。沙牌施工時對3種方法進行了比較，結果認為溝槽法較好，即在攤鋪完畢的碾壓混凝土上用扒子挖出一條深10～15 cm、寬5～7 cm的小槽，將配制漿液灑在槽內，待漿液浸到底層再進行振搗至混凝土表面泛漿。普定和大朝山施工采用2次鋪漿法，即底部一層漿，至第二層攤鋪后再鋪一層漿，然后進行振搗直到泛漿為止，效果較好。國外也有人正在研究采用摻氣或者使漿體在澆筑層的底部起泡的方法，以保證漿體與RCC的良好混合。

我國曾在江埡和沙牌鉆取了變態混凝土施工層的芯樣，通過芯樣室內試驗，結果表明其滲透系數滲透系數明顯高于二級配碾壓混凝土，而其強度和抗拉極限拉伸值也有所提高。隨著變態混凝土面層施工法在中國獲得成功，這種方法已推廣應用于澳大利亞、新西蘭、約旦和阿爾及利亞的RCC大壩。美國于1999年在佐治亞州士麥那港的亞特蘭大路壩的試驗段上也開始使用變態混凝土。雖然我國的變態混凝土已取得巨大的成功，但還有許多問題需要更深入的研究，如漿液和RCC的比例沒有詳細的統計數據，配置漿液所用的材料和外加劑還需要進一步優化，變態混凝土的施工如何實現自動化流水線作業等。

3.2碾壓混凝土新材料的開發和應用

碾壓混凝土水泥用量少，混凝土中必須要有足夠的澆凝材料來充填空隙，因而必須添加其它摻和料。摻和料必須具有一定的活性，具有水化、水硬性。粉煤灰是混凝土發展史上較早開發利用的摻和料，對粉煤灰的開發利用現有一套較成熟的經驗。

但在缺少粉煤灰或用粉煤灰附加費用較高或粉煤灰供量不足、品質不穩定等情況下，開發利用其它材料對碾壓混凝土的發展利用便有著積極的作用。我國是目前世界上唯一的將除粉煤灰以外其它的摻和料用于碾壓混凝土工程實際的國家。

在云南大朝山水電站，工程當地缺乏可利用的優質粉煤灰資源，摻合料問題成為制約混凝土大壩建設的關鍵因素之一。在調研、室內試驗和現場大型工業性試驗的基礎上，采用了磷礦渣和凝灰巖復合新型摻合料。大朝山水電站采用的磷礦渣與凝灰巖按質量1∶1的比例混磨，獲得了一種接近Ⅱ級粉煤灰技術指標的新型摻合料。這種新型復合摻合料于1997年4月開始在大朝山水電站大體積混凝土中應用。各種施工檢測數據和試驗資料表明，磷礦渣和凝灰巖復合摻合料碾壓混凝土具有優良的性能，完全滿足工程設計要求。由此開辟了一條利用其它工業廢渣和天然礦物生產碾壓混凝土的新路。

3.3碾壓混凝土施工方法上的革新

由于RCC壩越建越大，因而RCC的澆筑速度也越來越快。許多大型RCC壩平均日澆筑混凝土進度超過1萬m3。為滿足工程進展需要，在碾壓混凝土運輸、現場碾壓混凝土質量快速檢驗等方面均進行了很大的革新。

①全皮帶機輸送系統。將RCC從混凝土拌和樓直接運輸到澆筑地點的全皮帶機輸送系統成本較大，但是由于輸送的RCC方量可超過100萬m3，單位時間運輸強度大，且可以連續自動作業，因而較為經濟。皮帶機可將混凝土從混凝土拌和樓直接輸送到澆筑倉內，然后由履帶機/澆筑機將RCC直接澆筑。壩上不需要用卡車或其他方式運輸。這種運輸方式提高了安全性，并取消了可能造成骨料離析的許多運輸點，減少了高溫季節混凝土在運輸過程中的溫升。

②負壓溜管運輸碾壓混凝土。負壓溜管由我國的水電建設公司設計，當壩肩相當陡、布置汽車運輸道路有困難時，可使用負壓溜管進行運輸。負壓溜管一般采用鋼板做成半圓形，上覆以柔性半圓形蓋（或耐磨橡膠帶），在管的上部有受料斗，用皮帶輸送機或汽車將拌好的碾壓混凝土傾入料斗，然后打開閥門，靠自重沿溜管下滑；為了控制下滑速度，在上部進行抽氣，使氣壓降低而阻止混凝土過速下滑，以免發生分離。經過在普定、棉花灘、江埡、大朝山、沙牌等工程采用，效果很好。在大朝山采用的溜筒高達86.6 ｍ，碾壓混凝土運量達21.1萬ｍ3。使用負壓溜管成本較低，經濟效益可觀。

③管道輸送法。與負壓溜管相類似的一種輸送方法是管道輸送法。這要求較陡的壩肩，其坡度大概為45°或更陡。RCC從管頂輸入，通常是用皮帶機，在管底卸料，管道應盡可能維持滿載。這種運輸方式在希臘95 m高的普拉塔諾弗雷西壩首次應用，其RCC方量為42萬m3，RCC通過一條落差約100 m的管子向下輸送。目前在國外很多工程上也都采用這種簡單而又經濟實惠的運輸方法。

④現場碾壓混凝土質量快速檢測法。現場碾壓混凝土質量快速檢測法包括采用電動勢法快速測定水泥和混凝土初凝時間和碾壓混凝土層面特性多參數測試儀。電動勢法的原理是當水泥在水化過程中有自由水分子逐漸減少、Ca（OH）2逐漸增加的特點，取氧化銀和銅-氧化銅作為電極，組成傳感器插入碾壓混凝土或水泥漿表層，將傳感器與讀數器連接，紀錄出電動勢的時間過程，并計算出微分曲線，其轉折點即為初凝時間。碾壓混凝土層面特性多參數測試儀是運用表面波在混凝土中的傳播速度、反映半徑及深度，可測出壓實密度、抗壓強度。有一個發射激振器和信號接收傳感器，即可通過檢測裝置測定出其質量，以便及時采取措施。

4碾壓混凝土的應用前景

從我國目前正在設計中的大壩看，碾壓混凝土壩并不很多，但龍灘高碾壓混凝土壩施工和技術問題的深入解決，碾壓混凝土將會有更廣泛的利用。其主要原因有以下幾方面：

①碾壓混凝土單價比常態混凝土要低15％～20％，這是早已證明的。在混凝土壩中碾壓混凝土方量愈大，經濟優越性愈明顯。

②碾壓混凝土修筑大壩在資金到位、管理嚴格、備料充足的情況下，能大大縮短工期。經驗證明，一般中型工程可在一個枯水期完成，大型工程可在二三年之內完成。以幾項水利工程為例，江埡和棉花灘第一臺機組發電時間均為3年半（棉花灘設計優化節約投資2 500萬元），大朝山碾壓混凝土壩3年完成61.18萬ｍ3，龍首拱壩首臺機組發電時間為2年，紅坡拱壩僅1年即竣工，可見碾壓混凝土的速度之快。

③利用碾壓混凝土做圍堰有明顯的優越性。從1988年巖灘、隔河巖開始到以后的江埡、大朝山和三峽等都利用碾壓混凝土做圍堰，其主要優點是圍堰施工快，還允許漫頂過水。如三峽三期碾壓混凝土圍堰高達121 ｍ，方量達168萬ｍ3，僅用5個月時間完成，平均每月升高23 ｍ左右，完成后立即擋水發電，若不用碾壓混凝土，這種速度是不可想象的。

隨著碾壓混凝土在水利工程上取得巨大成功，其技術的不斷成熟，碾壓混凝土逐漸擴展到其它領域，可廣泛應用于其他大面積混凝土的建筑物，如機場跑道、公路、核電站和大型建筑物的基礎等。

參考文獻：

[1] 林長龍.變態混凝土試驗研究[J].水力發電，2010，(2).

[2] 沈崇剛.中國碾壓混凝土壩的發展成就與前景[J].貴州水 力發電，2002，(9).