基于北方地區的大壩碾壓混凝土配合比試驗研究

呂春雨

（興城市水利事務服務中心，遼寧 興城 125100）

碾壓混凝土是一種大粉煤灰摻量、低水泥用量的快硬性混凝土，強度設計齡期一般為90d 或180d，其強度發展規律相比于普通混凝土存在一定差異。相關配合比設計多參考其它類似工程，經多次試配調整確定[1]。然而，這種設計方法存在過程繁瑣、缺少理論支撐等缺陷，所獲取的配合比對外界條件變化的適用性和技術經濟性較差[2-4]。因此，通過原材料檢測試驗探討不同齡期碾壓混凝土強度發展規律，并結合該規律設計出優化配合比，對制定技術經濟價值較高的配合比參數具有重要意義。目前，主要采用高石粉與摻合料摻量、低VC 值及中低膠凝用量等技術配制碾壓混凝土，可以明顯改善其層間結合力、密實性、液化泛漿、可碾性和抗滲性等性能，并且有利于降低節約材料用量、控制水化熱、施工成本和水熱溫升等[5]。因此，文章通過優化組合水、水泥、外加劑、粉煤灰和骨料等原材料，在保證混凝土性能和質量要求的情況下，經多次試配調整提出優化的配合比，以期為設計出真正意義上的技術經濟配合比提供一定數據支持。

1 試驗材料

試驗材料包括以下4 種：

1）水泥。試驗渤海P·O42.5 級水泥，安定性合格，初、終凝時間180min 和235min，標稠用水量28.5%，其主要性能指標如表1 所示。

表1 水泥的主要性能指標

2）粉煤灰。試驗采用綏中電廠生產的F 類Ⅱ級粉煤灰，細度16.5%，需水量比98%，含水率0.4%，燒失量5.1%，密度2.33g/cm3。

3）骨料。試驗選優由砂與原狀砂石粉混合而成的人工砂，控制石粉≤14.0%～17.5%之間，粉煤灰替砂量4%。在實際生產過程中，人工砂石粉含量一般都＞18%，需要利用水洗工藝去除多余石粉使其處于規定范圍。試驗選用大連建材廠生產的花崗巖碎石，骨料篩分后按零考慮超遜徑，經檢測骨料各項性能均符合試驗規程要求。

4）外加劑。水泥與外加劑品種的適應性及其質量在一定程度上決定著碾壓混凝土強度、質量及耐久性能，故試驗選用蘇博特GYQ?-Ⅲ復合型高效引氣劑和西卡540P 聚羧酸高效減水劑，拌和水及養護水均使用當地自來水。

2 試配試驗分析

實踐表明[6-7]，粉煤灰摻量、單位用水量、水膠比和砂率等參數直接影響著碾壓混凝土性能。在符合現行規范與設計要求的情況下，初步確定二、三級配碾壓混凝土粉煤灰摻量為50%與55%，單位用水量99kg/m3與88kg/m3，水膠比0.44，GYQ?-Ⅲ引氣劑摻量0.15%與0.12%，西卡540P減水劑摻量1.0%，通過對以上參數的優化調整來降低材料成本。

2.1 骨料級配

根據碾壓混凝土的均勻性、抗分散性等自身特性，試驗設計三級配混凝土中小石∶中石∶大石= 30∶40∶30，二級配混凝土中小石∶大石=55∶45。

2.2 最優砂率

碾壓混凝土的和易性、單位用水量及硬化后的力學特征與配合比中的砂率密切相關，為確定最小的單位用水量及獲取較好的泛漿效果，必須通過試配確定最優砂率[8]。在不改變單位用水量、粉煤灰摻量和水膠比的情況下，試驗設定30%、32%、34%、36%和38%多種砂率，根據試驗規范以振動至拌合物泛漿的所用時間VC 值確定最優砂率，VC 值與砂率的關系測試結果如圖1 所示。

圖1 VC 值與砂率的關系

由圖1 可知，固定水膠比0.44 不變時，二、三級配混凝土在砂率36%和32%時具有最小的出機VC 值。

2.3 VC 值和用水量變化

在不改變砂率、粉煤灰摻量和水膠比的情況下，可通過改變單位用水量觀測VC 值變化特征確定最優用水量，根據測試結果，VC 值與砂率的關系測試結果，如圖2 所示。

圖2 VC 值與砂率的關系

由圖2 可知，在不改變砂率、級配和水膠比的條件下，每增大1s 的VC 值就會減少1.5～2.0kg/m3用水量。

2.4 不同水膠比抗壓強度

在不改變砂率與用水量的條件下，依據抗壓強度與水膠比變化規律可以確定合適的粉煤灰摻量及水膠比，為優化設計配合比提供數據支持[9]，抗壓強度與水膠比的關系圖測試，如圖3 所示。

圖3 抗壓強度與水膠比的關系圖

試驗表明，摻55%和50%粉煤灰時，試件的各齡期強度與水膠比之間存在明顯的線性相關性。同齡期強度發展系數隨粉煤灰的改變而變化，以28d 強度原則確定強度發展系數，抗壓強度發展系數，如表2 所示。

表2 抗壓強度發展系數

2.5 最優石粉含量

碾壓混凝土的密實性、抗分散性和均勻性等特性直接取決于人工骨料中的石粉含量，在不改變粉煤灰摻量、砂率和水膠比的情況下，通過調整改變含量(以花崗巖石粉替代人工砂)測定混凝土VC 值和和易性，從而確定最優石粉含量[10-12]。試驗表明，人工砂中的石粉含量為16%時混凝土骨料包裹和觀感狀態較好，拌合物表面光滑密實，漿體狀態良好。隨著石粉含量的增大，拌合物粘聚性逐漸增強，每增大1%的人工砂石粉含量就會增加1kg/m3的用水量。石粉含量為14%時拌合物和易性較差，但試件28d 強度最大；石粉含量為16%時拌合物性能較好，但試件28d 抗壓強度有所下降。因此，結合試驗數據可以確定最優石粉含量為14%～16%。

3 大壩碾壓混凝土測試

3.1 優化后的配合比

根據以上試驗數據，經多次試配調整提出優化后的配合比，優化后的配合比如表3 所示。優化后的碾壓混凝土VC 值、含氣量、凝結時間、抗凍性、抗滲性及抗壓強度如表4 所示，碾壓混凝土抗凍質量損失率參照《水工混凝土試驗規程》應≤5%。試驗表明，優化的配合比能夠保證碾壓混凝土強度、工作性及耐久性要求。

表3 優化后的配合比

表4 碾壓混凝土主要性能指標

3.2 現場碾壓效果

采用現場碾壓試驗模擬大壩施工，控制振動碾壓速度為1.2km/h，每層壓實厚度0.3m，按照先靜碾2 遍、再振動碾壓6 遍的方式壓實倉面，現場測定壓實密度如表5 所示。結果表明，采用優化后的配合比配制的碾壓混凝土具有較好性能，各點位的碾壓密實度、泛漿效果和質量均勻且符合設計要求。

表5 現場碾壓密實度

4 結 論

1）根據試驗設計的骨料配比，二、三級配混凝土在砂率36%和32%時具有最小的VC 值，每增大1sVC 值就會減少1.5～2.0kg/m3的用水量。另外；碾壓混凝土抗壓強度與水膠比之間存在明顯的線性相關性，結合試驗數據可以確定最優石粉含量為14%～16%。

2）水膠比、用水量、粉煤灰用量和砂率等直接決定著拌合物工作性、可碾性、硬化強度及耐久性等。文章通過優化組合單位用水量、外加劑、粉煤灰、骨料和水泥層參數，在保證碾壓混凝土強度和質量的情況下節約了水泥用量，具有一定的經濟技術可行性。