自密实混凝土在黄沙坑水库大坝中的应用.pdf

2 0 1 5年第 2期 自密实混凝土在黄沙坑水库大坝中的应用 郑庆喜 ( 明溪县水利局 ，福建 明溪3 6 5 2 0 0 ) 摘要： 自密实混凝土在水利工程 中的应用是水利工程技术、工艺的重要突破。该文以黄沙坑水 库大坝为例 ，阐述 自密实混凝土特点、应用、施工方法、质量控制等。 自密实混凝土施工过程 中，对原材料 、配合比调整、流变性能、浇筑 时间、养护等进行控 制，施 工后坝体外观质量、 透水率、抗压强度、水化温升等指标均满足设计要求。该施工质量控制技术对 自密实混凝 土堆 石坝在水利工程 中推广应用具有借鉴作用。 关键词 ：自密 实混凝土；大坝 ；堆石混凝土 ；质量控制 中图分类号 ： T V 5 4 4 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 2 3 0 1 1 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 2 3 0 3 前言 自密 实 昆凝 土( S e l fC o mp a c t i n g C o n c r e t e ， 简称 S C C)是指加入一定量 的外加剂 ，使粗细骨料 均匀悬浮在水 泥浆 中，浆体具有高流动性、不离析 性 、不泌水性 ，浇筑时无需振捣而依靠 自重把浆体 填满空隙成型的高性能混凝土。在建筑上 ，对结构 复杂 、浇筑时难于振捣 的构件 ，采用 自密实混凝土 解决 了常规混凝 土不密实 、成型差的问题。 自密实 混凝土由日本冈村普教授在上世纪 8 O年代研制成 功 ，之后在各个 国家得 以推广应用 J 。 自密实混凝 土被称为近几十年混凝土建筑技术具有革命性 的一 个发展 ，已在越来越多工程领域 中得到应用。 2 0 0 3年 ，在 自密实混凝土基础上发展出了一种 新型施 工技 术一堆 石 混凝 土 ( R o c kF i l l e d C o n c r e t e ，简称 R F C) _ 2 J 。该技术 是清华 大学所有 的 国 家专利技术 ，利用 自密实混凝土充填大粒径堆石 的 空隙形成大体积混凝土。 1 工程概况 黄沙坑水库位于福建省三 明市明溪县境 内城岚 溪黄沙坑村河段 ，距 明溪县约 2 0 k m，是一座 以灌 溉为主、供水为辅的综合利用型水库 ，总库容 1 7 1 7 万 m ，是福建省十二五规划的重点工程项 目。水库 主要建筑物包括拦河坝、进水 口及 隧洞等 。拦河坝 分为主坝和副坝 ，主坝坝顶高程 4 4 8 7 0 m，坝顶长 1 9 8 m，宽 5 0 m，最大坝高 4 4 2 0 m；副坝布置在 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 6 3 0 左岸的垭 口处 ，坝顶高程 4 4 8 7 0 m，坝顶长 8 6 m， 宽 5 0 m，最大坝高 2 0 0 m。主坝及副坝 的坝体材 料均采用 C 2 0自密实堆石混凝土，是福建省第一座 自密实混凝土堆石坝。 2 自密实混凝土在坝体中应用的特点 水利工程大坝采用 自密实混凝土 ，坝体 中可以 堆砌大量的堆石 ，降低 了大坝大体 积混凝土水化温 升 ，节省了投资 ，施工机械化程度较高 ，施工进度 快 ，工程质量受人为的干扰小 3 J 。 ( 1 )减少水化温升：坝体中堆石体积可达 5 0 5 5 ，自密实混凝土本身水泥用量较 常规混凝土 少并掺入粉煤灰 ，单位堆石体 的水泥含量少 ，水化 温升小 ，温控简单。 ( 2 )施工工艺简单、机械化程度较高、进度 快 ：与常规砌 石坝相 比，可缩短 工期 2 0 3 0 。 块石用后八轮汽车直接入仓 ，挖掘机平仓 ，自密实 混凝土采用泵送入仓 ，无需振捣。 ( 3 )密实性好 ，质量受人为干扰小 ：自密实混 凝土具有 良好的流动性能、充填性能和抗离析性能 ， 避免 了混凝土与块石胶结面薄弱区的产生 。自密实 混凝土质量控制 主要在配合 比，一旦配合 比确定 ， 密实度不受人工影响。 3 自密实混凝土对原材料的要求 原材料 品质是确保混凝 土质 量 的最重要一环 。 自密实混凝土 的原材料应满足 胶结颗粒料筑坝技 术导则 ( S L 6 7 8 2 0 1 4 )及 国家 、水 利水 电行 业 23 2 0 1 5年第 2期 HS K 0 1 坝基开挖料0 9 5 4 5 0 2 4 0 1 9 4 3 2 1 8 8 6 6 4 1 1 9 4 6 5 5 ( 1 3 )原状灰 HS K 0 2 。 7 2 4 2 s 2 s 4 7 8 钾6 2 8 6 8 2 ( )原状灰 H S K 0 3 洞碴料0 9 8 4 5 1 2 3 5 6 1 8 6 3 1 0 8 9 3 6 2 2 1 9 7 7 2 8 ( 1 5 )磨细灰 H S K 0 4 块石料场0 9 4 4 4 1 2 4 6 2 1 7 9 3 2 2 8 6 1 6 5 0 1 9 2 9 7 ( 1 9 ) 磨细灰 的相关技术标准。 ( 1 )粗骨料 ：连续 级配、粒径 52 0 m m。黄 沙坑水库大坝所用粗骨料采用当地石料轧制而成 。 ( 2 )细骨料 ：选用中砂或 中粗砂 ，细度模数在 2 7 3 3之间。黄沙坑水库大坝采用与粗骨料生产 同一设备生产的人工细骨料。 ( 3 )水泥 ：水泥的选用应考虑与专用外加剂的 相容性 ，一般选用普通硅酸盐 水泥和硅酸盐水泥 ， 不宜便用铝酸盐 、硫铝酸盐水泥或早强型水泥，因 为后者水泥凝结速度较快 ，产生流动 困难 ，无法达 到 自密实 目的。黄沙坑水库大坝水泥采用福建三 明 金牛水 泥 有 限公 司 生 产 的散 装 普 通 硅 酸 盐 水 泥 P O 4 2 5。 ( 4 )掺合料 ：掺加适量矿物掺合料能调节混凝 土的流变性能 ，提高塑性 粘度 。自密实混凝土的掺 合料有粉煤灰、矿渣粉 、硅粉等 ，其 中使用粉煤灰 较普遍 ，粉煤灰的品质标 准为 级灰及 以上。黄沙 坑水库大坝采用福建省永安市瑞祥粉煤灰科技有限 公司生产的级粉煤灰。 ( 3 )外加剂 ：除应符合规范要求外 ，还应对特 定工程采用专用外加剂 。黄沙坑水库大坝外加剂采 用北京华石纳固科技有限公司生产的堆石混凝土专 用外加剂。 4 自密实混凝土配合比及调整 自密实混凝土在配合 比设 计上用粉体取代了相 2 4 当数量的石子 ，通过高效减水剂的分散和塑化作用 ， 使浆体具有优 良的流动性和粘聚性 ，能够有效包裹 输运石子 ，达到 自密实的效果 。 配合比是自密实混凝土质量控制的重点和难点， 选择合适的骨料级配比例是制备 自密实混凝土关键 技术之一。黄沙坑水库大坝 自密实混凝土现场配合 比因粗细骨料 发生变 化及加工设 备更 新 ( 详见表 1 ) ，经历了三次较大调整 ：第一次因粗细骨料加工 机械设备更新 ，原料仍为大坝基础开挖料 ，质地为 变质酸性火山岩 ；第二次 因原材料变化 ，采用隧洞 洞碴料 ，质 地为花 岗岩 ；第 三次也 因原材料 变化 ， 采用块石开采料 ，质地为砂岩。经分析 ，因加工设 备差异和不同质地的原材料加工的粗 细骨料 ，粗骨 料级配 、颗粒表面积及砂的细度模数均发生一定变 化，自密实混凝土 的配合 比应作相应调整 ，调整后 配合 比详见表 2，各次配合 比调整后 的混凝土工作 性能均能满足施工要求 ，详见表 3 。 料场第一次调整 即砂石料加工设备更新后 ，坝 基开挖料加工的碎石 、人工砂 的颗粒级配变化引起 的空隙率较大，使得自密实混凝土单位石子体积减 少、填充砂间空隙的胶凝材料用量增加；第二次调 整使用洞碴料轧制的粗细骨料级配较合理，空隙率 较小 ，胶材用量相对较小 ，但粗骨料颗粒偏细 ，单 位用水量有所增加 ；第三次调整使用块石料场轧制 粗骨料颗粒略粗 ，骨料级配相对合理 ，在 满 足施 工 工作性时，也有利于降低胶材用量。 从表 2可 以看出，同一个厂家 级粉煤灰 ，采 用磨细灰外加剂掺量从 1 3 增加到 1 9 。分析其 原因，磨细粉煤灰 的微观颗粒表面更粗糙 ，呈蜂窝 状 ，而原状灰表面较光滑 ，磨细灰对外加剂 吸附作 用相对 明显。故工程 中应优先使用 电厂生产 的原状 粉煤灰 。 自密实混凝土配合 比需要根据原材料波动情况 进行动态控制 ，由经验丰富的技术人员进行现场指 导 。控制好 自密实混凝土的质量 ，关键在于配合 比； 配合比的控制 ，关键在于原材料 ，要求原材料相对 稳定。 目前黄沙坑水库大坝 自采用块石料场 的原材 料加工以来，加工设备系统稳定，生产出来的粗细 骨料级配比较合理 、稳定 ，水泥 、粉煤灰稳定 ，只 是在粗细骨料含水率变化时进行配合比微调，可以 确保 自密实混凝土的质量。 5 自密实混凝土施工及质量控制 5 1 自密实混凝土施工过程 自密实混凝土是在堆石上浇筑 ，施工过程分前 期工作和浇筑混凝土两个步骤。前期工作包括仓面 处理 、立模 、堆石。仓 面处理时 ，为不产生施工冷 缝和增强粘结力 ，在仓面上进行凿毛 ，这与常规混 凝土埋石和常规混凝土仓 面处理相 同。立模采用钢 模或木模 ，用连接筋与 已浇筑的仓 面边缘预埋锚筋 连接 固定 ，这与其它的混凝土立模工艺相 同。堆石 采用粒径大于 3 0 c m、强度大于 4 0 M P a的块石 ，每 仓堆石高 1 5 m。浇筑时 ，自密实混凝土搅拌后 采 用泵送 、布料机控点。每浇筑点 间距 2 0 m，布料 机出料 口与仓 面间的垂直高度应小 于 5 m。每浇筑 点一次浇满，不可重复，相邻浇筑点问连续浇筑。 5 2 自密实混凝土质量控制 自密实混凝土堆石坝质量好坏取决于 自密实混 凝土 。自密实混凝 土的特点是高流动性 、高抗离析 性 ，依靠 自身的流动填充堆石 中空隙。如果流动性 差 ，空隙难于填满 ；如果离析 ，产生浮浆 ，上 、下 层强度不均匀 ，仓 面产生大量的收缩裂缝。黄沙坑 水库大坝施工中， 自密实混凝土质量控制包括控制 自密实混凝土的高流动性而不产生离析等措施 ，具 体如下 ： ( 1 )检测 自密实混凝土原材料 ，特别是粗细骨 料含水率 、石粉含量 ，及时调整配合比。 ( 2 )事前控制 自密实混凝 土的流动性 、抗离析 性 、稳定性 。每一仓 自密实混凝 土浇筑前 ，检测拌 和物的性能，包括混凝土 的 3 0 m i n 6 0 mi n扩展度 、 V型漏斗通过时间及稳定性等。控制扩展度 6 5 0 7 5 0 m m，V型漏斗通过时间为 7 2 5 s ，稳定性确保 大于或等于 1 h ，方可进行混凝土浇筑。 ( 3 )控制 自密实混凝土浇筑时间。为确保 自密 实混凝土的整体性 ，避免产生施工缝 ，相邻浇筑点 的间隔时间不宜超过 3 h 。若相邻浇筑点的间隔时间 超过 3 h ，可采用 同配 比的自密实砂浆覆盖后再恢复 浇筑。 ( 4 )控制浇筑气温 。夏季环境温度超过 3 5 时不宜浇筑 ，冬季环境温度低于 5 时也不宜浇筑。 ( 5 )做好 自密实混凝土养护。混凝土终凝初期 一 定要及时养护 ，否则 仓面表层易产 生收缩裂缝 ， 夏季施工尤其 明显 。养护方式如下 ：混凝土浇筑后 8 h左右起 ，仓面上覆盖 土工 布浇水 ，冬季仓 面要 采取保温措施 。 6 自密实混凝土质量检验 黄沙坑水库大坝施工过程对 自密实混凝土质量 进行 严 格 控 制 ，效 果 明 显。 目前 大 坝 已浇 筑 至 4 2 0 5 m高程 ，浇筑量达 2 4 5万 m ，从表观看 ，平 顺密实 ，无裂缝。 自密实混凝土强度经各仓混凝 土 试块 2 8 d龄期检测 ，质量全部合格 ，抗压强度都在 2 1 MP a以上。为检验 自密实混凝土浇筑 的堆石坝工 程质量，对已浇筑的2 0 4万 m 混凝土堆石坝体进 行钻孔取芯及压水试验 ，共钻取 4个孔 。从芯样外 观质量看，混凝土与块石间结合 ( 下转第3 0页) 2 5 2 0 1 5年第 2期 4 2 管径选择 在设计工况下 ，根据推荐 的输水线路及初选 的 管材 ，在满足 自流水力条件的情况下进行不 同管径 的方案比选 。从表 3看 ，各方案在最不利点及管道 末端水头均 能满足 自流要求且 富余 度大于 2 0 m， 能满足规范要求 ；方案一最经济 。故管道采用单根 D N 1 2 0 0 R P MP管 ( 9 6 k m) +单根 D N 1 2 0 0 S P管 ( 3 k m) 。 5 结论及建议 随着区域人 口的增加 和经济的发展 ，水资源供 需矛盾将更突出，这不仅制约 了当地经济社会 的正 常发展 ，甚至影响到 国家的可持续发展战略。对 于 跨流域调水的湄南供水工程 ，充分发挥其功能 ，实 现水资源优化配置，是一项十分紧迫的任务。更重 要的是在需水预测存在不确定性 的情况下 ，原规划 设计的湄南供水一期工程长期低负荷运行 ，产能积 压严重 ，实施湄南供水至泉惠石化园区分水工程是 必要的 ，也是可行 的。推荐 中线方案技术上不存在 难以克服 的问题 ，避开跨 区域 征地 ，经济利益制约 因素少 ，且全线均为管道工程 ，工期可控 ，开工至 建成通水的总工期 主要受跨林辋溪长 3 6 0 m管桥工 程控制 ，技术难度不大。跨区域长距离输水线路选 线由于涉及跨区域 的经济利益 问题 ，安征迁工作是 影响决策的主要因素， 应引起高度重视。 参考文献 1 城市给水工程规划规范 ( G B 5 0 2 8 29 8 ) S 北京 ：中国建筑工业出版社 ，1 9 9 8 2 调水工程设计导则 ( S L 4 3 0 2 0 0 8 ) s 北京 ： 中国水利水电出版社 ，2 0 0 8 3 室外给水设计规范 ( G B 5 0 0 1 3 2 0 0 6 ) S 北 京 ：中国计划出版社 ，2 0 0 6 作者简介 ：高 冬枚 ( 1 9 8 3一) ，女，福 建 武平 人，工程师，从事水利工程设计工作。 _l 、 石 I、 写 石 -、 I I 、 ! ! -、 ； - 、 ； - 、 茗 I、蝓 - ( 上接 第2 5页)紧密 ，无明显气孔 、蜂窝等。坝体 自密实混凝土芯样抗压强度平均值为 2 6 1 MP a 。压 水试验结果表明 ，最大透水率 0 3 2 7 L u ，最小透水 率 0 1 6 3 L u ，低于设计要求 ( q 3 L u ) 。混凝土温 升为 1 4 8 ( 外部环境温度 3 2时 ) ，满足设计 要求的最大不超过 1 5 o ( = 的要求。总之 ，黄沙坑水库 自密实混凝土堆石坝 的坝体外 观质量 、透水率 、抗 压强度、水化温升等指标均满足设计要求。 7 结语 自密实混凝 土在黄沙坑水库堆石坝中应用，每 立方米混 凝土 水泥用 量低 至 1 7 9 k g ；水化 温升 仅 1 4 8，简化温控措施 ；施工工艺简单 、机械化程 度高 、进 度快 ，可缩短 工期 2 0 3 0 ；无需 振 捣、密实性好 ；配合 比动态调整 、质量可控。实践 表明，自密实混凝土技术较先进 ，值得推广 。 3 0 参考文献 1 O k a m u r a ，H O u c h i ，MS e l f C o mp a c t i n g C o n c r e t e J J o u rn a l o f A d v a n c e d C o n c r e t e T e c h n o l o g Y ，2 0 0 3 ，1 ( 1 ) ：51 5 2 安学晖 ，金峰 ，石建军 自密实混 凝土充填堆 石体试验研究 J 混凝土， 2 0 0 5( 1 ) ： 3 6 3 安雪晖 ，黄绵松 ，金 峰，等 自密 实混凝土在 水工大体积混凝土 中的应用 C 全 国特种混 凝土技术及工程应用学术交流会暨 2 0 0 8年混凝 土质量专业委员会 年会论 文集 ，北京 ：中国土 木工程学会 ，2 0 0 8 4 马辉文，李瑞 自密实混凝土在水库泄洪洞原 洞衬砌 中的应用 J 水 利建 设 与管理 ，2 0 1 1 ( 1 ) ：3 5 3 8 作者简介 ：郑 庆喜 ( 1 9 6 3一) ，男，福建 仙 游 人，工程师，从事水利水 电工程建设 与管理工作。