自密實高性能環保混凝土在銅仁市水利工程中的應用研究

楊燁然，郭賓，楊建平，陳晴 ，張玉潔

1.銅仁職業技術學院，貴州銅仁，554300；2.貴州瑞澤建設工程有限責任公司，貴州銅仁，554300

0 引言

1 工程概況

在20世紀80年代，日本最早提出并研制出自密實混凝土，隨后該領域的研究迅速成為混凝土材料研究熱點。自密實高性能混凝土展現出施工效率高、工程造價降低、自密實混凝土性能好等良好的應用效果。自密實混凝土由于減少了振搗過程，被認為是無噪音的環保材料。

自密實混凝土技術在我國水利工程上主要應用是堆石混凝土技術，堆石混凝土（RFC）是一種依靠自密實混凝土（SCC）的高度流動性來填充堆石體之間的空隙，從而形成較為完整、強度更高的整體[1]。目前貴州已有遵義道真富強水庫[小（1）型堆石自密實混凝土重力壩]、遵義綠塘水庫（中型堆石自密實混凝土拱壩）等10多個水利工程使用該技術，均取得了較好的技術、經濟和社會效益。

1 工程概況

軍屯水庫壩址位于江口縣怒溪鄉河口村孟家溪中下游河段附近，軍屯水庫等別為Ⅳ等,規模屬小（1）型，擋水壩為C15自密實堆石混凝土重力壩，壩高36.2m，總庫容150萬m3。大壩自密實砼堆石約6.4萬m3，混凝土澆筑總量約2.8萬m3。最高混凝土澆筑強度14234m3/月，為銅仁市境內首個使用自密實混凝土的水利樞紐，也是自密實混凝土在銅仁市水利工程建設中首次大規模使用。

2 自密實混凝土原材料要求和檢測結果

2.1 水泥

軍屯水利工程使用的水泥是銅仁市碧江區生產的海螺牌普通硅酸鹽水泥，編號P.O，強度等級42.5。

該水泥委托第三方工程質量檢測企業檢測。結果表明水泥符合《通用硅酸鹽水泥》技術要求。

2.2 粉煤灰

該項目采用銅仁市新城科技有限公司生產的Ⅱ級粉煤灰。粉煤灰委托第三方工程質量檢測企業檢測，結果合格。

表2 粉煤灰物理性能檢測項目

2.3 細骨料

依照《水工混凝土試驗規程》（以下簡稱《規程》）中的相關規定，細骨料委托第三方工程質量檢測企業檢測，其表觀密度為2720kg/m3，砂的細度模數2.94，其他檢測指標均滿足《規程》要求。

2.4 粗骨料

依照《規程》中的相關規定，粗骨料等委托第三方工程質量檢測企業檢測，其表觀密度為2710kg/m3，其他檢測指標均滿足《規程》要求。

表3 石子的篩分數據

2.5 外加劑

依照《混凝土外加劑應用技術規范》中的相關規定，外加劑由廠家開展實驗檢測，符合規范要求。

2.6 自密實高性能混凝土配合比

表6 自密實高性能混凝土配合比（kg/m3）

3 自密實堆石壩澆筑施工

3.1 施工準備

3.1.1 設備配置

軍屯水庫壩體堆石自卸卡車科研直接運輸上壩入倉，挖掘機堆石。需配有挖掘機、自卸卡車、輸送泵和拌合系統。

3.1.2 自密實堆石混凝土堆石料控制

自行開采堆石料要求完整、清洗干凈，飽和抗壓強度≥30MPa。300～1000mm的粒徑范圍，粒徑≥200mm石料數量每平方＜10塊，片石重量≤10%總重片石。堆石料的含泥量指標≤0.5%。

3.1.3 測量放樣

測量組每一道工序開工前必須進行準確放樣、復核，確保其測量放樣的精準性。

3.2 模板支護

大流動性是自密實高性能混凝土的特點，其凝結前會對模板持續施加側向壓力，特別是模板底部，以23kN/m3進行側壓力計算。施工時，在漏漿、爆模兩個方面要特別注意防范，由此可見對模板施工的要求非常高。

表4 北京華石納固科技有限公司HSNG-T外加劑勻質性能檢驗結果表

表5 北京華石納固科技有限公司HSNG-T外加劑的混凝土性能檢驗結果表

模板支護施工時，配備模板垂直上升作業系統，上游懸臂重型鋼模板主要采用鋼筋預埋錨固拉接固定安裝施工，利用Φ10鋼筋拉背枋，在倉內預埋Φ25鋼筋作為錨固加固模板，模板拉錨鋼筋不應彎曲且拉設三道，設立拉筋時拉桿應留可調長度，以便于模板調效。用于堆石混凝土模板之間保證緊密連接安裝，模板與模板間縫隙采用雙面膠粘貼，確保小于2mm縫隙的密閉性以防止漏漿的發生，支模時在模板涂刷脫模劑，確保外觀質量。

3.3 倉面鑿毛、清洗

自密實堆石混凝土澆筑完后，待混凝土達到初凝后，對倉面先進行沖毛處理，有些高壓水槍沖帽處理不好的地方進行鑿毛處理，特別注意要對壩體上游面進行鑿毛處理，最后進行倉面清除工作，保證倉面無垃圾、廢石、積水[2-3]。

3.4 堆石入倉

堆石料入倉前需篩選清洗干凈，從而達到堆石料粉塵和含泥量的控制要求。通過自卸卡車把清洗后的石料運輸到倉面集中卸料點，其作用是可減少卸料對新鮮壩體的沖擊破壞。堆石料鋪擺以機械為主，提高施工效率。倉面混凝土強度達到2.5MPa（24小時后），堆石料機械允許上壩作業，施工機械在倉面作業位置需嚴格控制，減少對壩體的影響。

3.5 自密實混凝土澆筑

現場拌制澆筑用自密實混凝土時，需先對粗細骨料含水量、泥含量進行檢測，然后按照自密實混凝土配合比現場進行生產拌合，本工程使用JS1500強制式攪拌機，生產能力30m3/H。每4H要對生產用自密實混凝土拌合物開展性能實驗，確保自密實混凝土狀態穩定。若自密實混凝土出現不穩定情況，立刻停工調整，指標檢驗合格后繼續施工。

為了提高澆筑效率，本項目輸送泵集料斗與拌合系統出料口直接對接，倉面采用泵管進行布料澆筑的方式，先澆筑上游面后下游，澆筑高度下高上低的“倒坡”形式，注意上游防滲質量是否合格。表面塊石還剩10～15cm露出時，保證層間齒合連接。

3.6 自密實混凝土澆筑溫度、雨季控制

自密實混凝土現澆時要求溫度在28℃以下，因為高溫會使自密實混凝土拌合物和易性和流動性受到很大的影響。因此夏季現場澆筑溫度控制在22～30℃、冬季溫度控制在13～22℃，同時對自密實混凝土的原材料開展溫度控制措施；雨季遵守“小雨不宜，中雨禁止“澆筑方法。

3.7 養護

自密實混凝土澆筑完成后，應立即覆蓋作業，避免太陽暴曬，6～18h內灑水養護，連續保水保濕養護28天，特殊部位可適當延長。自密實混凝土養護應以降低自密實混凝土中水分損失和塑性開裂為主。

4 自密實堆石壩特點及在銅仁市軍屯水庫運用情況

自密實堆石壩密實性高，自密實高性能混凝較普通混凝土具有以下特點：①大流動性；②優良的變形性能和間隙通過性能；③抗離析性。自密實混凝土各組分能保持均勻分散，成型后能保證質量均勻，不會產生普通混凝土由于振搗不充分而造成的蜂窩空洞等質量缺陷[4-5]。自密實高性能混凝土在堆石空隙填充度好，混凝土堆石壩密度高。軍屯水庫6個壩段的混凝土抗壓強度、抗滲、抗凍指標經第三方檢測單位檢測均符合要求。在現場兩個壩段共取C15堆石混凝土芯樣3組，最小強度16.1MPa、最大強度19.9MPa、平均強度17.6MPa，標準差2.00；根據《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》判定質量合格。通過芯樣可以判斷自密實高性能混凝土與塊石結合良好，密實度高。

自密實堆石壩施工簡單，進度快。《堆石混凝土壩技術導則》中“自密實堆石壩中堆石率取0.55，C9015自密實混凝土P.O 42.5水泥用量控制在130～190（kg/m3）”。據銅仁市氣象自動站監測統計，近10年（2012-2021），銅仁平均日最高氣溫≥30.0℃天數，全市平均86.4天。平均日最高氣溫≥35.0℃天數，全市平均22.3天。有氣象歷史記錄以來，全市極端最高氣溫達42.5℃（碧江，1953年8月）。年最長日最高氣溫≥30.0℃天數128天，年最長日最高氣溫≥35.0℃天數66天，年最長日最高氣溫≥40.0℃天數5天，由此可見，銅仁市夏季受副熱帶高壓控制影響，晴熱高溫天氣多，對大體積素混凝土施工影響較大。軍屯水庫自密實高性能堆石壩施工中溫控方面，由于堆石混凝土具有較低的水化溫升，不需要埋設冷卻水管，必要時可以在混凝土原材料、拌合等方面采取簡易溫控措施，自密實堆石壩較混凝土重力壩溫控措施大大簡化，施工成本、施工時間將得到有效控制。壩體堆石可以直接由自卸卡車運輸上壩入倉，挖掘機堆石，澆筑過程去除了混凝土振搗程序，極大地提高了澆筑效率，綜合造價較低。且減少振搗過程產生的噪聲污染[6-7]。

圖1 鉆芯芯樣和結果判定

5 結語

自密實高性能混凝土具有高流動性、優良的變形性能和間隙通過性能等特點，但均可以使用當地原材料完成生產，符合“適材適構”的現代筑壩理念。自密實混凝土水化溫升較低，溫控措施簡易，大壩澆筑質量好，密實度高，抗壓強度、抗滲抗凍均符合要求，自密實混凝土堆石壩施工機械化程度高，效率快，較普通混凝土重力壩工期縮短20%，隨著自密實堆石壩技術不斷應用改進，工人熟練度提高，施工進度能縮短至30%。自密實堆石具有一定先進性、環保性，隨著自密實混凝土堆石壩技術不斷應用，今后將成為大壩施工技術中普遍應用的筑壩技術。銅仁市軍屯水庫作為自密實堆石壩技術在銅仁市水利工程的第一次大規模應用，為該技術在本地工程應用提供一些經驗。