黃登水電站機制變態混凝土生產性試驗及成果分析

劉興輝

(中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007)

機制變態混凝土指在拌和樓生產碾壓混凝土時，根據碾壓混凝土拌制方量加入一定比例的灰漿所生產出的混凝土。黃登水電站工程變態混凝土主要用于岸坡基巖面、大壩上下游模板面、廊道、電梯井周邊等振動碾碾壓不到的部位。為驗該工程采用機制變態混凝土的可行性、適用性，給大壩機制變態混凝土施工提供相關技術參數、保證率及施工經驗，參建各方進行了機制變態混凝土生產性試驗。

1 生產性試驗

(1)試驗目的。①對機制變態混凝土及下游常態混凝土出機口取樣并進行抗壓、劈拉、抗滲、抗凍、彈性模量等物理力學性能試驗，驗證機制變態混凝土的可行性及適用性。②驗證碾壓混凝土與機制變態混凝土搭接部位結合質量。③對現場人工加漿振搗變態混凝土、下游常態區混凝凝土與機制變態混凝土之間各項物理力學參數及施工功效進行對比。

(2)試驗區選擇。試驗場地選在8～10號壩段1 435～1 438 m高程下游區域，機制變態混凝土試驗區域選擇在8號壩段，人工加漿變態混凝土試驗區選擇在9號壩段。

2 機制變態混凝土試驗區施工工藝

(1)混凝土拌制。采用拌和樓拌制，拌制混凝土前對拌和樓進行清洗，空轉運行將余水排出后進行拌料。

(2)運輸方式。機制變態混凝土運輸采用25 t自卸汽車運輸入倉，駕駛室內掛牌標明混凝土的級配、標號。接料前對車廂進行清洗，并將余水排干后進行接料，運輸過程中按要求加蓋遮陽棚。

(3)卸料、平倉。自卸汽車直接進倉卸料，采用退鋪法進行卸料；平倉設備采用CASE850K平倉機，局部不平的部位用人工輔助鋪平。

(4)鋪料方式。采用平層鋪料，鋪料厚度為(35±1)cm。

(5)加漿及振搗。人工加漿變態混凝土采用先插孔后加漿的方法，即在攤鋪好的碾壓混凝土面上用不小于Φ25 mm的造孔器人工造孔，造孔按梅花型布置，孔距約為30 cm，孔深25 cm。然后人工手提桶定量定孔數進行加漿，加漿量控制在混凝土量的4%、5%，加漿約15 min后進行振搗。

(6)溫控。對機制變態混凝土試驗區域專門鋪設1組冷卻水管，并埋設溫度計2支，對其溫控各環節數據進行記錄、監控并分析。

(7)機制變態混凝土施工順序。現場施工以先碾壓后變態為原則，先對碾壓部位鋪料平倉，待碾壓與變態混凝土結合部位靜碾壓后，再在碾壓混凝土面上卸入機制變態混凝土，然后采用平倉機將變態混凝土推入相應區域后平倉、振搗，變態混凝土與碾壓混凝土結合部位人工加密垂直插入振搗，之后振動碾沿結合部位騎縫碾壓2遍。

3 生產性試驗結果分析

3.1 材料用量

選取兩個混凝土設計等級、級配都不相同的區域，分別將機制變態混凝土和現場加漿變態混凝土配合比進行對比。

第一個對比區域位于大壩下部RⅠ區，混凝土強度等級為C9025W8F100，三級配。①碾壓混凝土。VC值為3～5 s，水膠比為0.45，砂率為31%，粉煤灰為55%，減水劑為1%，引氣劑為0.15%，用水量88 kg/m3，水泥、粉煤灰、砂、5～20 mm粗骨料、20～40 mm粗骨料、40～80 mm粗骨料、減水劑、引氣劑等材料單位體積用量分別為88、108、671、448、448、599、1.96、0.294 kg。②灰漿。水膠比0.45，粉煤灰摻量55%，減水劑摻量0.6%，用水量575 kg/m3，水泥、粉煤灰、減水劑等材料單位體積用量分別為575、703、7.67 kg。③機制變態混凝土。坍落度1～2 cm；用水量117 kg/m3；水泥、粉煤灰、砂、5～20 mm粗骨料、20～40 mm粗骨料、40～80 mm粗骨料、減水劑、引氣劑等材料單位體積用量分別為117、143、671、448、448、599、2.34、0.294 kg；灰漿摻入比例為5%(體積比)。

第二個對比區域位于大壩上游面防滲混凝土RⅣ和變態混凝土CbⅠ區，混凝土強度等級為C9025W12F150二級配。①碾壓混凝土。VC值為3～5 s，水膠比為0.44，砂率36%，粉煤灰摻量55%，減水劑摻量1%，引氣劑摻量0.18%。用水量100 kg/m3，水泥、粉煤灰、砂、5～20 mm粗骨料、20～40 mm粗骨料、減水劑、引氣劑等材料單位體積用量分別為102、125、753、603、737、2.27、0.409 kg。②灰漿。水膠比0.44，粉煤灰摻量50%，減水劑摻量0.6%。用水量575 kg/m3，水泥、粉煤灰、減水劑等材料單位體積用量分別為653、654、7.84 kg。③機制變態混凝土。坍落度為1～2 cm。用水量129 kg/m3，水泥、粉煤灰、砂、5～20 mm粗骨料、減水劑、引氣劑等材料單位體積用量分別為135、158、753、603、737、2.66、0.409 kg，灰漿摻入比例為5%(體積比)。分析對比數據可以看出，機制變態混凝土是單位體積同強度等級碾壓混凝土摻4%～6%灰漿拌制而成，原材料用量和現場加漿變態混凝土原材料用量相同。

3.2 拌和物性能試驗

拌和物性能試驗主要包括混凝土坍落度、含氣量等試驗，試驗結果見表1。

通過對比分析，機制變態混凝土要滿足現場施工澆筑要求，必須要考慮混凝土出機口和現場倉面混凝土拌和物性能的變化，主要是混凝土坍落度的損失，從表1的結果看出，出機口到30 min混凝土坍落度損失較快，故機制變態混凝土從拌和樓出機到現場振搗澆筑完成應控制在30 min內。

3.3 混凝土抗壓強度檢測

混凝土抗壓強度檢測成果見表2、3。

3.4 機制變態混凝土與人工加漿變態工藝對比

機制變態混凝土與人工加漿變態混凝土工藝有共同點也有各自的優缺點。

(1)優點。機制變態混凝土加漿量穩定可控，混凝土攪拌均勻，比人工加漿變態施工節省人工，施工方便，施工效率高，對人工插孔、加漿不方便施工的區域(如鋼筋網密集區或小空間內)，采用機制變態，可加快施工進度，保證施工質量；人工加漿變態混凝土一次平倉到位，變態混凝土區域大小容易控制，倉面機械設備干擾較小。

表1 黃登水電站機制變態拌和物性能

表2 混凝土機口取樣和倉面取樣試驗結果(90 d)

注：混凝土齡期90 d。

表3 混凝土現場取芯強度統計

(2)缺點。機制變態料和碾壓料攤鋪時要分別施工，存在相互干擾；人工變態插孔、加漿施工時需增加人工，且人工加漿量控制不均衡，施工緩慢，影響施工質量和整體施工進度，人工加漿變態漿液輸送量不易控制，現場送漿管布置繁瑣。

(3)共同點。碾壓與變態搭接部位必須騎縫碾壓才能保證變態區域和碾壓區的良好過渡結合，加強振搗是保證變態混凝土上下層結合以及與碾壓區結合質量的必要措施；機制變態和人工變態理論加漿量均為5%，運輸方式和振搗方式也相同。

通過對比以上機制變態混凝土和人工加漿變態混凝土施工工藝的優缺點可以看出，機制變態混凝土更具優勢。

3.5 試驗結果分析

(1)從試驗結果來看，芯樣強度增長正常，抗壓強度、極限拉伸值均滿足設計要求，90 d齡期彈模在40.0 GPa左右，抗滲、抗凍均滿足設計要求。

(2)從試驗結果分析，5%加漿量機制變態混凝土強度、極限拉伸值略高于4%加漿量，也略高于現場人工5%加漿變態混凝土。

(3)從芯樣外觀看，碾壓混凝土與機制變態混凝土搭接部位所取芯樣密實性較好，骨料分布均勻骨料分布均勻。

(4)機制變態混凝土比人工加漿變態混凝土加漿量更容易控制，減少了插孔及加漿人工，方便施工，提高施工效率，整體質量簡單易控，便于施工人員操作。

4 結 語

根據試驗施工情況，機制變態混凝土各項參數均能滿足設計要求，加漿量更容易控制，并減少了人員投入，提高了施工效率，保證了施工質量，試驗取得了較好的效果。綜上認為，可以將機制變態混凝土推廣使用至廊道、觀測房及豎井周邊等空間較小的區域。