新疆某上游圍堰堆石混凝土最佳配合比試驗研究

【摘要】本工程結合現場實際進行了堆石混凝土配合比現場試驗，根據施工過程存在的問題及時調整了最初堆石混凝土配合比，在滿足圍堰安全的條件下，根據氣候條件分別確定了常溫季節、冬季和層間結合自密實混凝土配合比；為堆石混凝土圍堰汛前施工完畢提供了可靠依據。

【關鍵詞】堆石混凝土；配合比；試驗研究

堆石混凝土（Rock Filled Concrete，簡稱RFC），是利用自密實混凝土（SCC）的高流動、抗分離性能好以及自流動的特點，在粒徑較大的塊石（在實際工程中可采用塊石粒徑在500mm以上）內隨機充填自密實混凝土而形成的混凝土堆石體。它具有水泥用量少、水化溫升小、綜合成本低、施工速度快、良好的體積穩定性、層間抗剪能力強等優點，能夠適應國內各地不同的原材料，具有廣泛的適應性，在迄今進行的筑壩試驗中已取得了初步的成果。

1、工程概況

某水利樞紐工程位于新疆阿勒泰地區，屬大（2）型Ⅱ等工程，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級。總庫容2.22億m3，裝機220MW，多年平均年發電量6.5億kW·h。根據2010年阿勒泰地區所遇的60年一遇的大雪，以及所造成的混合型洪水，充分體現了洪水的不確定性，通過經濟技術比較本工程上游圍堰采用堆石砼圍堰施工的方案。

2、堆石砼試驗配合比方案

通過工程類比，擬定了最初配合比，但堆石混凝土性能同原材料有密切關系，特別是原材料中砂石料級配及細度模數的變化，不做現場試驗無法滿足施工要求。

2.1 堆石混凝土試驗配合比的確定

通過工程類比及工程經驗，初步確定3個方案的自密實混凝土實施配合比，主要內容詳見表1。

根據現場實際拌和情況，中砂、小石用量可在±5%的范圍內調整，水泥用量可在-10kg～20kg 的范圍內調整，粉煤灰用量可在-20～10kg 的范圍內調整，水膠比變化范圍不得超過-0.02～0.01 的范圍。小石的超徑超過20mm比率大于5%時，必須將超徑部分篩出方可進行自密實混凝土的生產。對砂的級配情況進行檢測，除常規檢測必須符合要求外，細度模數不得超過0.2，超過時必須重新進行配合比試驗。水泥、粉煤灰、專用外加劑、水的稱量誤差不得超過±1%，砂石的稱量誤差不得超過±2%。拌合堆石混凝土須采用強制式攪拌機。

堆石混凝土的攪拌順序為：將稱量好的骨料和膠凝材料分別投入攪拌機干拌，在加入水和外加劑后繼續攪拌60s以上（氣溫低于15℃時攪拌時間應不低于90s），目測堆石混凝土工作性能達到要求之后方可出機。

2.2 堆石混凝土試驗方案及方案比選

本次針對前期成果的配合比進行了試驗。混凝土拌合采用強制式單臥軸混凝土攪拌機，首先用水把攪拌機潤濕，然后依次把稱量好的石子、砂、水泥、粉煤灰放入攪拌機中，攪拌15秒停機。把稱量好的水及外加劑混合后均勻倒入攪拌機中，重新啟動攪拌機，攪拌80秒后出機，立即測擴展度、坍落度、V漏斗時間、含氣量和抗壓強度等。各項性能檢測指標見表2，三種配合比各成型抗壓試件3組，分別為3d、7d和28d。試件成果見表3。

由表2、表3可以看出，三種配合比均能滿足設計要求，由表1可以看出，第三種配合比造價相對低，因此初定第三組配合比為實施配合比。

3、堆石混凝土施工配合比的調整

開工以后，初擬實施配合比存在以下問題：1、由于夏季、冬季氣溫相差巨大，因此自密實混凝土受氣溫的原因流動性較大；2、堆石入倉時堆石之間相互碰撞，產生大量石屑集中在層間，在澆筑過程中石屑影響了自密實混凝土的流動性，導致堆石之間自密實混凝土不能很好地填充，容易形成小的孔洞，降低圍堰層間的抗剪強度。因此對堆石混凝土的配合比進行了調整。

由于工程區地處新疆阿勒泰地區，每年10月底就進入冬季施工期。根據施工進度安排，堆石混凝土圍堰冬季施工無法避免，為此，本工程提出夏季及冬季不同的配合比，詳見表4、表5。

為解決堆石入倉時碰撞而集中在層間的石屑對自密實混凝土流動性的影響，根據現場試驗，對自密實混凝土的配合比進行了調整，得出層間結合面自密實混凝土配合比，詳見表6。

4、堆石混凝土結果檢測

本工程圍堰于2011年8月開始澆筑，2012年5月完成全部混凝土的澆筑，2012年6月對圍堰進行抽樣檢驗，試驗結果詳見表7。

為檢驗堆石混凝土圍堰自身的澆筑質量， 2012年6月在圍堰上選取了2個檢測點，進行鉆孔壓水試驗，孔徑Φ91mm，完成壓水試驗段長51m。壓水實驗結果見下表8。

5、結論

5.1 配合比調整后，圍堰堆石混凝土的抗壓強度完全滿足設計要求（15MPa），并且在確保擴散度和堆石質量的條件下，自密實混凝土有很好的流動性，能夠較好地填充塊石之間的空隙，保證了堆石混凝土成品的密實度；

5.2 施工過程中因堆石入倉碰撞而產生了大量石屑，通過調整自密實混凝土的配合比加大其流動性，很好地解決了其層間因石屑而帶來的阻流現象；

5.3 通過壓水試驗表明，堆石混凝土層間透水率較小，完全滿足設計要求（小于5Lu），進一步說明自密實混凝土與堆石結合良好；

5.4 配合比調整后，水泥用量減少，減少了水化熱的產生，這對沒有溫控措施的堆石混凝土而言尤為重要。

本工程結合現場實際進行了堆石混凝土配合比現場試驗，根據施工過程存在的問題及時調整了最初堆石混凝土配合比，在滿足圍堰安全的條件下，根據氣候條件分別確定了常溫季節、冬季和層間結合自密實混凝土配合比；驗證所選擇配合比為本工程最優配合比，相比原配合比方案不僅節省了投資，同時加快了施工進度，為大壩基坑安全度汛提供了安全保障。

參考文獻：

[1]金峰，安雪暉，石建軍，張楚漢堆石混凝土及堆石混凝土大壩[J].水力學報，2005，11

[2]吳永錦，劉清 C20自密實混凝土在堆石混凝土中的應用[J].混凝土，2010（3）；117-120

[3]水利水電工程施工組織設計手冊，中國水利水電出版社.

作者簡介：王健，男，1984.7，新疆烏魯木齊市人，大學本科，工程師，從事水利水電工程設計。