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自密实混凝土及其在大坝工程中的应用技术 焦 阳太 ( 山西省水利建筑工程局 太原0 3 0 0 0 6 ) 【 摘要】 自密实混凝土技术近年来发展迅速， 在工程中应用不断拓展。文中对 自密实混凝土的性能进行了简要 介绍， 重点对水利大坝工程中的具体应用和施工工艺作了阐述。 【 关键词】 自密实混凝土 大坝施工 1 引 言 自密实混凝土于 2 0世纪 8 0年代在 13 本及欧洲等 国家先行研究开发应用 ， 国内也已应用 1 0多年 ， 主要 应用于薄壁、 钢筋密集和振捣 困难的结构工程 中。近 几年 自密实混凝土在我国应用速度加快， 应用领域也 进一步拓展， 2 0 0 3年清华大学水利系金峰教授和安雪 晖教授发明堆石混凝土之后， 将 自密实混凝土进一步 应用于大体积混凝土施工 中， 用堆石混凝土替代浆砌 石筑坝， 给传统浆砌石坝设计、 施工带来突破性革命。 山西省近几年来先后建起了几座堆石混凝土大坝， 在 自密实混凝土技术应用中取得了一定的实践经验。 2自密实混凝土性能 2 1 自密实混凝土定义 自密实混凝土是指具有高流动度 、 不离析、 均匀性 和稳定性 ， 浇筑时依靠其 自重流动， 无需振捣而达到密 实的混凝土。 2 2 混凝土 自密实原理 通过高效减水剂、 粉体材料及粗细骨料的合理选 择搭配和配合比设计 ， 昆 凝土拌和料具有粘滞阻力小 和一定的粘度系数 ， 使骨料悬浮于胶凝体中， 能够 自由 流动充分填充模板内的空间， 并且不出现离析泌水现 象， 形成密实且均匀的结构。 2 3 工作性能及检测方法 自密实性能是指混凝土在不发生骨料离析的条件 下具有较高的流动性 ， 在浇筑过程中不需要施加任何 振动捣实， 凭借其 自重能完全填充钢筋间隙及模板内 各个角落的能力。其工作性能包括流动性、 抗离析性 和填充性 。 检测方法主要有 ： 坍落扩展度试验、 V形漏斗试验 ( 或 T 试验) 、 U形箱试验。坍落扩展度试验用于检验 其流动性 ， 扩展度为将坍落度筒提起后 昆 凝土拌和物 坍落扩展终止后扩展面相互垂直的两个直径的平均 值 ， 一般控制在 5 0 07 0 0 m m之间； V形漏斗试验( 或 T 试验) 用于检验其粘稠性和抗离析性； U形箱试验 用于检验其填充性， 即新拌混凝土通过钢筋间隙与自 行填充至模板角落的能力。 2 4 材料及配合 比 2 4 1 材料 a 粗骨料宜采用连续级配或 2个单粒径级配的 石子 ， 最大粒径不宜大于 2 0 m m； 石子含泥量不大于 1 0 ， 泥 块 含 量 不 大 于 0 5 ， 针 片 状 含 量 不 大 于 8 ； 石子空隙率宜小于4 0 。 b 细骨料 。细骨料宜选用 中砂 ， 砂 的含 泥量不大 于 3 0 ， 泥块含量不大于 1 0 。 c 水泥 。普通 泵送 混凝 土所 用 水泥 一般 均 可用 于自密实t 昆凝土 ， 可选用硅酸盐水泥、 普通硅酸盐水 泥、 矿渣硅酸盐水泥、 火山灰硅酸盐水泥、 粉煤灰硅酸 盐水泥、 复合硅酸盐水泥。不宜采用凝结速度较快的 水泥， 因为这类水泥配制的混凝土流动性损失很快 ， 一 般无法实现自密实施工。在大体积混凝土中适宜选用 低热水泥和中热水泥， 其水化放热量小 ， 配置的混凝土 流动性经时损失也小 ， 与外加剂的形容性也较好。 d 矿物掺合料。自密实混凝土浆体比例较大， 单 2 7 用水泥会产生早期水化放热大 、 硬化收缩较大现象， 宜 掺人粉煤灰、 粒化高炉矿渣粉 、 硅粉、 沸石粉 、 复合矿物 掺合粉等活性矿物掺合料以及惰性掺合料， 改善拌和 物的工作性。 e 外加剂。聚羧酸系高性能减水剂具有掺量低 、 减水率高 、 混凝土拌和物坍落度损失小、 拌和物粘滞阻 力小 、 混凝土强度增长快等优点， 十分适宜配制 自密实 混凝 土 ， 宜优先选用 。 2 4 2 配合 比 配合比设计应根据结构物的结构条件、 施工条件 及环境条件所需要的 自密实性能进行设计， 在综合强 度 、 耐久性和其他性 能要求 的基础上进行 ， 宜 采用绝对 体积法 。 主要采用增加粉体材料用量和选用优质高效减水 剂或高性能减水剂， 提高浆体的粘性和流动性， 形成 良 好 的 自密实性能 。 在调整配合比设计时， 应考虑水胶比对 自密度混 凝土设计强度 的影响和水粉 比对 自密实性 能的影 响。 3 自密实混凝土应用实例 龙华 口水电站碾压混凝土重力坝冲沙底孔断面 3 m 3 m， 桩号泄 0+ 5 8泄 0+3 5 5 3采用 1 2 ra m厚 钢板内衬 ， 其钢衬周边为 C 2 5 F 2 5 0混凝土。钢衬底部 若采用常态混凝土施工 ， 除在钢衬两侧人仓振捣外， 还 需在钢衬底部钢板上每隔 2 m左右割开一个 5 0 e m x 5 0 e m的孔 口， 用于混凝土人仓和振捣， 由于钢衬为矩 形结构， 其下部混凝土无法填满、 振捣密实 ， 还需采取 回填灌浆措施， 增加填补孔 口焊接工序。对此我们提 出采用 自密实混凝土浇筑建议并征得设计单位同意 ， 在钢衬两侧用泵送 自密实混凝土入仓方式施工， 减少 了开口、 振捣、 灌浆等工序， 浇筑之后经用回弹仪检测 ， 其钢衬下部无空鼓现象， 表明混凝土完全填充满其空 间， 解决了钢衬底部混凝土浇筑的技术难题， 取得了自 密实 混凝土 的成功应用 。 4 堆石混凝土应用实例 堆石混凝土是指在浇筑仓内堆放一定粒径的块 石， 形成具有空隙的堆石体 ， 然后灌注 自密实混凝土， 利用 自密实混凝土的高流动抗分离性能， 使 自密实混 - 2 8 凝土依靠自重自动填充到堆石体的空隙中， 形成完整、 密实和具有一定 强度及耐久性能 的混凝土 。 2 0 0 7 年山西省实施兴水战略， 建设 3 5个新水源工 程， 其中有四五座水库大坝均采用新型堆石 昆 凝土技术。 恒山水库于 1 9 5 8年兴建， 大坝为混凝土双曲薄拱 坝 ， 是我国第一座实验性拱坝， 最大坝高 6 9 m， 坝顶宽 度 2 5 m， 坝底 宽度 1 5 m， 坝顶轴 线长 度 1 4 6 2 m。2 0 0 9 年对大坝进行除险加固， 加固高度 6 9 m， 坝顶加固厚度 2 m， 坝体加固厚度 1 1 4 m， 坝体加固采用堆石混凝土， 共浇筑 堆石混凝 土 4 5万 m 。设 计 、 施工 单位在施 工 期间进行了一系列试验研究工作 ， 为其他几座堆石混 凝土坝的推广应用提供了宝贵的借鉴经验。 清峪水库在施工前经过专家论证会对原浆砌石重 力坝设计进行了修改， 大坝全部采用堆石混凝土， 坝顶 高程 8 5 6 5 0 m， 最大设计坝高 4 2 3 m， 坝顶宽度 5 5 m， 坝 底 设 计 最 大 宽 度 3 6 1 8 m， 共 浇 筑 堆 石 混 凝 土 7 万 m 。 围滩水电站浆砌石重力坝， 最大坝高 5 3 5 m， 坝顶 长 1 1 6 m， 坝顶宽 8 m； 五马水库浆砌石重力坝， 最大坝 高 4 3 1 m， 坝顶长 2 4 8 m， 坝顶宽 6 m。两座大坝原设计 均为浆砌石坝 ， 施工前期按原设计进行， 在浆砌石施工 中由于人为因素较大， 砂浆往往很难将块石缝隙填充 密实， 运料机械难免在坝面上行驶， 对砌筑不久的块石 产生松动， 坝体质量不能得到较好保证， 有些部位还需 增加灌浆工序予以填充。同时浆砌石砌筑主要依靠人 工操作， 工人承受繁重体力劳动， 工效较低 ， 机械化施 工水平低， 大体积浆砌石坝的工期很难保证。为了保 证工程质量和进度， 经专家论证， 对设计进行修改， 大 坝后期施工由浆砌石改为堆石混凝土。围滩水电站大 坝4 3 7 4 7 2 m高程采用堆石混凝土， 共浇筑5 6万 m ； 五马水库大坝 6 3 66 7 1 8 m高程采用堆石 昆 凝土 ， 共 浇筑 6 1 万 m 。两个工程 均已提前完工 。 5 堆石混凝土施工工艺 在堆石混凝土施工中， 施工单位同设计等参建单 位一起积极探索和研究相关课题， 不断改进施工工艺， 熟悉掌握施工技术 ， 在工程实践中积累了一定的施工 经验 ， 总结 和应用 的堆石混凝土施工工艺如下 。 焦阳太 自密实混凝 土及 其在大 坝工程 中的应 用技术 5 1 基础及层 面处理 将坝基开挖至弱风化或新鲜基岩面， 清除松动岩 块及石渣， 用高压水枪或冲毛机对坝基进行冲洗。 对上、 下层结合面一般只需清除表面浮渣及积水 即可， 无需凿毛， 但对表面积大于0 5 m 的堆石混凝土 平整面要进行凿毛或冲毛， 清除其表面乳皮， 并将外露 块石上 的水泥 浆清除干净 。 5 2 块石人仓填筑 a 块 石料应新鲜 、 完整 、 质地坚 硬 ， 其最小 粒径 不 应小于 2 0 c m， 最大粒径根据运输、 入仓能力 ， 尽可能采 用较大值， 但应小于层厚的 8 0 。块石开采时采取二 次转运方式 ， 除 去石渣 、 逊径 和超径 料 ， 将块 石集 中堆 放备用 。 b ，采用人工或挖掘机装 料 ， 自卸汽车运 输。人仓 前用清水将运输车 内的块石 冲洗干净， 在 昆 凝土强 度达到 5 MP a以上时方可进仓堆石 。在条件允许时 尽量采用装载机或 自卸汽车直接人仓， 可以提高工 效 ， 无条件时也可采用塔 吊、 门机等垂直运 输设 备 入仓 。 c 大面积堆石采用挖掘进行平仓 ， 局部堆石可利 用人工摆放平整。对人仓时带入的泥土和粒径较小的 块石， 以及卸料、 平仓时产生的碎石等应及时清除掉。 宜将粒径较大的块石置于仓面的中下部， 粒径较小的 块石置于仓面中上部或模板附近。堆石应尽量避免大 石或小石集中现象， 将堆石的空隙率控制在4 0 左右。 d 堆石过程中应防止碰撞模板， 且离开模板 3 0 5 0 c m距离 。 e 堆石厚度一般按 1 0 1 5 m控制。 5 3自密实混凝土拌和 a 对混凝土原材料进行检验 ， 严格按配合 比料单 进行 配料 。 b 采用强制式搅拌机进行拌和。严格计量 ， 粉剂 的称量误差不得超过 1 ， 骨料的称量误差不得超过 -4 - 2 。当含水率有显著变化时， 应及时检测和调整用 水量。搅拌机投料顺序为先投入骨料和粉剂干拌， 再 加入水和外加剂拌和， 搅拌时间约9 0 s 。 c 对 出机 口拌和物的流动度和扩展度经测试达 到要求后方可卸料运输。 5 4自密实混凝土运输 当拌和站距结构物较远时， 应采用混凝土搅拌车 运输 ， 尽量缩短运输时问， 宜在 4 5 m i n内卸料完毕。 当拌和站在建筑物附近时， 可以在搅拌机出料 口 下安装混凝土输送泵 ， 将拌和料卸入泵内将 自密实混 凝土料直接压入仓内， 输送管道可能会长些， 但减少了 二次运输环节 。 5 5白密实 混凝土 浇筑 a 白密实 昆 凝土可采用泵送、 溜槽 、 吊罐或挖掘 机控斗等方式入仓。 b 在人仓时应采取多点浇筑， 其问距不大于 3 m， 保证浇筑点连续布置， 在一个浇筑点的 自密实混凝土 填满后再移至下一个浇筑点。 c 在浇至层 面顶部 时 ， 应使 自密实混凝 土面 低于 堆石面 5 2 0 c m， 形成突出块石 ， 以利上 、 下层面间结合。 d 浇筑中应严禁不合格料入仓， 禁止在仓 内加 水 ， 发现 昆 凝土料和易性较差时 ， 应及时检查拌 和及运 输环节 ， 采取相应措施保证混凝土拌和物质量。 e 昆 凝土浇筑之后的静停过程中， 因气泡溢出可 能形成浇筑层面沉陷， 需在浇筑时适当提高浇筑标高， 或者在混凝土初凝前补浇至规定标高， 局部低 凹处也 可适当用较小块石填补。 5 6 堆石混凝 土养 护 每层堆石 昆 凝土浇筑完毕 61 8 h内及时洒水养 护， 养护期内应保持混凝土表面湿润。 6结语 自密实混凝土的高流动、 免振捣等特性 ， 给混凝土 结构设计和施工带来很大的变革 ， 它解决了钢筋密、 空 间窄小等结 构部位 的浇筑 困难 ， 而且成 功应用 于堆石 混凝土筑坝工程， 具有很好的推广价值。但其 中存在 的一些缺陷仍需进一步解决 ， 如： 外加剂属专利产品， 价格偏高 ； 自密实混凝土对用水量非常敏感 ， 其波动会 导致离析泌水或流动性降低； 为达到 良好的 自密实性 能， 会使用较高的水泥用量， 混凝土强度增长后期容易 产生干缩或裂缝。随着工程 中问题 的出现和不断解 决、 工艺的改进、 经验的积累， 以及科研水平、 施工技术 水平的不断提高， 自密实混凝土技术将会取得进一步 的发展， 并应用于更广阔的建筑领域。 2 9