國產設備及儀器在60cm厚RCC碾壓試驗中的應用

丁仕輝，汪永劍

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 增城 511340）

0 概 述

為推進碾壓混凝土 （RCC）施工技術的持續進步，在國內專家的推動下，自2006年以來引進國外碾壓設備和壓實度檢測儀器，在落腳河、馬堵山等工程中進行了多次RCC厚層碾壓試驗[1-3]，并成功應用于貴州黃花寨水電站大壩的局部[4,5]。實踐證明，RCC厚層碾壓技術可加快施工進度、縮短工期，減少層間接合面數量、提升壩體整體質量，具有良好的推廣應用價值。然而，進口的RCC厚層碾壓設備和壓實度檢測儀器價格昂貴、手續繁多，使RCC厚層碾壓施工工法的推廣應用受到制約。為降低RCC厚層碾壓施工成本，促進國內設備和儀器的自主創新，根據60 cm厚RCC碾壓施工的實際需要，對國內碾壓設備和壓實度檢測儀器生產廠提出技術指標和性能要求，由合肥永安綠地工程機械有限公司研制具有自主知產權的厚層碾壓設備、國內某廠家研制出壓實度檢測儀器，結合貴州松桃鹽井水利樞紐工程的施工需要，借鑒廣東水電二局股份有限公司的施工經驗，于2013年1月～6月在貴州松桃鹽井水利樞紐工程現場進行60 cm厚RCC碾壓試驗，以檢驗國內生產的碾壓設備和檢測儀器的適用性、可靠性，并獲取最佳的60 cm厚RCC碾壓工藝參數。國產60 cm厚RCC碾壓設備及壓實度檢測儀的成功研制，為推廣厚層碾壓施工工法在國內的應用奠定了良好的基礎。

1 60cm厚RCC碾壓設備及壓實度檢測儀

1.1 垂直振動碾

在合適的振動頻率范圍及一定輪軸載荷情況下，振動碾的壓實能力和深度效應主要與振幅有關，高振幅能將較大的壓實能量傳遞到所壓混凝土的深部，低振幅能將較大的壓實能量傳遞到混凝土的表面，但只能在混凝土內產生微小的壓實深度[6]。碾壓常規30 cm厚RCC的雙鋼輪圓周振動碾的振幅約為0.3～0.9 mm，垂直振動碾[7,8]在鋼輪內部設有同期反轉的偏心振動裝置，可將離心力的水平分力予以平衡，與碾壓面只在垂直方向產生振動，振幅大幅提高，可以提高厚層混凝土的壓實密度。合肥永安綠地工程機械有限公司在掌握的單鋼輪垂直振動技術基礎上，根據60 cm厚RCC碾壓要求，于2012年6月底成功研制出LDV 150型雙鋼輪垂直振動碾，其主要性能參數[9]見表1。與國外采用雙軸激振器的垂直振動碾相比，LDV 150型垂直振動碾采用同軸3組偏心塊激振器[10]，增強了整機的可靠性和穩定性，且模塊化設計使垂直振動結構簡化、裝配和維修方便快捷，雙重自潤滑冷卻系統使振動軸承得到充分潤滑和冷卻、大大延長軸承的使用壽命和振動輪的內部溫度。

1.2 壓實度檢測儀

參考相關規程[11]和60 cm厚RCC壓實度檢測的需要，國內廠家研制出一種核子快速密度儀 (簡稱“H型核子快速密度儀檢測”)，該儀器滿足以下要求:①只配γ放射源，可檢測的壓實深度為30、40、50、60 cm；②成孔速度快，每個點位總檢測時間不超過12 min；③儀器標定簡單，進行一次修正即可達到誤差范圍在±1%內；④儀器精度、測量誤差及安全性滿足現行規程、規范及相關法律要求。

儀器在使用前，參考文獻 [11]、[12]進行標定，用木模成形制作3個標定塊。2塊為混凝土塊，尺寸為65 cm×65 cm×70 cm，RCC配合比見表2，成形時分四層鋪料，每層用平板振搗器振4 min；1塊為砂塊，尺寸為70 cm×70 cm×70 cm，砂為工程用人工中砂，每層鋪20 cm，用平板振搗器振3 min。各標定塊的實際密度:二、三級配混凝土分別為2442 kg/m3、2487 kg/m3，砂為 1823 kg/m3。

對砂塊標定時，依次測30、40、50、60 cm深的東、西2個方位的砂塊密度，按同樣方法測10次，每次測60 s；對混凝土塊標定時，上、下移動探測桿依次測30、40、50、60 cm深的混凝土密度，不同深度均測1個方位，按同樣方法測10次，每次測60s。儀器標定情況見表3。從表3中可知，采用砂和不同級配混凝土對儀器進行標定后，其測量誤差除測50 cm砂的誤差為-1.06%外，其余測量誤差均在1%范圍內。

表1 LDV150型垂直振動碾主要性能參數

表2 RCC配合比

表3 儀器標定成果

2 60cm厚RCC碾壓試驗

2.1 RCC配合比

混凝土配合比見表2，采用松桃高力水泥廠P·O42.5水泥、銅仁大龍火力發電廠Ⅱ級粉煤灰、FDN-9000型緩凝高效減水劑、AE200硅烷型引氣劑，粗細骨料為人工砂石料，母材為石灰巖，砂的細度模數FM=3.0，石粉含量18.5%(淘洗法，其中小于0.08 mm的微粉含量為13.0%)；二、三級配RCC設計密度分別為2460 kg/m3、2493 kg/m3，含氣量分別為3.0%、2.5%，VC值為3～7 s，三級配RCC初凝時間為8 h 30 min、終凝10 h 20 min。

2.2 試驗布置及碾壓

（1）試驗布置。試驗場面積280 m2(20 m×14 m)，試驗前，將松散土層清除鋪30 cm厚石渣，壓實后澆20 cm厚C9010 RCC墊層，沿長度方向裝模板，寬度方向為運輸車輛進出通道。沿寬度方向分6個條帶，二、三級配RCC各3條帶，每條帶分上、下兩層(分別厚60、30 cm)，每條帶各層布5～6個壓實度檢測點 (編號為①～⑥)。兩側澆不同加漿量的機制或現場加漿變態混凝土。試驗場布置如圖1a所示。

（2）碾壓工藝。混凝土采用4 m3強制式攪拌機生產，由2臺18t自卸車運輸 (運距約80 m)、1臺SB-11推耙機平倉、1臺LDV150垂直振動碾碾壓，壓實度采用H型核子快速密度儀檢測。壓實厚30 cm時，鋪料厚35 cm；壓實厚60 cm時，鋪料厚70 cm(一次鋪完)。碾壓遍數:壓實厚30cm時各條帶分別為2-2-2（即靜碾2遍、振碾2遍、再靜碾2遍)、2-4-2、2-6-2，壓實厚60cm時各條帶分別為2-4-2、2-6-2、2-8-2、2-10-2(其中 2-1條帶靜碾2遍、振碾4遍后，測壓實度；再振碾2遍后測壓實度；最后再振遍2遍、靜碾2遍測壓實度），碾壓布置見圖1b。碾壓速度控制在1～1.5 km/h(實測約1.2 km/h)，碾壓條帶搭接寬10～20 cm；碾壓于2013年1月20日08:40開始，21日00:13完成。

3 試驗檢測

圖1 RCC碾壓試驗布置示意 （單位:mm）

為驗證LDV150型垂直振動碾性能，檢驗其碾壓的60 cm厚RCC質量，對混凝土的壓實度、試塊抗壓及抗滲強度、實體芯樣抗壓抗滲及抗凍強度。

3.1 壓實度檢測

采用自主研發的一種厚層RCC壓實度檢測孔的成孔裝置[13]進行混凝土壓實度檢測。該裝置在碾壓密實的混凝土上打出一個60 cm深的孔，將H型核子快速密度儀的探測桿依次伸入孔內30、40、50、60 cm，測出各深度內混凝土壓實度，每條帶檢測6點，檢測的同時打孔。檢測速度見表4，各條帶壓實度見圖2。

從試驗結果可知，三級配RCC的壓實度基本隨著碾壓遍數的增加而增加；在各種碾壓遍數時，40 cm深的壓實度最大，30、40、50 cm深壓實度變化較小，50～60 cm范圍壓實度降低較大；碾壓遍數為2-8-2時，各深度范圍內混凝土壓實度均大于97%的要求。二級配RCC的壓實度基本隨著碾壓深度的增加而減小；在各種碾壓遍數時，30、40、50 cm深壓實度變化較小，50～60 cm范圍壓實度降低較大；碾壓遍數為2-8-2時，除30 cm深壓實度外，其余深度壓實度均為最大，且各深度范圍內壓實度均大于98%的要求。在相同的碾壓遍數時，50 cm范圍內二級配混凝土的壓實度比三級配的大，50～60 cm范圍三級配混凝土的壓實度比二級配的大。

表4 60 cm厚RCC壓實度檢測速度

表5 混凝土試件及芯樣抗壓、抗滲強度及抗凍等級匯總

圖2 RCC不同碾壓遍數平均壓實度

3.2 混凝土抗壓、抗滲強度及抗凍等級檢測

施工過程，28、90 d齡期二、三級配RCC抗壓和抗滲強度試件各取1組，在室內標準養護后，在工地試驗室檢測；RCC碾壓約3個月后，于2013年4月22日至4月28日由貴州黔水科研試驗測試檢測工程有限公司在碾壓現場進行鉆孔取芯 (共鉆21孔，編號1～21)檢測，抗滲、抗凍試件芯樣在2-1條帶 (二級配RCC，碾壓2-8-2遍、壓實厚60 cm)上各鉆取一組，抗壓試件芯樣在2-1、2-5條帶(三級配RCC，碾壓2-8-2遍、壓實厚60 cm)各鉆取一組。檢測結果見表5。

從表中可知，二、三級配RCC的芯樣及試件的抗壓強度均大于設計要求的20、15 MPa，二級配混凝土的芯樣及試件的抗滲強度均達到設計要求W6，三級配混凝土試塊抗滲強度達到設計要求W4，二級配混凝土的芯樣的抗凍等級達到設計要求F100。

3.3 芯樣質量及壓水檢測

RCC層厚90 cm，由于取芯鉆管長40 cm，取芯難度較大，90 cm厚的混凝土芯樣要分2～3次鉆取，混凝土均為人工取斷，無質量原因造成的斷裂；混凝土芯樣連續完整、表面光滑、膠結較好、骨料分布均勻，芯樣側面無表觀缺陷。二級配RCC參考文獻 [14]對2個孔 (13號、16號)進行壓水試驗，測得透水率分別為0.49、0.75 Lu，均小于1 Lu。

4 結 論

（1）國產LDV150型垂直振動碾碾壓的60 cm厚RCC的壓實度、實體抗壓強度、抗滲強度、抗凍等級及透水率均滿足規范要求，說明該型號振動碾碾壓60 cm厚RCC的振動頻率、激振力及振幅適宜，但其轉彎性能仍有改進的空間。

（2）國產密度檢測儀最大測深60 cm，可直接讀取壓實密度及壓實度，配以自主研發的成孔裝置進行成孔，成孔質量好、檢測速度快，成型一個60 cm深的檢測孔約需3 min，檢測孔內30、40、50、60 cm深各點壓實度約需7 min，能滿足30～60 cm厚層RCC施工的檢測要求。

（3）基于貴州松桃鹽井水利樞紐工程混凝土原材料及配比，LDV150型垂直振動碾碾壓60 cm厚RCC適宜的工藝參數為:鋪料厚70 cm，碾壓2-8-2遍，條帶搭接寬10～20 cm，碾壓速度約1.2 km/h。厚層RCC碾壓速度比常規薄層碾壓快，為滿足鋪料間隔時間要求，需有較強的混凝土入倉能力。

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