中国碾压混凝土配合比设计试验特点分析

维普资讯 http://www.cqvip.com 综合篇　２００７．２１中国水利　中国碾压混凝土配合比设计试验　特点分析　田育功　（中国水利水电第四工程局勘测设计研究院，８１００ｏ７，西宁）　摘　要：通过对中国主要工程ＲＣＣ配合比设计试验特点分析，研究了ＲＣＣ设计指标、骨料品种、掺和料掺量、　浆砂比、石粉作用、ＶＣ值、层间结合等参数与ＲＣＣ性能关系，使ＲＣＣ优势和特点得到更加充分的发挥，为　ＲＣＣ快速筑坝技术的不断创新提供科学的理论基础。　关键词：配合比；试验；浆砂比；石粉　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ＲＣＣ　ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ／／Ｔｉａｎ　Ｙｕｇｏｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｉｎ　ＲＣＣ　ｄａｍ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎｄｅｘ，ａｇｇｒｅｇａｔｅ，ａｄｍｉｘｔｕｒｅ　ａｍｏｕｎｔ，ｇｒｏｕｔ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ，ｐｏｗｅｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＶＣ　ｖａｌｕｅ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ＲＣＣ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｍａｘｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ＲＣＣ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｆａｓｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＲＣＣ　ｄａｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｇｒｏｕｔ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ；ｐｏｗｅｒ　中图分类号：ＴＶ３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１０００—１１２３（２００７）２１—００２９—０３　中国是一个地域辽阔、自然、气　液化泛浆、层问结合、密实性、抗渗等　性能得到了极大的提高。　的主要因素与ＲＣＣ设计指标、设计龄　期、抗冻等级、极限拉伸值和掺和料　候条件差异性很大的国家。ＲＣＣ不可　避免的要适应各种环境条件下的施　２．ＲＣＣ配合比参数分析　ＲＣＣ配合比在选定三大参数水　胶比、砂率、单位用水量的前提下，对　掺和料、￣ｌ－￣ｕ剂与ＲＣＣ适应性试验研　究越来越成熟．特别是拌和物性能受　到人们的高度重视。通过对已建、在　建大坝内部三级配及防渗区二级配　品质掺量等有关。　砂率：砂率大小直接影响ＲＣＣ的　施工性能、强度及耐久性。人工骨料　工．特别是ＲＣＣ配合比设计试验在施　工中占有举足轻重的作用。质量优良　的配合比可以起到事半功倍的作用．　获得明显的技术经济效益。　一三级配砂率在３２％～３４％范围，二级配　砂率在３６％～３８％范围。影响砂率的主　要因素是骨料的品质．砂的颗粒级　配、粒型、石粉含量。大量工程实践证　明．砂中的石粉含量对ＲＣＣ性能影响　、中国ＲＣＣ配合比设计特　点分析　Ｉ．ＲＣＣ配合比设计特点　中国的ＲＣＣ配合比设计特点：低　水泥用量、高掺掺和料、中胶凝材料、　高石粉含量、掺缓凝减水剂和引气　剂、采用小ＶＣ值的技术路线，改善了　的ＲＣＣ配合比分析：　水胶比：大坝内部三级配ＲＣＣ水　胶比一般在０．４７～０．６０，坝面二级配防　渗区水胶比一般在０．４２～０．５５。由于　显著。　单位用水量：单位用水量的选定与　混凝土的可碾性及经济ｌ生直接相关。ＲＣＣ　的单位用水量三级配在７５～１０６ｋｇ／ｍｓ、　二级配在８３～１ｌＯｋｇ／ｍ　范围。影响单　ＲＣＣ也符合水胶比定则，从保证混凝　土耐久性的需要考虑的，ＲＣＣ水胶比　不宜大于０．６５。影响水胶比大小选择　ＲＣＣ拌和物性能．使ＲＣＣ的可碾性、　收稿日期：２００７—０９—２６　位用水量的主要因素：骨料种类、颗粒　作者简介：田育功（１９５４一）．男．中国水利水电第四工程局勘测设计研究院副院长．高级工程师。　２９—　维普资讯 http://www.cqvip.com 综合篇　ＣＨＩＮＡ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ　２００７．２１　级配、石粉含量，掺和料品质、细度、需　水量比，ＶＣ值的大小，以及自然气候　二、ＲＣＣ试验研究分析　１．试件成型振动时间　根据大量的试验研究以及笔者　多年参加配合比设计试验的实际经　验，ＲＣＣ成型振动时间应以试件表面　系数的各向异性比达３～４个数量级。　ＲＣＣ本体只要按规范进行振动　密实，本体的抗渗都没有问题，ＲＣＣ　条件等。　掺和料：在ＲＣＣ掺和料研究与应　用方面，粉煤灰作为ＲＣＣ掺和料始终　占主导地位。少数工程采用了磷矿渣　与凝灰岩混磨掺和料ｆ　、锰铁矿渣　与石粉掺和料（ＭＨ）、矿渣与石粉掺　和料（ＳＫ）等。大坝内部ｊ级配粉煤灰　薄弱环节是层面结合。如何进行层面　结合的抗渗性能研究需要对试验方　法进行改进，改变传统的切相抗渗试　验方法为法相抗渗试验方法，对ＲＣＣ　层面结合进行深入研究。　全面泛浆为原则．并未按标准规定的　２～３倍ＶＣ值时间进行控制。究其原　因．由于试验是模拟现场施工实际的　掺量基本在５５％～６５％范围，大坝防渗　区二级配粉煤灰掺量基本在５０％～　５５％范围。影响粉煤灰掺量的主要因　素是ＲＣＣ设计指标、龄期、粉煤灰品　质等，特别是抗冻等级、极限拉伸值　与强度等级不相匹配，同时设计龄期　大多采用９０ｄ（￣－＂数工程采用１８０ｄ），这　样制约了粉煤灰混凝土后期强度的利　用．增加了大坝的温控负担，限制了粉　煤灰掺量。　外加剂：外加剂是改善混凝土性　能最主要的措施之一，可以有效地　改善混凝土的和易性和施工性能，　降低单位用水量．减少胶材用量，有　利于温控和提高耐久性能。中国的　ＲＣＣ均掺外加剂，一般主要以萘系　缓凝高效减水剂和引气剂为主，近　年随着ＶＣ值的减小，减水剂掺量也　相应提高，这样一方面有利于降低　用水量和提高ＲＣＣ施工性能，另一　方面有利于降低混凝土温升。一般　减水剂掺量在０．７％～１．Ｏ％范围内．　引气剂掺量根据抗冻等级要求的含　气量进行确定。　胶凝材料用量：ＲＣＣ工程所用的　水泥一般主要为４２．５中热硅酸盐水　泥和４２．５普通硅酸盐水泥，少数工程　使用３２．５普通硅酸盐水泥。重力坝内部　胶凝材料用量一般为１５０～１７０ｋｇ／ｍ。，其　中水泥用量５０～７０ｋｇ／ｍ　：防渗区二级配　胶凝材料用量一般为１９０—２２０ｋｇ／ｍ。，　其中水泥用量８５～１００ｋｇ，＇，ｍ３。影响胶　凝材料用量多少的主要因素：地域自　然条件、设计指标（特别是抗冻等级、　极限拉伸值）、骨料种类、掺和料品质　等因素。　Ｉ　３０　一种研究技术措施，必须是试验与实　际结果相吻合，才能为工程的质量和　施工提供科学依据。　ＲＣＣ采用全断面筑坝技术，原材　料控制满足要求后，ＲＣＣ从拌和、运　输、人仓、平仓摊铺、碾压、喷雾养护　等过程进行现场施工，对碾压完成后　的ＲＣＣ质量评定是：碾压完后的　ＲＣＣ层面必须是全面泛浆．有一层薄　薄的浆体，人走在上面感觉有弹性，　保证上层ＲＣＣ骨料嵌入下层已碾压　好的混凝土中，从而保证了ＲＣＣ层问　结合，提高抗渗性能。ＲＣＣ在进行成　型时．振动控制时间应以试件表面全面　泛浆为标准。　２．抗渗试验研究分析　在推广应用ＲＣＣ筑坝技术初期．　中国部分学者对层间结合、坝体防渗　等有疑虑和争论．曾一度减缓了ＲＣＣ　筑坝技术的应用进程。出现了坝体外　部为常态混凝土防渗保护．内部为　ＲＣＣ填筑的日本“金包银”模式。从普　定工程采用全断面二级配ＲＣＣ自身　防渗开始，特别是工程施工中变态混　凝土的应用和施工工艺及材料的不　断改进，ＲＣＣ筑坝技术彻底消除了层　间结合问题的顾虑。　但是ＲＣＣ抗渗试验采用常态混　凝土试验方法笔者认为是不科学的，　不符合大坝防渗的实际情况。　ＲＣＣ抗渗性能试验，按ＳＬ　４８（水　工ＲＣＣ试验规程》及ＳＬ　３５２｛水工混　凝土试验规程》，试件制作容易，但混　凝土层面的渗水压力与ＲＣＣ坝的渗　流特性有一定的差异。有关试验结果　表明，沿ＲＣＣ层面切相与法相的渗透　三、ＲＣＣ浆砂比　］，ＲＣＣ浆砂比的重要性　浆砂比是ＲＣＣ配合比设计的重　要参数之一。浆砂比是灰浆体积ｆ包括　粒径小于０．０８ｍｍ的颗粒体积１与砂浆　体积的比值．即浆砂体积比。根据近　年全断面ＲＣＣ筑坝实践经验，当人工　砂石粉含量控制在１８％左右时，一般　浆砂比值不会低于Ｏ．４２。　２．浆砂比计算分析　ＲＣＣ的浆砂比在认识过程中人　们也产生过一些误区。早期一般采用　浆砂质量比进行计算，由于ＲＣＣ胶凝　材料用量在一定范围内波动，影响浆　砂比大小的主要因素是石粉含量。随　着人们对ＲＣＣ浆砂比认识的深入，发　现采用质量比计算浆砂比误差值较　大。采用体积比进行浆砂比计算时，　考虑了材料单位体积密度的不同因　素，体积比更容易直观地表示灰浆占　砂浆体积的比值关系。但在浆砂体积　比的计算中也产生过差异．主要是含　气量对浆砂比的影响因素，考虑含气　量进行浆砂体积比计算，比不考虑含　气量的浆砂体积比值大。笔者认为浆　砂体积比宜采用绝对体积比计算为　好，即在浆砂比的计算中可以不考虑　含气量因素。原因是ＲＣＣ为无坍落度　的半塑性混凝土．一是拌和物含气不　容易引入，二是含气量也极不稳定；同　时ＲＣＣ通过振动碾碾压后含气量急剧　损失，不考虑含气量因素采用绝对体　积法进行计算比较切合施工实际。　３．影响浆砂比的主要因素　（１）石粉含量对浆砂比的影响　砂中的粒度小于０．１６ｍｍ的石粉　维普资讯 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含量对ＲＣＣ浆砂体积比影响很大，直　接关系到ＲＣＣ的层问结合、防渗性能　和整体性能。由于ＲＣＣ胶凝材料用量　一般大坝内部在１５０～１７０ｋｑ／ｍ　之间，　大坝外部在１９０～２１０ｋｑ／ｍ　之间，如果　不考虑石粉含量，经计算浆砂比仅有　０．３３～０．３７，将无法保证ＲＣＣ施工质　量。ＲＣＣ采用通仓薄层浇筑，坝体不　分纵缝或纵缝很少，由于温控要求．　不可能提高胶凝材料用量。在此前提　下．石粉在ＲＣＣ中的作用就显得十分　重要，特别是小于０．０８ｍｍ微石粉，可　以部分地起到胶凝材料的作用。如果　砂中的石粉含量达到１８％～２２％，其中　小于０．０８ｍｍ微石粉占石粉的５０％左　右时，经计算浆砂比一般不低于　０．４２。　多年研究结果表明．石粉含量　进一步扩大到２２％．仍可满足ＲＣＣ的　力学指标要求。当砂中石粉含量较低　时．浆砂比达不到０．４２比值要求时．　一般采用外掺石粉代砂或粉煤灰代　砂方案，使砂中石粉含量或细粉含量　达到１８％左右．可以显著改善ＲＣＣ施　工质量。　（２）石粉在ＲＣＣ中的作用　大量ＲＣＣ筑坝技术实践证明，　ＲＣＣ强度几乎全部超过设计的配制　强度．且富余量较大，这样提高了混　凝土弹性模量．增加了坝体的温度应　力．对抗裂是不利的。实际情况ＲＣＣ　质量控制最为重要的是拌和物性能、　施工性能，这些性能都与ＲＣＣ浆砂比　大小直接有关。所以，在配合比设计　中必须对浆砂比高度关注。　笔者对ＲＣＣ用砂采用传统的湿　法生产工艺需要提出新的观点，早期　人工砂主要供应常态混凝土，对石粉　的认识还缺乏深入研究．人工砂制砂　大多采用传统湿法生产，然后再增加　石粉回收设施。随着ＲＣＣ筑坝技术的　蓬勃发展．石粉在ＲＣＣ中的作用越来　越显著，现在骨料采用干法生产，人　工砂石粉含量高．特别适应ＲＣＣ施　工。对ＲＣＣ用的人工砂其最重要的控　制指标是石粉含量．这是ＲＣＣ与常态　混凝土在人工砂控制指标上的最大　区别。　由于ＲＣＣ灰浆含量远低于常态　混凝土，为保证其可碾性、液化泛浆、　层间结合、密实性及其他一系列性　能．提高砂中的石粉含量是非常有效　的措施。　四、、，Ｃ值与ＲＣＣ性能影响分析　１．ＶＣ值对ＲＣＣ的性能影响　ＶＣ值的大小对ＲＣＣ的性能有着　显著的影响．近年来大量工程实践证　明．ＲＣＣ拌和物采用小的ＶＣ值，并实　行动态控制．出机ＶＣ值一般控制在　１～５ｓ，现场ＶＣ值一般控制在３～８ｓ比　较适宜．在满足现场正常碾压的条件　下．现场ＶＣ值可采用低值。ＲＣＣ现场　控制的重点是拌和物ＶＣ值和初凝时　问．ＶＣ值控制是ＲＣＣ可碾性和层问　结合的关键．根据气温的变化应及时　调整出机口ＶＣ值。　２．影响ＶＣ值波动的因素　用水量：用水量对ＶＣ值有很大　影响．根据大朝山、江垭、棉花滩、蔺　河口、百色、龙滩、金安桥等工程试　验结果．ＶＣ值每增减１　Ｓ，用水量相　应增减约１．５ｋｇ／ｍ　。如果单纯依靠增　加用水量来调整ＶＣ值的大小，会对　ＲＣＣ水胶比和强度产生影响．如果　配合比不合理，特别是在细骨料石　粉含量偏低的情况下，就容易引起　仓面泌水。　外加剂：首先要选择与本工程　ＲＣＣ性能相适应的外加剂，通过调整　外加剂掺量改变ＶＣ值的大小，达到　改善ＲＣＣ拌和物性能，满足不同气　候、温度时段条件下的ＲＣＣ施工。比　如广东山口、棉花滩、蔺河口、百色、　金安桥等工程，在高温时段保持ＲＣＣ　配合比参数不变．通过调整外加剂掺　量达到改变ＶＣ值大小的目的。　五、结语　大量的试验研究表明．ＲＣＣ成型　综合篇　２００７．２１中国水利　振动时间应以试件表面全面泛浆为　原则；抗渗试验需要改传统的切相抗　渗试验方法为法相抗渗试验方法，更　加切合实际地研究层面结合的防渗　性能　浆砂比已成为ＲＣＣ配合比设计　重要的参数之一．浆砂比的大小直接　关系到ＲＣＣ的层间结合、防渗性能和　整体性能．一般浆砂体积比不宜低于　０．４２。　石粉最大的贡献是提高了ＲＣＣ　浆砂体积比，明显改善了可碾性和　层问结合；石粉能发挥微集料作用．　具有填充密实作用，增加了胶凝材　料体积；当浆砂比较低时，一般采用　外掺石粉代砂或粉煤灰代砂方案．　使砂中石粉含量或细粉含量达到　１８％左右．可以显著改善ＲＣＣ施工　质量　ＶＣ值的大小对ＲＣＣ的性能有着　显著的影响，ＶＣ值实行动态控制．在　满足现场正常碾压的条件下，ＶＣ值　可采用小值；ＲＣＣ现场控制的重点是　拌和物的ＶＣ值和初凝时间．ＶＣ值控　制是ＲＣＣ可碾性和层间结合的关键．　根据气温的条件变化应及时调整出　机口ＶＣ值。　■　参考文献：　『１］水工碾压混凝土施工规范（（ＤＬｆｆ　５１１４—２００１）［Ｓ］．北京：中国水利水电　出版社．２００１．　［２］碾压混凝土坝设计规范（ＳＬ　３１４—２０ｏ４）　．北京：中国水利水电　出版社．２００５．　［３］水工混凝土配合比设计规程（Ｄ　Ｔ　５３３０－－２００５）［ｓ］．北京：中国电力出　版社．２００６．　［４］水工混凝土试验规程（ＳＬ　３５２—　２００６）［Ｓ］．北京：中国水利水电出版社，　２００６．　［５］中国碾压混凝土坝２０年【Ｍ］．北　京：中国水利水电出版社．２００６．　［６］田育功．碾压混凝土ＶＣ值讨论　与分析［Ｊ］．水力发电，２００７（２）．　责任编辑韦凤年　３１　Ｉ