低VC值碾壓混凝土性能研究

朱偉兵，孫紅雨　(中國葛洲壩集團第二工程有限公司試驗檢測中心，湖北 宜昌 443000)

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低VC值碾壓混凝土性能研究

朱偉兵，孫紅雨(中國葛洲壩集團第二工程有限公司試驗檢測中心，湖北 宜昌 443000)

[摘要]從早期自生體積變形、絕對溫升、施工速率和用水量等方面對低VC值碾壓混凝土性能進行了研究。結果表明，隨著齡期的增加，低VC值碾壓混凝土自生體積變形表現為收縮，絕對溫升值增加，且二級配低VC值碾壓混凝土早期自生體積變形值和絕度溫升值均比三級配低VC值碾壓混凝土大；隨碾壓混凝土拌合物停放時間延長，VC值損失增大，碾壓混凝土的含氣量損失減少，且三級配低VC值碾壓混凝土的VC值損失明顯大于二級配低VC值碾壓混凝土；隨著用水量的增加，碾壓混凝土VC值降低，且VC值越小，碾壓混凝土引氣效果越好。

[關鍵詞]低VC值碾壓混凝土拌和物；碾壓混凝土筑壩施工；早期自生體積變形；用水量；含氣量

碾壓混凝土快速筑壩技術通過20年的發展，碾壓混凝土從干硬性混凝土過渡到無坍落度的半塑性混凝土，即低VC值混凝土，修建碾壓混凝土壩已經不受氣候條件和地域條件限制，碾壓混凝土筑壩技術已經越來越廣泛的應用[1]。VC值為按試驗規程在規定的振動臺上將碾壓混凝土振動到合乎標準的時間。低VC值碾壓混凝土與常態混凝土相比，具有用水量小、水泥用量少、高摻粉煤灰和拌和物流動性小、分層壓實、連續上升等特點。低VC值碾壓混凝土在施工上極為有利，最直接的效果是提高了碾壓混凝土的可塑性、可碾性、層間結合能力和抗骨料分離的能力，有利于激振力的傳播，使混凝土密實度更大，并可提高碾壓混凝土的抗裂性能。碾壓混凝土施工配合比是在規程要求的溫度和濕度標準條件下進行，但施工現場情況千差萬別，為了保證碾壓混凝土在高溫或者干燥蒸發量大等不利自然氣候條件下的施工，必須對碾壓混凝土施工進行動態控制。下面,筆者從用水量、施工速率、早期自生體積變形和絕對溫升等方面研究了低VC值碾壓混凝土的性能。

1原材料概述

水泥采用秦嶺牌P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用Ⅱ級C類粉煤灰，骨料采用龍望溝現場開挖的花崗巖加工的人工骨料，花崗巖飽和單軸抗壓強度為53～95MPa，平均值為68MPa，按《巖土工程勘察規程》以巖石飽和單軸抗壓強度分類，其屬于堅硬巖石。機制砂采用中砂，石粉含量控制在15%左右(干篩法)，人工碎石分級為5～20、20～40、40～80mm。外加劑采用荊州鑫城外加劑廠生產的FDN-3緩凝萘系高效減水劑和山西桑穆斯外加劑廠生產的AE混凝土引氣劑。低VC值碾壓混凝土配合比如表1所示,其設計VC值為1～3s。

表1　低VC值碾壓混凝土配合比

2低VC值碾壓混凝土早期自生體積變形性能

圖1　不同級配低VC值碾壓混凝土早期自生　體積變形與齡期關系曲線

圖2　不同級配低VC值碾壓混凝土絕熱溫升　與齡期關系曲線圖

混凝土自生體積變形是在恒溫恒濕條件下，由膠凝材料的水化作用引起的混凝土體積變形。混凝土自生體積變形對大壩混凝土抗裂性能有著不可忽視的影響，從防止大體積混凝土裂縫出發，利用微膨脹產生的預壓應力，以補償混凝土降溫時的收縮，防止或減少大體積混凝土產生的裂縫。不同級配低VC值碾壓混凝土早期自生體積變形與齡期關系曲線圖如圖1所示。從圖1可知，低VC值碾壓混凝土早期自生體積變形表現為收縮，且二級配低VC值碾壓混凝土早期自生體積變形值比三級配低VC值碾壓混凝土要大。

3低VC值碾壓混凝土熱學性能

熱物理性能對大體積混凝土十分重要，是混凝土壩體溫度應力和裂縫控制計算的重要參數。低VC值混凝土絕熱溫升與施工配合比關系很大，明顯低于常態混凝土。研究表明，低VC值碾壓混凝土的最終絕熱溫升一般在11～20℃，而常態混凝土的最終絕熱溫升在20～27℃[2]。通過在絕熱條件下測定水泥水化所產生的熱量，結果如圖2所示，隨著齡期的增加，不同級配低VC值碾壓混凝土絕對溫升值增加，且二級配低VC值碾壓混凝土絕熱溫升值高于三級配低VC值碾壓混凝土。

4施工速率對低VC值碾壓混凝土的影響

碾壓混凝土施工過程中，確保層面結合質量是保證碾壓混凝土施工質量的核心因素，在確定層面結合處理等其他各項施工工藝后，VC值的動態控制為現場施工質量控制最關鍵的因素。為研究摻用緩凝效果的減水劑和引氣劑在施工時的工作性以及含氣量的損失情況，以便于現場混凝土拌和機口控制，確保入倉混凝土具有合適的VC值和滿足要求的耐久性，在現場進行了碾壓混凝土拌和物VC值和含氣量經時損失研究。

4.1對碾壓混凝土VC值的影響

根據觀察發現，在白天氣溫逐步升高的情況下，碾壓混凝土初凝時間縮短很快，當夜晚氣溫逐步下降時，碾壓混凝土初凝時間逐漸延長。為進一步研究施工速率與碾壓混凝土VC值損失的關系，確保入倉混凝土具有合適的VC值，對不同級配低VC值碾壓混凝土拌合物停放時間與VC值損失關系進行分析。結果如圖3所示，低VC值碾壓混凝土拌合物停放時間越長，VC值損失越大；與二級配低VC值碾壓混凝土相比，三級配低VC值碾壓混凝土的VC值損失明顯要大。

4.2對低VC值碾壓混凝土含氣量的影響

圖4所示為不同級配低VC值碾壓混凝土拌合物停放時間與含氣量關系曲線圖，由圖4可知，隨著低VC值碾壓混凝土拌合物停放時間延長，碾壓混凝土的含氣量損失減少。這是因為低VC值碾壓混凝土拌合物停放時間延長后，混凝土中的含氣量在碾壓過程中難以排出，導致碾壓混凝土的孔隙率增加，其抗壓、抗折強度將隨之下降，最終影響碾壓混凝土的耐久性。

圖3　不同級配低VC值碾壓混凝土拌合物停放時間　　　　　　圖4　不同級配低VC值碾壓混凝土拌合物停放時間　與VC值損失關系曲線　與含氣量關系曲線

5VC值對碾壓混凝土含氣量的影響

混凝土施工配合比是在規范要求的溫度和濕度等標準條件下進行的，但施工現場情況千差萬別，為了適應不同的自然氣候條件，確保碾壓混凝土的施工質量，施工過程中必須對碾壓混凝土VC值進行動態控制。一方面通過噴霧和碾輥灑水等措施改善倉面小氣候，達到降溫、保持碾壓混凝土表面濕度和減少VC值損失；另一方面應保持配合比參數不變通過調整外加劑摻量來調整VC值，達到改善碾壓混凝土拌合物性能，滿足不同氣候、溫度時段條件下的碾壓混凝土施工。

VC值對引氣效果很敏感。在引氣劑摻量相同情況下，VC值對碾壓混凝土含氣量的影響如圖5所示，VC值越大，碾壓混凝土含氣量越小，這表明VC值越大，碾壓混凝土引氣效果越差。

6用水量對碾壓混凝土VC值的影響

與常態混凝土一樣，碾壓混凝土也符合水膠比定則，且其硬化性能并不遜于常態混凝土。與常態混凝土相比，碾壓混凝土在材料上區別較大，水泥用量少，摻合料摻量高，且要求砂子石粉含量高。在配合比設計上區別也較大，碾壓混凝土以拌和物性能試驗為設計重點，漿砂比是配合比設計的關鍵參數。

碾壓混凝土VC值與用水量關系如圖6所示，隨著用水量的增加，碾壓混凝土VC值也隨之降低，用水量每增加1.5kg/m3，VC降低1.0s左右，其原因是在水膠比不變的情況下，隨著用水量的增大，漿體流動性增大，導致碾壓混凝土VC值減小。

圖5　VC值對碾壓混凝土含氣量的影響　　　　　　　　　　　圖6　用水量與碾壓混凝土VC值關系曲線

7結論

1)隨著齡期的增加，低VC值碾壓混凝土早期自生體積變形表現為收縮，絕對溫升值增加，且二級配低VC值碾壓混凝土早期自生體積變形值和絕度溫升值均比三級配低VC值碾壓混凝土大。

2)隨碾壓混凝土拌合物停放時間延長，VC值損失增大，碾壓混凝土的含氣量損失減少，且三級配低VC值碾壓混凝土的VC值損失明顯大于二級配低VC值碾壓混凝土。

3)隨著用水量的增加，碾壓混凝土VC值降低，且VC值越小，碾壓混凝土引氣效果越好。

[參考文獻]

[1]田育功.碾壓混凝土快速筑壩技術[M].北京:中國水利水電出版社,2010.

[2]張嚴明，王圣培，潘羅生.中國碾壓混凝土筑壩20年[M].北京:中國水利水電出版社,2010.

[編輯]計飛翔

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)01-0044-04

[中圖分類號]TU37

[作者簡介]朱偉兵(1969-)，男，高級工程師，現主要從事水利水電建筑工程技術方面的研究工作；E-mail:547733714@qq.com。

[基金項目]湖北省自然科學基金項目(2012FFA050)。

[收稿日期]2015-10-18

[引著格式]朱偉兵，孫紅雨.低VC值碾壓混凝土性能研究[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(1)：44～47.