堆石混凝土研究現狀綜述

隋毓儉

（山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030002）

1 概況

堆石混凝土施工是近年來混凝土工程施工的一項新技術，屬清華大學的專利。堆石混凝土由自密實混凝土和堆石體兩部分組成。堆石混凝土已在水利、電力、公路、鐵路、市政、港口、能源等領域的大體積混凝土工程中得到應用。2008年4月，由水利部國際合作與科技司組織成果鑒定：“堆石混凝土技術具有完全的自主知識產權，屬于原創性的新技術，堆石混凝土技術的成功應用必將有力推動我國中小型水利工程及其他大體積混凝土施工技術的發展，堆石混凝土技術具有良好的應用前景。”

在大體積混凝土施工時，采用堆石混凝土工藝施工可不采取溫度控制措施，主要原因有：一是堆石混凝土單方水泥用量比傳統混凝土少得多，堆石混凝土中堆石體占60%，而自密實混凝土只占40%，單方水泥用量100 kg左右，減少了混凝土水化熱，且比傳統混凝土造價低得多；二是堆石混凝土60%的堆石體吸收大量自密實混凝土發生水化反應時釋放的水化熱，有效降低了混凝土內部溫度；三是自密實混凝土中粉煤灰摻量較多，約占水泥用量的70%，可減少自密實混凝土自身的水化熱。

堆石混凝土在施工時與傳統混凝土相比減少了振搗工序，既節約了澆筑時間，也節省了勞動力。堆石混凝土不同于傳統的塊石混凝土，傳統的塊石混凝土是先混凝土入倉再拋石入倉，或者兩者同時入倉，而堆石混凝土是先堆石、后灌注混凝土，且堆石厚度在1.2～1.5 m間，降低了施工難度。

堆石混凝土適用于建筑物基礎、水工大壩等大體積混凝土工程，特別是石料儲存豐富、開采方便的地區更適宜采用堆石混凝土。

堆石混凝土施工工藝原理是，當混凝土模板安裝就緒后，將塊石用機械或人工堆至1.2～1.5 m高度后，進行自密實混凝土灌注。由于自密實混凝土具有高流動度、不離析、均勻穩定，澆筑時依靠自重流動，無需振搗而達到密實的優點，當自密實混凝土依靠自重均勻地填充到堆石體的空隙，與堆石體凝結硬化后形成新的混凝土體，即堆石混凝土。

2 優點

堆石混凝土由于其獨特的施工工藝，使得其比常規混凝土具有顯著的工程和經濟優勢：一是施工過程簡單，最大限度地降低了混凝土澆筑倉面的施工人員和機械工作量，使得現場控制管理更加簡便易行；二是避免了混凝土振搗密實的過程，消除了人為不利因素干擾，施工質量和穩定性更容易保證；三是施工工藝流暢，能大幅提高大倉面素混凝土的施工效率；四是使用大量的塊石作為原材料，大大降低了經濟成本；五是單位堆石混凝土的水泥含量很少，因此水化溫升小、溫控簡單；六是具有大塊巖石穩定堆積構成的骨架，體積穩定性優良、收縮小；七是可減少或免除鑿毛工序，提高施工速度；八是在施工過程中能源消耗低、環境負荷小，更加綠色環保。

3 研究現狀

堆石混凝土技術發展至今，已通過各種實驗室試驗和現場工程試驗驗證，自密實混凝土可以很好地填充堆石體間的孔隙形成致密結構，硬化后的堆石混凝土具有很好的力學性能和耐久性能。

3.1 填充性能

在有機玻璃模具中進行堆石混凝土填充試驗，通過表面觀察可以清楚地看到自密實混凝土在堆石體中形成從澆筑點向外擴展的斜面。新澆筑自密實混凝土沿斜面向前推進，能夠很好地填充堆石體孔隙，形成完好的堆石混凝土塊體。根據相關資料可知，自密實混凝土從堆石體斷面上所有的空隙中流出，表明其在堆石體的三維空隙中具有良好的通過性能。

3.2 力學性能

對澆筑成形的堆石混凝土試件進行彎曲試驗后的破壞斷面可以清楚地看到自密實混凝土能夠很好地填充堆石體的內部空間，沒有發現明顯的孔隙。自密實混凝土自身的10 mm骨料分布均勻，彎曲加載形成的破壞斷面較為平整，穿過該截面的堆石塊體均被拉斷，表明自密實混凝土與堆石骨料間的黏結很好，沒有在骨料表面產生泌水現象。

施工過程中由于澆筑層厚的限制，會在堆石混凝土中存在施工沖熱縫，形成堆石混凝土中的薄弱面。通過試驗模擬實際施工過程，試樣中包含此薄弱面，對試件進行軸心抗壓試驗，其平均強度為22.0 MPa，而充填堆石所使用的SCC的28 d實際強度為17.2 MPa，表明堆石混凝土強度高于充填堆石所使用的自密實混凝土強度，或至少不低于自密實混凝土強度，堆石混凝土中自密實混凝土和石塊之間具有良好的膠結能力。

3.3 抗滲性能

從堆石混凝土試件的普通部位、熱縫部位和冷縫部位切割取樣，并按照《承重混凝土試驗規程》中的相關試驗方法進行抗滲性能檢測。對于普通部位和熱縫處的堆石混凝土而言，其抗滲等級能夠達到W30以上，遠遠超出了一般水工結構物的標準，即使是抗滲相對薄弱的冷縫處，其抗滲等級也達到了W14，也能滿足一般要求，表明填充良好的堆石混凝土具有優良的抗滲性能。

3.4 結構性能

為了研究堆石混凝土的結構性能，通過試驗將堆石混凝土技術應用于梁構件中，研究其配筋結構的抗彎和抗剪承載力，分別澆筑兩種配筋狀況相同的堆石混凝土梁和自密實混箍土梁。根據相關試驗結果，堆石混凝土梁的剪切承載力及彎拉承載力均略高于自密實混凝土梁。主要原因是梁發生剪切破壞時，裂縫發展中遇到大骨料時會繞過骨料，從而使主裂縫的面積增加，同時增加骨料間的咬合力，所以在自密實混凝土強度等級相同的情況下必然會導致梁的剪切承載力和彎拉承載力提高。因此，堆石混凝土可以替代自密實混凝土用于實際結構中。