冉渡滩水库碾压混凝土配合比与碾压试验研究

彭玲 李卿

摘 要：以遵义市冉渡滩水库工程为例，对工程所采用的水泥、粉煤灰、砂石骨料、外加剂进行检测。原材料在检测合格后，经过多次试拌、调整、复核后，得到满足设计要求的碾压混凝土配合比参数。现场碾压试验模拟大坝施工，以验证所设计的碾压混凝土配合比的工作性、可碾性能否满足施工要求。并确定大坝碾压混凝土的VC值、含气量、铺料厚度等施工参数，可为大坝混凝土碾压工程施工提供丰富的理论依据。

关键词：碾压混凝土;配合比设计;现场碾压试验

中图分类号：TU528.041;TV42+2    文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2022）9-0071-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.09.015

Study on Mix Proportion and Rolling Test of RCC in RanDuTan

Reservoir

PENG Ling    LI Qing

（Zunyi Survey and Design Institute Of Water Conservancy and Hydropower Co.，Ltd.， Zunyi 563002，China）

Abstract： This study takes the RanDuTan reservoir project in Zunyi as an example，use qualified raw material include cement ， fly ash， artificial aggregate ，super plasticizer  to carry out mix proportion test. The mix proportion parameters of RCC meeting the design requirements are obtained. Through the simulation of the construction conditions of RCC，to verify the workability of the RCC mix proportion designed meet the construction requirements. The construction parameters such as VC value， air content and paving thickness of Dam RCC are determined， which provides the basis for quality the construction of dam concrete rolling.

Keywords：  RCC; mix proportion design; experiment of RCC test

0 引言

碾压混凝土是一种干硬性少水泥的混凝土，使用硅酸盐水泥、火山灰质掺合料、水、外加劑、砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土，采用与土石坝施工相同的运输及铺筑设备，用振动碾分层压实，以施工效率高、建设周期短的特点在水利工程中被广泛应用。碾压混凝土坝既有混凝土体积小、强度高、防渗性能好、坝身可溢流等特点，又有土石坝施工程序简单、快速、经济、可使用大型通用机械的优点。

1 工程概况

冉渡滩水库工程位于贵州省务川县丰乐镇境内的洪渡河马村坝河段，为洪渡河干流规划水资源开发利用的第三级。洪渡河全流域面积为3 739 km2，多年平均径流量为27.0×108 m3，冉渡滩水库坝址以上流域面积为997 km2，坝址以上干流河长58.1 km，多年平均径流量为7.14×108 m3，多年平均流量为22.6 m3/s。水库校核洪水为741.32 m，总库容为5 480×104 m3，正常蓄水位为738.00 m，相应库容为4 490×104 m3。水库为中型水库，工程等别为Ⅲ等[1-2]。水库工程由首部水库枢纽、城镇和工业园区供水及灌溉输水系统组成，主要任务为供水、灌溉并兼顾水力发电。坝体主体结构为C9015W4F50三级配碾压混凝土和变态混凝土，大坝上游坝面及防渗区为C9020W6F50二级配碾压混凝和变态混凝土。

2 配合比设计

在进行碾压混凝土配合比设计时，为了确保碾压混凝土能采用薄层连续铺筑法实现快速施工，必须考虑配制出的混凝土既要满足要求的强度及耐久性等指标，又要满足绝热温升的限值，尽可能使用较低的水泥量并掺用较大比例的掺合料。由于碾压混凝土的原材料质量直接影响着碾压混凝土大坝的施工质量，为此应当控制混凝土配合比指标以及材料的基本指标[3]。

2.1 原材料

2.1.1 水泥。本研究采用重庆市彭水县茂田能源开发有限公司的“华新牌”P.O 42.5等级水泥，3 d抗压强度为27.2 MPa，抗折强度为5.2 MPa;28 d抗压强度为47.4 MPa，抗折强度为7.9 MPa，所检测的抗折强度、抗压强度、凝结时间、安定性、比表面积、三氧化硫、氧化镁、氯离子、烧失量结果均符合水泥国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2020）。

2.1.2 粉煤灰。本研究采用贵州名川粉煤灰有限公司生产的粉煤灰，细度为16.2%，含水率为0.5%，需水量比为92%，烧失量为3.6%，三氧化硫含量为1.38%，氧化钙含量为0.69%，氯离子含量为0.009%，以上指标均符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2017）中F类Ⅱ级粉煤灰标准技术要求。

2.1.3 外加剂。本研究采用贵州中兴南友建材有限公司生产的高性能缓凝减水剂与引气剂复合的PC-Ⅰ型复合外加剂，7 d抗压强度比为144%，28 d抗压强度比为133%，减水率为28.3%，抗压强度比、减水率、初凝时间差、含气量、泌水率比均符合《混凝土外加剂》（GB 8076—2009）标准技术要求。

2.1.4 骨料。骨料为碳酸盐系岩石加工的砂、碎石，表观密度为2 700 kg/m3。砂的细度模数为2.84，石粉含量为17.8%。优良的碎石比例掺量，能达到骨料紧密、孔隙率小、节约水泥用量的效果。通过对粗骨料不同比例掺量的振实密度试验，选择振实密度大、孔隙率小的比例掺量，试验得到碎石二级配比例掺量为40∶60（5～20 mm∶20～40 mm）时振实密度最大，碎石三级配比例掺量为30∶35∶35（5～20 mm∶20～40 mm∶40～80 mm）时振实密度最大。

2.1.5 拌合用水。采用遵义地区的自来水。

2.2 碾压混凝土配合比参数的确定

碾压混凝土根据VC值、容重、凝结时间和含气量等情况来判断混凝土拌合物的工作性是否良好[4]。VC值主要由单位用水量来控制，在水胶比相同的条件下，VC值随单位用水量的增加而减小，如图1所示。碾压混凝土的强度主要由水膠比决定，碾压混凝土90 d龄期的抗压强度随着水胶比的增大而降低，如图2所示。当水胶比相同时，不同粉煤灰掺量对强度具有较大的影响，碾压混凝土90 d龄期的抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而降低，如图3所示。碾压混凝土的水胶比根据设计要求的混凝土强度等级和耐久性，参照《水工混凝土施工规范》（SL 677—2014）中规定的水胶比最大允许值确定基准水胶比，初步选定水胶比、单位用水量、粉煤灰掺量和砂率，通过多次试拌、调整后，得出配合比推荐参数（见表1）。

对该配合比进行复核试验，试验结果表明，碾压混凝土配合比的工作性良好，抗压强度、抗渗等级、抗冻等级均满足工程设计要求。

3 现场碾压混凝土工艺试验

3.1 现场碾压试验目的

3.1.1 通过室内碾压混凝土配合比试验获得的水胶比、单位用水量、掺合料掺量、骨料级配及砂率、外加剂品种及掺量等基本参数进行现场验证，检验碾压混凝土配合比及工作性能（VC值、含气量、容重、凝结时间、温度）是否满足设计要求的物理性能、力学性能、耐久性能以及碾压混凝土的最佳密实度等指标[5]。

3.1.2 确定达到设计标准的、经济合理的碾压参数（如施工铺层厚度、碾压遍数、施工层面允许间歇时间、VC值等），确定碾压混凝土施工质量控制的试验方法。

3.1.3 检验所选施工机械的适应性及其性能的可靠性。通过碾压试验的入仓、摊铺及碾压方式研究，完善坝体填筑的施工工艺和措施，确定变态混凝土的施工设备及工艺;检验碾压混凝土生产系统及施工设备的适应性，确定施工工艺和碾压参数，用以模拟大坝实际施工情况[6]。

3.2 现场碾压试验布置

现场试验场地规划长×宽为20 m×10 m，场地在试验前要浇筑30 cm厚C20垫层混凝土为基础。碾压场地分A、B两个条带，分别进行C9015（三级配）、C9020（二级配）混凝土碾压，碾压混凝土与模板之间浇筑0.5面宽相应的变态混凝土。本次试验共浇筑碾压混凝土5层，每层以不同的VC值（1～5 s、6～10 s、11～20 s）和铺料厚度（34 cm、40 cm、45 cm）为变量进行试验。场地分区平面布置见图4。

3.3 碾压试验

现场碾压试验所采用的原材料均与碾压混凝土配合比所用原材料一致。经过碾压混凝土拌合物运输入仓、卸料、摊铺平仓、碾压试验等工序，采用大货车运输入仓，占进法卸料，挖掘机摊铺平仓，并配合人工平仓以防止粗骨料堆积不均，13.2 t双钢轮振动碾压机控制行车速度在2.5 km/h以下进行碾压。铺料完成后碾压机先无振碾压2遍后再有振碾压4遍、6遍、8遍、10遍，并在振碾4遍后开始用核子密度仪进行压实度检测并记录。

第一到第二层层面为施工缝，层面处理采用高压水冲毛法清除混凝土表面的浮浆及松动骨料，再在层面上铺高一强度等级的水泥砂浆（厚2～3 cm）后进行混凝土铺料。第二层与第三层、四层、五层设置为连续升层（即热升层），热升层之间层面不作处理，直接铺筑。

3.4 试验成果分析

3.4.1 配合比验证。试验现场每2 h对出机口碾压混凝土的VC值、温度、含气量、容重和仓面混凝土VC值进行测定，并检测混凝土的凝结时间。测得二级配C9020W6F50的初凝时间为12 h，终凝时间为37 h，三级配C9015W4F50的初凝时间为11.5 h，终凝时间为35.5 h。二级配混凝土的含气量2.5%～3.0%，三级配混凝土含气量2.2%～2.5%。三级配的容重为2 420～2 450 kg/m3，二级配的容重为2 400～2 430 kg/m3，试验结果表明，按室内试验所得配合比在现场混凝土拌合物的工作性能也能满足施工要求。

3.4.2 现场施工工艺。第一层摊铺碾压混凝土34 cm，仓面VC值控制在1～5 s，碾压混凝土表面泛浆效果明显，振动碾压4遍后泛浆过多，弹性较大，有凹陷感，碾压10遍后压实度达到100%。第二层摊铺碾压混凝土40 cm，仓面VC值控制在6～10 s，混凝土碾压后泛浆良好，可碾性好且无离析，振动碾压4遍后测得压实度合格率为0%，振动碾压6遍后测得压实度合格率为40%，振动碾压8遍后测得压实度合格率为82%，振动碾压10遍后测得压实度合格率为100%。第三层摊铺混凝土45 cm，仓面VC值控制在11～20 s，碾压后无明显泛浆且有离析，表面松散，相同碾压遍数的压实度合格率明显低于第二层，到第十遍合格率为94%。第四层根据前三层VC值碾压效果和摊铺厚度对压实度进行调整，确定摊铺厚度为34 cm，VC值为5～10 s进行碾压，碾压后混凝土表面有明显灰浆泛出，表面微微湿润且有光亮感，振动碾4遍后压实度合格率为34%，振动碾6遍后压实度合格率为72%，振动碾8遍后压实度合格率为100%，相同碾压遍数后的压实度明显高于第二层（摊铺40 cm）。第五层对第四层的施工参数进行验证，混凝土碾压后泛浆效果好，压实度在振动8遍后压实度均合格。

3.4.3 混凝土力学性及耐久性。在现场试验过程中，成型不同强度等级的7 d、28 d、90 d龄期试块，后期试验可知，随龄期的增长混凝土强度发展正常，且90 d抗压强度、抗渗、抗冻均满足设计要求。同时对现场碾压混凝土进行钻芯取样检测，从混凝土芯样可观察到混凝土表面光滑密实，骨料分布均匀、无空洞，层与层之间结合良好，层面的处理材料和处理方式满足施工要求，芯样的90 d抗压强度、抗渗、抗冻能满足设计要求（见表2）。

3.4.4 试验结论。碾压混凝土C9020W6F50、C9015W4F50設计配合比的拌合物工作性能、力学性能及耐久性能均能满足施工、设计要求，并且通过现场试验确定了上坝碾压混凝土的VC值宜控制在5～10 s，摊铺厚度为34 cm，二级配混凝土、三级配混凝土静碾2遍、振碾8遍后的施工参数。

3.5 质量控制

①碾压混凝土的原材料应按有关标准、规范和规程要求进行全面检验检测，进场检验结果应满足相关产品标准的要求，不合格产品不应使用。砂石骨料的含水率和细骨料的石粉含量影响混凝土的单位用水量和VC值，应每12 h进行施工自检，根据检测结果及时调整配合比、用水量及砂率。

②混凝土浇筑碾压施工参数如压实机具的型号和规格、铺料厚度、碾压遍数、碾压速度等应按碾压试验确定指标控制，不得随意变动。

③上坝施工时应严格控制入仓混凝土温度、VC值、含气量及每层混凝土压实度的检测和记录，并按要求进行碾压混凝土抗压、抗渗、抗冻等试验的取样工作。

④碾压混凝土平料时，挖掘机宜把混凝土混合均匀，并配合人工操作，避免仓面出现混凝土摊铺不均匀，从而导致的大粒径骨料集中。

⑤施工必须提高碾压混凝土的碾压工艺水平，包括碾压条带边缘的处理，碾压条带的搭接宽度，对大坝两侧边缘薄弱段按碾压试验要求可适当增加碾压遍数，确保碾压混凝土质量。严格控制层间允许的间隔时间，对施工缝和冷缝的处理严格按照施工技术要求进行。

⑥天气变化对碾压混凝土的工作性能影响较大，施工时应根据天气实施相应的措施，比如高温、降雨等。

4 结语

在对冉渡滩水库工程碾压混凝土配合比的试验研究中，通过现场碾压试验验证了室内试验设计的碾压混凝土配合比工作性能良好，能够满足设计和施工的要求，并且确定了冉渡滩水库的大坝碾压混凝土的施工参数、质量控制及措施。冉渡滩水库于2018年3月开始浇筑第一仓大坝碾压混凝土，大坝现场施工严格按照试验配合比和施工参数进行质量控制，于2020年6月大坝封顶，至今水库已正式蓄水，大坝整体运行情况良好。

参考文献：

[1] 遵义黔通达检测试验有限责任公司.遵义市冉渡滩水库枢纽工程碾压混凝土现场试验报告[R].遵义：遵义黔通达检测试验有限责任公司，2017.

[2] 遵义黔通达检测试验有限责任公司.遵义市冉渡滩水库工程（一期）四标段水库工程大坝碾压混凝土配合比试验报告[R].遵义：遵义黔通达检测试验有限责任公司，2017.

[3] 高萌.大石涧水库碾压混凝土大坝碾压工艺试验[J].河南水利与南水北调，2021（2）：77-79.

[4] 余金水，王丽华，杨森.沐若水电站大坝混凝土配合比与碾压试验研究[J].人民长江，2013（8）：97-100，104.

[5] 任喜平，李元来，张永强，等.三河口大坝碾压混凝土配合比参数优选研究[J].人民黄河，2020（10）：116-119.

[6] 沈志超.厦门莲花水库主坝碾压混凝土配合比优化研究[J].江西建材，2018（14）：12-14.