碾压混凝土坝铺筑层面结合质量控制技术.pdf

黼 水 利 水 电 施 工 2 0 1 2 第1 期 总 第1 3 0 期 混凝土的抗剪断强度随胶凝材料净浆中胶凝材料用量的 增大、粉煤灰掺量的降低而增大。 2 2 层面间隔时间对层面结合质量的影响 ( 1 ) 碾压混凝土连续上升铺筑时，从下层混凝土料拌 和加水时起至上层混凝土碾压完毕为止的允许间隔时间， 通 常较 混凝 土初凝时间少 1 2 h 。初凝 以前 ，碾压混 凝土 中的胶凝材料浆体仍处于凝聚结构 ，这种结构具有触变 复原的性质 ，在 层 间允许 间隔时 间 内进 行上 层混凝 土碾 压，上、下层混凝土的交界处将出现粗骨料相互嵌入，层 面处胶凝材料浆液受振液化使上、下层混凝土成为一体。 此时 ，施工层面混凝 土与层 内混凝 土的性能基本无差异 。 ( 2 ) 初凝的标志是混凝土浆体由凝聚结构向结晶结构 转变 ，而结 晶结 构破 坏后 不具 有触 变复 原 的性 质 。初 凝 后 随时间的延迟 ，层 面 与层 内混凝 土性 能差 异越 大 ，层 面结合性能随层面暴露时间的延长而降低。大量试验结 果表 明：碾压混凝 土连 续上 升 出现冷 缝 ( 初 凝后 ) 的层 面抗剪强度仅为其本体抗剪强度的 4 O 5 o ，铺砂浆 处理的层面抗剪强度仅为其本体抗剪强度的 6 O 8 5 。 要达 到 良好 的层 面结合 质 量 ，必须 将层 面 间隔 时间 控制在碾压混 凝土 允许 间隔 时间 内，随着层 面 间隔 时间 的延长，碾压混凝土抗剪断峰值强度逐渐降低。 2 3 仓面 V C值对层面结合质量的影响 ( 1 )V C值是表示碾压混凝土稠度的重要指标，对混 凝土可碾性及层面泛浆性具有重要影响，所以仓面 V C值 的取值、保值、控制、调整是碾压混凝土质量控制的重 要环节。它与振动碾的激振力、激振频率、振幅、行驶 速度、碾压遍数，以及仓 内的气温、湿度、覆盖时间、 原材料及配合比等均有密切关系。 ( 2 )当机械运行特性与混凝土配合比确定后，V C值 的主要影响因素是气温、湿度与混凝土入仓温度等。高 气温条件下，碾压混凝土初凝时间短，水分蒸发散失严 重 ，V C值 损失很快 ，短时间 内即会造成混 凝土表 面干燥 发白，拌和物保持稳定性 的时间非常短 ，混凝土易出现 层间结合不良、碾压不实等问题。 ( 3 )最佳 V C值可以改善混凝土拌和物的孔隙结构， 减小骨料间的摩擦力，易于传播激振力，使骨料分离和 架空限制在很小的范 围内，碾压混凝土可碾性好 ，易达 到设计容重 ( 相对密实度) ，有利于提高混凝土整体抗剪 强度；层面泛浆好，有利于混凝土层面结合。V C值与碾 压遍数 、混凝土容重 的关 系见表 1 。 袁 1 V C值与碾压遍数 、混凝土 容 重的关 系 V C值 碾压遍数 备注 ( s ) 2 4 6 8 1 O 1 2 2 2 4 4 0 2 5 8 6 2 6 1 6 2 6 1 0 2 6 1 6 混凝土浇筑温 6 2 4 4 4 2 5 9 8 2 6 0 8 2 6 1 8 2 6 0 0 度为2 O，仓面 湿度为 7 O 1 5 2 4 3 6 2 5 3 4 2 5 8 0 2 5 9 0 2 5 9 O 2 0 ( 4 )施工中对碾压混凝土仓面 V C值 的最基本要求 是 ：振动碾作业时不陷碾、层面泛浆丰富、有弹性 ，同 时对仓面V C值的保值采取降温、保湿措施。 2 4 施工环境对层面结合质量的影响 碾压混凝土施工过程 中的气温、降雨、相对湿度、 风速及太阳辐射等环境条件因素对层面的结合强度有重 要影 响。 2 4 1 高温环境对碾压混凝土层面结合质量的影响 ( 1 )高温对碾压混凝 土施 工的不利影 响主要 表 现为 ： 混凝土运输、卸料、摊铺 、碾压过程及压实后混凝土的 温度回升，导致水泥水化速度加快，促使混凝土早凝， 从而使层间允许间隔时 间缩短 。碾 压混凝 土连续施 工 中， 层面抗剪强度随结合层面混凝土成熟度 ( 层面间隔时 间气温 )的增大而减小 。 ( 2 )在相同的相对湿度下，层间允许间隔时间随气温 的升高而缩短；当气温不变时，层间允许间隔时间随大 气相对湿度的增大而延长。碾压混凝土连续施工中，在 成熟度相同的条件下，层面抗剪强度随着相对湿度 的增 大而增大 。 2 4 2 风速对碾压混凝土层面结合质量的影响 刮风会降低混凝土层面相对湿度，加快水分蒸发 ， 使混凝土表面水分迁移与散失，表面变干发 白，进而影 响层面结合质量。层间允许间隔时间随风速的增大、相 对湿度的降低而减小。检测表明：风速为 1 4 m s 时 比无 风时的层间允许间隔时间缩短 4 1 O 。此外，刮风持 续时间长 ，不利影 响加大 。 2 4 3 太 阳辐射热对碾压混凝土层面 结合质量 的影 响 太阳辐射热可引起气温增加 ( 据粗略计算，龙滩水 电站因太 阳辐射热引起 的等效气温增量 占环境气温的 6 O 7 0 ) ，空气相对湿度减小 ，碾压混凝土表面水分 蒸发加快，对碾压混凝土层面结合质量产生一系列不利 影 响。 2 4 4 降雨对碾压混凝土层面结合质量的影响 随降雨强度的不 同，拌和物的含水状态也随之发生 不同程度的改变。因碾压混凝土拌和物用水量少 ，属于 硬性混凝土，所以对因降雨而引起的含水量的增加 比常 态混凝土更加敏感 ，主要改变了碾压混凝土拌和物的可 塑性、稳定性及易密性等，进而影响混凝土压实质量和 物理力学性能 。 ( 1 )在碾压混凝土施工过程中，当混凝土拌和物摊铺 碾压时，受降雨作用后而碾压成型的层面，其层面抗剪 强度参数 c 和， 降低很显著，特别是层面黏聚力 C 值的 降低更为明显 ，详见图 1 。 ( 2 )碾压混凝土压实后遇小雨 ( 降雨量小于 6 mm h ) ， 对层间结合质量影响较小。 ( 3 )当降雨量大于 6 mm h时，雨水将对碾压混凝土 表面砂浆产生冲刷，使表面包裹的砂浆剥离，进而影响 层面结合质量。 言 皇 图 1 层间抗剪断强度参数 c 和 ， 随降雨强度的 变化规律 ( a )黏聚力与降雨强度的关系 ； ( b )内摩擦系数与降雨强度的关系 2 5 骨料分离和集聚对层间结合质量的影响 在卸料 和平 仓过 程 中 ，粗 骨料 往往 分离 并集 聚 到料 堆周边和摊铺 条带 边 ，造 成层 问 结合 部骨 料架 空 ，影 响 胶凝材料对分 离 骨料 的充填 包裹 ，是 碾 压混 凝土 出现 渗 漏和层间结合质量缺陷的主要因素之一。 当然，有一个抗分离性能较好的配合 比也是非常重 要的 。例如 ，合 适 的 胶 材与 砂 浆 含 量 、增 加石 粉含 量 、 2 5 s 的 V C值 、较少的大石含 量 、较小 的最 大骨料粒 径 等，都能较好地减少碾压混凝土拌和物粗骨料的分离性 。 2 6 层面处理技术对层间结合质量的影响 碾压混凝土层面啮合作用和材料分子凝聚力作用是 层面抗剪强度的两个重要指标。层面粗糙时，相互机械 啮合会产生 阻碍滑 动 的阻力 。黏 结力 的物理 本质 是受 剪 面上的内聚力，由水泥水化净浆强度和水泥浆与骨料之 间的黏结强度等构成。 ( 1 )在 层 面铺 砂 浆 、小 骨料 混凝 土及刷 胶凝 材 料 净 浆，均能有效提高层间结合性能。 ( 2 )刷毛、冲毛能创造凹凸层面，可有效提高碾压混 凝土层面结合性能。试验结果表明：具有起伏角的凹凸 层面时，该层面碾压混凝土体的抗剪强度 比平直层面高 2 O 2 7 。 另外 ，上层 混凝 土碾 压 、施 工层 面 污染 、汽 车反 复 轮压、仓面养护等，均会对碾压混凝土层间结合质量产 生影响 。 混凝土工程 3 碾压混凝土层面结合质量控制技术 3 1 原材 料质 量控 制 碾压混凝土所使用的各类原材料必须有相关的质量 检测合格证明，并按规定进行进场前质量检测试验。 3 2 混凝土生产质量控制 ( 1 )优化混凝土 配合 比。 ( 2 )拌制预冷混凝土 。 ( 3 )根据气候及仓面施工状况 ，实行动态控制碾压混 凝 土拌 和物 的 V C值 。 ( 4 ) 严 格控制碾压混凝土拌和物的含气量 ，其变化范 围为 4 1 。 3 3 混凝土运输质量控制 ( 1 )高速皮带机运输 ：在高速皮带机桁架与上皮带之 间形成相对封闭的环境。控制拌和楼出机 口放料流量， 使之连续、均匀；混凝土料的厚度应大于 l O c m。 ( 2 )自卸汽车运输：在拌和楼 自卸汽车入口设喷雾装 置 ；自卸汽车运输 时车 厢顶 部设 活动 遮 阳棚 ，外侧 面贴 隔热板；根据施工强度合理安排运输车辆，严格控制混 凝土在车上的滞留时间。 3 4 混 凝土仓 面质 量控 制 ( 1 )在碾压混凝土浇筑过程中，应采取综合的降温保 湿措施 ，以减 少混 凝土 温度 回升 ，达到保 温 、保 湿 、防 晒、延缓碾压混凝土的初凝时间、减少 V C值损失及降低 混凝土浇筑温度 的作用，主要采取 的措施为仓面覆盖、 仓面喷雾、仓面V C值控制、层问间隔时间控制等。 ( 2 )在碾压混凝土运输、卸料、摊铺过程中采取措施 减少 骨料分 离。 3 5 层面 处理 技术 3 5 1 常用的层面处理方式 常用的层面处理方式有在层面上铺一层胶凝材料净 浆 、水泥砂浆或细骨料混凝土等三种方式。碾压混凝土 层面处理方式的选择需要兼顾以下两方面的要求 ： ( 1 )能有效提高层面结合强度，层面处理方式的具体 施工过程操作简单。 ( 2 )能适应高温 、降雨 、干燥有风或太 阳辐射等不利 环境条件 的变化 。 刷胶凝材料净浆 、铺砂浆稍好于小骨料混凝 土。层面 问隔时间较短时 ，采用胶凝材料 净浆处理方式有利 ；而层 面间隔时间较长且层面平整度较差时，摊铺砂浆较好。 3 5 2 层面处理技术 ( 1 )热升层 ( 未初凝范围内)层面一般不作任何处 理 ，但当高温、降雨影响到层面结合质量时，可视情况 决定在层面铺胶凝材料净浆或铺水泥砂浆。 ( 2 )暖升层 ( 初凝临界状态)层面铺胶凝材料净浆或 铺水泥砂浆。 ( 下转第 2 9页) 2 1 8 7 6 5 4 3 2 l O 9 8 3 3 3 3 3 3 3 3 3 缓慢的散热过程中，控制混凝土的内外温差，从而防止 混凝土因温度变化而引起裂缝。蓄水法：先在混凝土 表面覆盖麻袋，浇水保湿，待混凝土初凝后 ，在周围砌 挡水墙蓄水养护。大体积混凝土 的养护时间应该适当 延长 。 ( 8 )加强施工温度监测。对大体积混凝土内部各部 位进行温度跟踪监测，可以及时、准确地掌握混凝土各 个部位的温度变化 ，以便采取处理措施降低 内部温度 ， 保证工程质量。混凝土温升最快的阶段在浇筑后 的 1 5 d 。在此期问，宜每 3 0 mi n读取数据一次；以后数据的 读取时 间可以延长 ，建议在 浇筑后 的 6 2 0 d ，每 3 h 读取一次数据 ；浇筑 后 的 2 1 3 0 d ，每 6 h读 取一 次 数 据 。 ( 9 )合理组织施工。在施工过程中精心安排混凝土浇 混凝土工程 筑时间。在高温季节施工时，混凝土浇筑时间尽量安排 在 1 6 时 至次 日 1 0时前 进 行 ，以减少 混 凝 土 温度 回升。 新 、旧混凝 土浇筑间隔时间为 5 7 d 。 6 结束 语 综上所述，大体积混凝土控制温度变形裂缝不是单 纯的结构理论问题，而是涉及结构计算、构造设计、材 料组成、物理力学性能和施工工艺等多学科的综合性问 题 。在工程建设过程 中，我 们要 从设 计 、原 材料 和施 工 等多方面、多角度出发，制订具体的施工方案，在优化 配合比设计、改善施工工艺、提高施工质量、加强养护 等方面采取有效的温控施工技术措施，施工中严格管理 、 严格操作 ，才能达到理想的效果。 ( 上接 第 2 1页) ( 3 )冷升层( 混 凝 土 已终凝 )层 面按 施 工缝 进 行处 理，即冲毛后铺 1 5 c m厚的水泥砂浆。 在现场实际施工 中，应采取措施 ，保证铺砂浆或刷 胶凝材料净浆后立即覆盖新混凝土，防止砂浆和胶凝材 料净浆失水而变成夹心饼干，影响层碾压混凝土面结合 质量 。 4 碾压 混凝土施工层面处理效果分 析 下面以龙滩水电站大坝工程为例进行介绍。 4 1 层 面抗 剪试 验 ( 1 )9 0 d 抗 剪试验 结果 ：碾压 混凝土 工艺性 试验 9 0 d 后原位抗剪试验检测试件 8组 ，共剪切试件 4 O块，实 测剪断面最大起伏差平均约为 2 O c m，剪断面平均约有 9 O 沿上层试体或下层试体剪断 ，有约 1 0 沿层面剪 断 ；在沿 层 面剪 断情 况 中 ，有 约 8 O 的试 块 3 4以上 面积沿层面剪断 ，有 3 0 的试件在试验后 出现不 同程 度 的开裂或破碎 ，约 5 的试件局部有骨料堆积 、蜂 窝现 象 。 ( 2 )1 8 0 d抗 剪 试 验 结 果 ：碾 压 混 凝 土 工 艺 性 试 验 1 8 0 d后原位抗剪试验检测试件 8 组 ，共剪切试件 4 O块 ， 实测剪断面最大起伏差平均约为 2 5 c m，剪断面平均约 有 8 5 沿上层试体或下层试体剪断，有约 1 5 沿层面 剪断；在沿层面剪断情况中，有约 8 0 的试块 3 4以上 面积沿层面剪断，有 2 O 的试件在试验后出现不同程度 的开裂或破碎，约 5 的试件局部有骨料堆积 或蜂窝 现象 。 ( 3 )抗剪试验结果的比较分析 ： 1 )对 同一工 况 、同一配 合 比条 件 下 的碾压 混 凝 土 ， 1 8 0 d龄期的抗剪断强度明显高于 9 0 d龄期的抗剪断强度。 2 )对同一配合比、同一龄期条件下 的碾压混凝土， 2 3 h层 问间隔时间的抗剪 断强度要稍高于 4 5 h 层 间间 隔时间的抗剪断强度，铺砂浆的抗剪断强度要高于铺一 级配混凝土 的抗剪断强度 。 4 2 钻孔取芯及压水检查 碾压混凝土的层面折断率小于 2 5 ，表明碾压混凝 土层 面施工 和处 理 的效果很 好 ，处 于 国际领 先水 平 。从 压水检查成果来看，碾压混凝土单位透水率均满足不大 于 1 L u的设计要求，其中单位透水率小于 0 5 L u的 占 9 8 1 ，小 于 0 2 L u的占 8 6 7 。 4 3 孔内声波及录像测试 对取芯孔和部分压水孔的声波及录像测试表明：各 检测孔没有发现声波及动力学特征异常，声波低于临界 值所占比例及变异系数均小于 5 ，说明混凝土的完整密 实性及均匀性较好；孔内录像成果也表明孔壁骨料分布 均匀 ，表面光滑 、致密 。 5 结束语 综上所述 ，在碾 压 混凝 土施 工 中， 面结合质量 ，必须做到以下几点 ： ( 1 )有一个 可压 实 性好 、黏性 好 、 合 比。 要获得较好的层 抗 骨 料分 离 的配 ( 2 )选用保水性好的减水缓凝剂。 ( 3 )加快施工速度 ，缩短各施工环节的作业历时，减 少 V C值损失和缩短层面暴露时间，使上、下层混凝土在 初凝前尽早结合。 ( 4 )采用抗分离摊铺机具及抗分离施工工艺。 ( 5 )对施工仓面采取喷雾或 防阳遮盖等降温保湿 措施 。 ( 6 )对接近初凝或刚初凝的层面，进行刷水泥浆或铺 砂浆等处理。 2 9