高掺粉煤灰碾压混凝土在汾河二库工程中的应用

　　高粉煤灰碾压混凝土在汾河二库工程中的应用王卫东1原存霞2李新阳1（1山西省汾河二库建设总指挥部2运城行署水利水保局）文摘：本文以汾河二库为例就高掺粉煤灰碾压混凝土在水利水电工程中的应用进行了阐述和论证。经过对原材料、混凝土配合比。碾压混凝土技术性能。坝体碾压混凝土压实及上游防渗的试验研宄和实践，表明高掺粉煤灰碾压混凝土能达到同标号常态混凝土的全部技术要求。

　　1高掺粉煤灰碾压混凝土在国内的应用情况我国采用碾压混凝土筑坝开始于80年代初，经过10余年的成长和发展，己基本形成一套适合我国具体情况的碾压混凝土筑坝技术。据初步统计，目前己建成碾压混凝土坝11座，正在施工和计划兴建的尚有24座。在这35座碾压混凝土坝中，高于100m有9座，其中*高的龙滩坝高192m.在设计和施工技术上主要推行整体式或少分缝坝体结构、中胶凝材料高掺粉煤灰混凝土、大仓面薄层连续浇筑的模式。

　　碾压混凝土拱坝多采用整体式，重力坝采用不设纵缝和少设横缝的少缝坝体结构。如普定拱坝是当今世界上*高的碾压混凝土拱坝，其坝体采用整体式结构，减少了施工干扰，充分发挥了碾压混凝土大仓面连续浇筑、快速施工的特点，尽早获得了工程效益。己建成的11座碾压混凝土坝中有9座为少分缝重力坝。

　　在胶凝材料的用量和组成方面，采用了中胶凝材料、高掺粉煤灰、低水泥用量的混凝土基本组成模式（简称中胶高掺混凝土），一般胶凝材料为140kg/m3~160kg/m3.根据国内应用结果证明，米用这种模式配制的碾压混凝土，其物理力学性能全部达到乃至远远超过设计规定指标，明显优于同标号的常态混凝土：（1）水化热温升小，一般约9°C于常态混凝土的一半左右。（2）水化反应迟缓，初期几天仅1C~2C，到40d~60d龄期才出现*高温度，使早期的混凝土内外温差大大减小。同时由于温升与弹模同步长，从而强了大坝的抗裂储备能力，是常态混凝土无法比拟的。（3）干缩量小，一般仅为130X10―6~200X106，为常态混凝土的一半左右。抗压强度也较常态混凝土高10%左右。

　　国内己建成的11座高掺粉煤灰碾压混凝土坝的施工和运行经验表明，采用高掺粉煤灰碾压混凝土可节约水泥、简化温控、快速施工、缩短工期，达到降低工程造价之目的。而且己建大坝普遍质量较好，渗漏量较小，没有一个坝发现有明显的裂缝。这标志着我国的碾压混凝土技术是成功的，坝工的设计、施工及理论研究己居世界前列。

　　2汾河二库工程概况汾河二库位于黄河流域汾河干流上游的玄泉寺处，距太原市区30km，距汾河水库80km.汾河二库为大型水利枢纽工程，总库容1.33亿m3，枢纽工程由大坝，供水发电洞及水电站等组成。大坝为碾压混凝土重力坝，*大坝高88m，坝顶长228m，坝体碾压混凝土36万m3主体工程施工总工期4a. 3高掺粉煤灰碾压混凝土施工特点碾压混凝土施工既有土石坝的施工特点，又有混凝土坝施工的一般规律，但因胶凝材料中掺了大量的粉煤灰，使水泥用量减少，从而使混凝土的强度发展规律、热学特性等方面与常态混凝土又有所不同。

　　碾压混凝土中高掺粉煤灰（约占胶凝材料的60 70%）降低了水化热，绝热温升降低10 15从而简化了温控措施；同时，使混凝土的后期强度长率大大提高，但由于碾压混凝土中不能预埋强迫冷却水管，故应特别注意混凝土入仓温度的控制。

　　碾压混凝土是超干硬性混凝土，拌和物的粘聚性差，要求在拌和、运输及平仓过程中混凝土不产生分离或分离减少至*低程度。同时要满足层间初凝间隔时间要求，还要满足混凝土的可碾性，即混凝土工作度（VC值）的控制。

　　碾压混凝土坝施工采用大仓面薄层连续浇筑升高坝体的方法，不设纵缝，减少了层间缝。由于混凝土浇筑强度高，这就要求料场的储备容量，砂石料系统的容量，混凝土拌和系统的容量及运输能力必须与浇筑强度相匹配。

　　4原材料选择24王卫东：高掺粉煤灰碾压混凝土在汾河二库工程中的应用4.1水泥对于高掺粉煤灰的碾压混凝土，根据国内己建成的工程分析，选用低热硅酸盐类水泥效果较好，标号多选用425和525按就地取材降低成本的原则，汾河二库选用太原水泥厂生产的425和525普通硅酸盐水泥。经物理力学等试验表明该水泥的各项技术性能都符合国家标准，能满足碾压混凝土的要求。

　　4.2粉煤灰汾河二库工程碾压混凝土粉煤灰使用量为4.2万t.根据试验结果，确定选用山西省神头第二热电厂电收尘I级粉煤灰。该粉煤灰密度较大；颗粒较细（0.045mm筛余量7.2%）比表面积大（864mVkg）。粉煤灰中Si2含量占44.31%AI2O3含量占42. 78%，合计含量达87.29%，试验结果证明神头二电厂的粉煤灰是一种品质优良的粉煤灰，满足碾压混凝土掺合料要求标准，适合汾河二库工程使用。

　　4.3人工骨料汾河二库坝体碾压混凝土骨料选择中曾对天然砂砾料和人工砂石料进行了方案比较，认为人工砂石料的优点较多：（1）开采场地不受洪水影响，开采量较易保证加工的需求；（2）人工砂石料中的石粉，表1碾压混凝土室内试验配合比表有助于充填骨料空隙，可改善碾压混凝土的抗渗性能；（3）人工砂石料比天然砂砾料少用胶凝材料20~40kg/m3；（4）可碾性好，抗分离性好。因此，*终选用了人工砂石料为坝体碾压混凝土骨料，人工砂石料岩性为奥陶系白云质灰岩。经试验符合国家标准要求。

　　4.4外加剂经试验筛选后选用河北省水利厅工程局石家庄外加剂厂生产的DH9引气剂和河北建筑材料工业设计研究院混凝土外加剂厂生产的H2-2减水剂。

　　5碾压混凝土配合比5.1碾压混凝土试验配合比根据设计要求：三级配混凝土Rw=10MPa；抗渗标号S2；抗冻标号D50.二级配防渗层碾压混凝土R90 =20MPa；抗渗标号S8；抗冻标号D，50.试验中C1三级配混凝土的R保=12.4MPaC20二级配混凝土的R保=24.8MPa按以上要求对两种级配12种组合进行了试验。试验配合比见表1.试验结果表明无论是二级配混凝土还是三级配混凝土，当粉煤灰掺量不变时，抗压强度随水胶比的降低而提高。

　　当水胶比不变时，抗压强度随粉煤灰掺量的加而降低；与常态混凝土的规律是一致的。其它试验结编号级配水胶比砂率粉煤灰掺量每立方米混凝土材料用量（kg/m3）外加剂掺量胶材水砂石子总量水粉煤灰级配级配5.2实际施工采用的碾压混凝土配合比这样既适应了工地的外界环境，又满足了设计要求。

　　实际施工中采用的混凝土配合比是经现场碾压施工碾压混凝土配合比见表2.混凝土试验后对室内试验配合比进行了适当调整，表2施工碾压混凝土配合比表粗料级配水胶比砂率粉煤灰掺量（%）每立方混凝土材料用量（ka/m3）实测容重胶凝材料用量水砂石总量水泥粉煤灰三级配二级配外加剂掺量：减水剂0.6%；引气剂0.015%.（1）拌和：碾压混凝土的拌和采用2套2X 6碾压混凝土的拌和与运输5m3搅拌站。每小时设计生产能力240m3.碾压混凝土的出机口VC值控制在4 ~6.5s搅拌时间控制5t自卸汽车运输直接入仓。

　　7碾压混凝土压实碾压混凝土的压实是靠振动碾振动碾压来压实的。压实原理为靠碾压机械的自重压实和借助振动作用克服混凝土骨料间的磨擦力，使砂浆进入骨料中的空隙之间，达到对混凝土压实之目的。影响压实的主要因素有：压实机械的性能、拌和物的VC值，铺层厚度及碾压遍数。

　　7.1压实机械根据国内对压实机械的使用情况来看，国产机械存在激振性能差，机械寿命短等弱点。汾河二库选用了德国BOMAG.BW 202AD型（7t级）双轮四碾光面滚筒型振动碾，行走速度1km/h.该机型具有激振力大，为313.9kN；振动振幅小，为0.86mm，运行可靠性好，压实力较高等优点。边角部分选用BW―75S手扶振动碾。

　　7.2拌和物的VC值由于碾压混凝土是干硬性混凝土，没有坍落度，是用工作度VC值控制，根据汾河二库碾压混凝土铺层厚度及气温湿度因素，确定VC值为15~20s，施工中根据实际情况，经试验后可随时作适当调整。

　　7.3铺层厚度及碾压遍数根据国内施工经验及现场试验，铺层虚铺厚度确定为35cm，间隙层厚为210cm.碾压采用先无振动压2遍，把表面挤紧整平，后振动碾压8遍，把铺层全部压实，再无振动碾压2遍，把弹出来的骨料或暂时发生的龟裂等及时碾平。

　　每一层的压实程序为先无振动碾压，再振动碾压后进行密度检查，汾河二库碾压混凝土密度为2400kg/m3，若未达到密度要求，即继续振动碾压直到达到2400kg/m3为准。然后无振动碾压2遍。

　　相邻两遍碾压带的相压搭接宽度确定为20~30cm. 8坝体上游防渗坝体碾压混凝土防渗性能一般较差，根据坝体防渗要求，需要坝的上游面浇筑一层厚2~3m常态混凝土作为坝体的防渗层，但这种方法既加了施工工艺，又影响了坝体混凝土浇筑的升高速度，不能发挥碾压混凝土快速施工的特点。故汾河二库采用了改进碾压混凝土配合比的方法，将坝体上游2m厚的混凝土改为二级配富胶凝材料碾压混凝土，提高了防渗性能，经钻孔压水试验透水率小于0.1Lu满足了坝体的设计防渗标号S8要求，同时还在沿上游面20cm厚范围内的碾压混凝土内加20~25L/m3的水泥浆，并用插入式振捣器进行振捣，提高了坝体防渗性能，达到了上游坝面平整又光滑之目的。

　　此工序稍后就可以开始与坝体混凝土一起全断面进行碾压。这种施工方法既可达到碾压混凝土快速施工之目的，又可满足坝体上游防渗要求，汾河二库工程的实践证明防渗效果很好，很有推广价值。

　　9结论采用高掺粉煤灰碾压混凝土，可节省大量水泥，本工程共节约水泥4.2万t，扣除粉煤灰的价格，共节省投资约640万元，达到了降低工程造价之目的，同时减少了环境污染。

　　碾压混凝土与常态混凝土相比较，具有更强的竞争力，*大优势在于施工速度快、工期短，能较快发挥经济效益。

　　由于碾压混凝土可掺入粉煤灰60%~ 70%来代替水泥，有效地减少混凝土水化热效应，简化了温控措施，从而也降低了工程造价。

　　由于采用了二级配碾压混凝土，解决了碾压混凝土坝体防渗问题，也可使防渗混凝土与坝体同步升高，加快了施工速度。同时在上游坝面采用加浆振捣法，解决了坝面平整问题，提高了防渗性能。

　　业，高级工程师