貧膠凝材碾壓混凝土特性研究

【摘要】在當前常用碾壓混凝土大壩碾壓混凝土施工配合比總膠凝材基礎之上，降低碾壓混凝土總膠凝材料用量，甚至于突破現行水工碾壓混凝土施工規范最低膠凝材料用量，研究其碾壓混凝土拌和物性能、力學、耐久性、熱學性能的變化。通過研究，探索采用貧膠凝材碾壓混凝土用于碾壓混凝土大壩的可行性，在確保其性能可靠、施工可操作的基礎上完善其適用性，最終達到降低工程成本、簡化大體積碾壓混凝土溫控措施帶來的強大經濟效益。

【關鍵詞】膠凝材；碾壓混凝土；耐久性能

1、 概述

目前國內碾壓混凝土配合比設計以富膠凝材為主要路線，這對于保證水工建筑物的極限拉伸值、抗滲及工作性、層間結合等性能是有利的，但近幾年來，隨著砂中石粉含量的提高，特別是對0.08mm以下顆粒含量的重視，碾壓混凝土的漿體含量已達到較高的水平，絕大多數大壩的已澆筑混凝土強度遠遠超過設計要求，而且由于較高的膠凝材料（特別是水泥）在混凝土硬化過程中會產生大量的水化熱，使混凝土溫度升高，溫度應力增大，容易導致產生大壩碾壓混凝土溫度裂縫的危害。因此，降低碾壓混凝土膠凝材料顯得尤其重要，探索采用較低膠凝材碾壓混凝土取代國內傳統富膠碾壓混凝土的可行性，在確保其性能可靠、施工可操作的基礎上完善其適用性，能降低工程成本、簡化大體積碾壓混凝土溫控措施，可帶來的強大經濟效益。

2、研究思路

研究采用室內混凝土拌和試驗，以現行《水工碾壓混凝土施工規范》中所規定的130㎏/m3的膠凝材料總量為上限，以單方碾壓混凝土膠凝材料用量按10kg用量進行遞減為基本方向。膠凝材料用量的減少是在碾壓混凝土VC值相近的情況下，通過變動水灰比和外加劑摻量來實現，并通過以盡可能良好的工作性能來選定最優砂率。

3、原材料

為使得本次試驗研究具有較廣的代表性、實用性及可參考性能，在原材料選擇過程中，盡量選用經使用廣泛、質量穩定、各項指標具有普遍代表性的各項原材料。具體選用的各種原材料的如下所述：

3.1 水泥

選用水利水電工程碾壓混凝土中廣泛選用的P.O42.5，其物理指標與化學成分進行檢測和分析。由檢測數據可以看出，該水泥各項性能指標均能滿足現行國家規范。

3.2 摻合料

選用目前在的工程施工中大量使用的風選Ⅱ級灰，對其進行檢測，由檢測數據可以看出，各項指標均能符合現行行業規范Ⅱ級粉煤灰要求。

3.3 砂石骨料

砂石骨料采用砂石料場生產的人工灰巖骨料，所生產的成品骨料各項檢查指標結果如下。

3.4 外加劑

減水劑采用萘系緩凝型高效減水劑，引氣劑采用了曾應用于多個工程的外加劑廠產品。經室內檢測，外加劑的各項檢測指標結果見表8。

由表中數據可以看出，所選用的外加劑均滿足水工行業規范DL/T5100-1999對緩凝型高效減水劑及引氣劑的要求。

4、碾壓混凝土性能試驗

4.1 配合比

目前，國內大體積碾壓混凝土工程主體都選用碾壓三級配混凝土，且根據級配試驗，以及為了防止應用過程中可能發生的骨料分離，綜合考慮時采用了適當級配。本次試驗研究參考目前國內外已有的相關工程及相關經驗，采用試驗方案時主要考慮以下幾點：

（1） 以碾壓三級配混凝土做為研究對象；

（2） 為防止骨料分離， 綜合經濟技術考慮，骨料級配采用：30﹕40﹕30；

（3） 選用VC值區間3～7S。

（4） 以VC居中時碾壓混凝土具有良好的工作性能來確定最優砂率。

（1）在VC值相近時，隨著膠凝材料總量的下降，碾壓混凝土的外觀、彈塑性以及包裹都有不同程度的下降。如130公斤膠凝材總量的碾壓混凝土外觀良好，骨料包裹良好，含砂中，混凝土的彈塑性也較好；而120公斤，110公斤膠凝材總量的碾壓混凝土的拌和性能稍遜于前者，混凝土的彈塑性依然較好；100公斤膠凝材料總量碾壓混凝土拌和性能，較前三者下了一個臺階，各項性能評價僅能維持一般水平；90公斤膠材料總量的碾壓混凝土拌和性能，則各項均較差。

（2）隨著膠凝材料總用量的降低，拌和物中漿體總量也同時下降，在VC值相近時，一方面需要適當提高混凝土的砂率；另一方面，作為表面分散劑，混凝土中高效減水劑的摻量也需要有一定程度的提高。

4.2 碾壓混凝土凝結時間

對低膠凝材料總量的貧膠凝材料碾壓混凝土進行凝結時間試驗，所得試驗結果列于表11。由試驗成果可以看出，混凝土的初凝時間在13-16個小時之間，終凝時間在15-19個小時之間。隨著膠凝材總量的降低，混凝土的凝結時間也略微延長。

4.3 絕熱溫升

膠凝材料的水化熱是大體積混凝土因溫度應力產生裂縫的重要因素，本次試驗過程中，對不同膠凝材總量碾壓混凝土進行絕熱溫升試驗，試驗成果見下表，對混凝土的時間與絕熱溫升畫圖，所得曲線關系見圖三。

可以得出：碾壓混凝土的絕熱溫升隨膠材總量的減少而降低，且降低比較顯著，但達到一定的用量后，絕熱溫升值又變化不大。從圖表上看，后期混凝土的絕熱溫升值變化量并不大，也符合一般規律。

5、結語

5.1 本次試驗所采用的原材料為常規的水工混凝土原材料，所選用的原材料滿足現行規范要求。

5.2 在強度及力學變形性能上，碾壓混凝土隨著膠材總用量的降低而整體下降，同時，隨著水灰比的降低，混凝土強度也降低，說明強度與水灰比的關系在低膠凝材料用量時仍然存在。

5.3 在混凝土的耐久性方面，低膠材碾壓混凝土隨膠材總用量的降低，抗凍性能、 抗滲性能整體下降，應選擇性應用。

參考文獻：

[1] 方坤河. 中國碾壓混凝土壩的混凝土配合比研究[J]. 水利發電， 2003，（11）

作者簡介：鄧敏（1975—9），女，本科，工程師，主要從事工程管理與應用。