碾壓混凝土大壩機拌變態混凝土試驗研究

鄧兆勛 李翅翔 段 磊

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001)

1 國內外研究現狀

碾壓混凝土壩由于其施工速度快、工程成本低的優點，被廣泛應用于水利工程中。在碾壓混凝土大壩施工中，變態混凝土主要適用于無法實施碾壓的碾壓混凝土部位，如模板附近、止水、廊道、孔洞、岸坡、埋件、填塘等部位。變態混凝土的應用，簡化了施工過程，加快了工程進度，縮短了工期，從而使碾壓混凝土快速筑壩施工技術的優勢得到了更為充分的發揮。

變態混凝土是配合碾壓混凝土筑壩技術應運而生的一項新材料，變態混凝土是指在碾壓混凝土拌合物中加入適量的水泥粉煤灰漿液(一般為變態混凝土總量的4%～7%)，使其具有可振性，再用插入式振搗器振動密實，形成一種具有常態混凝土特征的混凝土，應用于模板邊緣以及廊道等不能直接使用振動碾壓的部位，其可減少拌合樓變換所拌制混凝土的品種，簡化施工工藝，提高效率。但是碾壓混凝土壩變態混凝土施工中在凈漿配方、拌制、加漿量、加漿量的控制方式、變態混凝土的工作度、振實方法等施工手段和方法方面存在著較大的差異，在加漿和振搗過程的操作中因人為因素的影響無法保證加漿量的準確性和加漿的均勻性，以及振搗的質量，而難以保證施工工藝的標準化和施工質量的均勻性，變態混凝土的施工質量一直以來存在很大的問題。因此為確保施工質量，需要對變態混凝土進行改進，以簡化變態混凝土的倉面施工工藝，提高變態混凝土施工均勻性，充分發揮變態混凝土的優勢。

為解決變態混凝土加漿均勻性問題，考慮將變態混凝土施工中用的變態混凝土及凈漿原材料放入攪拌機內攪拌，配制出具有一定流動性的可振搗的變態混凝土，即機拌變態混凝土。

研究機拌變態混凝土，將拌制水泥粉煤灰凈漿的材料加入到碾壓混凝土材料用量中，在拌合樓一起進行拌制，從而減少變態混凝土在漿體配方、拌制、加漿量的控制方式方面存在的較大差異，改善人工加漿變態混凝土的施工缺點，減少變態混凝土在漿體配方、拌制、加漿量的控制方式方面存在的較大差異，保證施工工藝的標準化和施工質量的均勻性，確保變態混凝土質量，簡化變態混凝土的倉面施工工藝，提高了施工效率，減輕了工人勞動強度。

2 試驗研究

2.1 研究方案

以C18020W6F100碾壓混凝土為研究對象，通過試驗選擇出石粉含量為16%～22%左右的C18020W6F100機拌變態混凝土配合比、C20W6F100常態混凝土配合比以及石粉含量為5%～8%的C20W6F100常態混凝土配合比，比較其抗壓強度、劈裂抗拉強度、極限拉伸值、彈性模量、抗滲、氯離子擴散系數(RCM法)、碳化、干縮性能試驗，研究三種混凝土性能。

2.2 配合比選擇

2.2.1機拌變態混凝土配合比

選用四川江油沉水水庫項目大壩C18020W6F100碾壓混凝土施工配合比，配合比見表1。

漿液的水膠比不應大于對應的碾壓混凝土，粉煤灰摻量和減水劑摻量與對應的碾壓混凝土相同，考慮碾壓混凝土拌合物在變態的過程中含氣量的增加，漿液中不摻引氣劑，根據試拌結果，漿液配合比見表2。

加漿量按照施工現場6%進行，機拌變態混凝土坍落度控制在30 mm～50 mm，調整引氣劑摻量，含氣量控制在3.5%～4.5%，經試拌配合比見表3。

表1 C18020W6F100碾壓混凝土配合比表

表2 C18020W6F100碾壓混凝土漿液配合比表

表3 C18020W6F100機拌變態混凝土配合比表

2.2.2常態混凝土

為方便對比，分別選擇石粉含量為16%～22%左右的C20W6F100及石粉含量為6%～8%左右的C20W6F100常態混凝土配合比，常態混凝土坍落度控制在30 mm～50 mm，含氣量控制在3.5%～4.5%。

經試拌，混凝土配合比見表4。

表4 常態混凝土配合比表

2.3 試驗材料

試驗原材料均選自四川江油沉水水庫項目，具體如下。

2.3.1水泥

江油紅獅水泥有限公司生產的P.O42.5水泥，性能指標見表5。

2.3.2粉煤灰

表5 水泥性能指標

江油市金能經貿有限公司生產的F類 Ⅱ 級灰，性能指標見表6。

表6 粉煤灰性能指標 %

2.3.3細骨料

曹家巖料場生產的人工砂，性能指標見表7。

表7 人工砂性能指標

2.3.4粗骨料

曹家巖料場生產的粒徑為5 mm～20 mm和20 mm～40 mm的人工碎石，性能指標見表8。

表8 粗骨料性能指標

2.3.5外加劑

中國水電十一局有限公司混凝土外加劑廠生產的SN-2緩凝高效減水劑和SN-9引氣劑，性能指標見表9。

表9 外加劑性能指標

3 試驗成果

按照表3，表4的配合比分別成型抗壓強度、劈裂抗拉強度、抗拉彈性模量、抗滲、抗凍、氯離子擴散系數(RCM法)、碳化、干縮性能試件，試驗結果見表10～表12(為便于統計，機拌變態混凝土以JBT表示，高石粉常態混凝土以GCT表示，低石粉常態混凝土以DCT表示)。

表10 試驗結果

表11 干縮性能試驗結果

表12 碳化性能試驗結果

4 試驗成果分析

4.1 抗壓強度及劈裂抗拉強度

抗壓強度隨齡期變化趨勢及各齡期抗壓強度對比圖如圖1，圖2所示。

劈裂強度隨齡期變化趨勢及各齡期劈裂強度對比圖如圖3，圖4所示。

由圖1，圖3可以看出，隨著齡期的增長，三種形式的混凝土抗壓及劈拉強度均呈增長趨勢，由圖3，圖4可以看出常態混凝土的抗壓強度及劈裂強度均優于同齡期的機拌變態混凝土，低石粉常態混凝土稍優于高石粉常態混凝土。

JBT混凝土由于加入了一定量的漿液，增加了混凝土的密實性，故其180 d抗壓強度超過了對應碾壓混凝土C18020W6F100的配置強度，達32.6 MPa，滿足工程要求。

4.2 抗拉彈性模量

抗拉彈模隨齡期變化趨勢及各齡期抗拉彈模對比圖如圖5，圖6所示。

由圖5可得，隨著齡期的增長，三種形式的混凝土抗拉彈模均呈增長趨勢，當JBT混凝土齡期達到設計齡期180 d時，其抗拉彈模優于常態混凝土。兩種常態混凝土抗拉彈模基本一致，DCT混凝土的抗拉彈模稍優于GCT。

4.3 滲透系數及Cl-擴散系數

滲透系數隨齡期變化趨勢圖及各齡期滲透系數對比圖如圖7，圖8所示。

由圖7可以直觀的看出，JBT混凝土的抗滲性能最弱。這是因為混凝土的抗滲性可以通過提高混凝土的密實度，改善空隙結構，從而減少滲透通道來解決。JBT混凝土由于其膠凝材料少于常態混凝土，故其滲透系數高于常態高石粉混凝土和常態低石粉混凝土，而兩種常態混凝土膠凝材料數量基本一致，高石粉含量的混凝土其細顆粒要多于低石粉含量的混凝土，其空隙結構較密實，其抗滲性能在此三種形式混凝土中最優。

Cl-擴散系數隨齡期變化趨勢圖及各齡期對比圖如圖9，圖10所示。

由圖9可知，隨著齡期的增長，JBT混凝土Cl-擴散系數逐漸低于常態混凝土，90 d，180 d齡期JBT混凝土抗氯離子侵蝕性能(Cl-擴散系數)要優于常態混凝土。因為粉煤灰摻量增加，后期粉煤灰的二次水化反應產生更多的F鹽，而F鹽具有極強的固化氯離子能力，因此JBT混凝土的后期耐氯離子滲透能力得到進一步提高。

兩種形式的常態混凝土抗氯離子侵蝕性能(Cl-擴散系數)基本一致。

4.4 抗凍性能

抗凍強度等級隨齡期變化趨勢圖及各齡期對比圖如圖11，圖12所示。

由圖11,圖12可直觀看出，在含氣量(3.5%～4.5%)一致的情況下，JBT混凝土抗凍等級要低于GCT與DCT，兩種常態混凝土抗凍強度一致。

4.5 干縮性能

干縮率隨齡期變化趨勢圖及各齡期對比圖如圖13，圖14所示。

由圖13，圖14可以明顯看出，干縮率JBT

4.6 抗碳化性能

養護28 d后碳化深度隨碳化時間的變化趨勢圖及各碳化齡期對比圖如圖15，圖16所示。

養護90 d后碳化深度隨碳化時間的變化趨勢圖及各碳化齡期對比圖如圖17，圖18所示。

養護180 d后碳化深度隨碳化時間的變化趨勢圖及各碳化齡期對比圖如圖19，圖20所示。

由以上圖表可以看出，JBT混凝土碳化深度大于常態混凝土，說明其抗碳化性能弱于常態混凝土。這是因為JBT混凝土粉煤灰摻量高，隨齡期增長，更加充分的二次水化反應使得易受侵蝕的氫氧化鈣含量更低，致使混凝土內部堿性相對降低，因此不利于混凝土抗碳化性能。

5 結論

5.1 適用性

通過碾壓混凝土配合比及加漿量計算得出的機拌變態混凝土配合比，坍落度30 mm～50 mm，調整引氣劑摻量滿足3.5%～4.5%的要求，拌制的混凝土能夠滿足對應的碾壓混凝土抗壓、抗凍、抗滲的技術要求。

5.2 優劣性

優：機拌變態混凝土粉煤灰摻量等同于相應的碾壓混凝土，相較于常態混凝土其不但減少了水化熱，還降低了經濟成本。同時根據本次研究，其抗拉彈模、抗Cl-侵蝕能力、干縮率均優于常干縮率均優于常態混凝土。

劣：機拌變態混凝土滲透系數(抗滲)、抗凍等級、碳化深度均低于同齡期的常態混凝土。其滲透系數略高于常態混凝土，但處于同一水平級。抗凍等級(在混凝土含氣量3.5%～4.5%時)雖低于常態混凝土，但其180 d齡期抗凍可達F250，抗凍性能良好。