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1、自密实混凝土在石门河堆石坝的应用 【摘要】自密实混凝土是具有很高流动性而不离析，不泌水，能完全填充模板，同时获得很好均质性，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加力振动的混凝土。自密实混凝土在石门河堆石坝的实际应用经过详细介绍，为类似工程提供参考及借鉴。 【关键词】 石门河堆石坝自密实混凝土施工应用 中图分类号： TV331 文献标识码： A 1.概况 石门河水库为石门河调蓄引水工程的枢纽，地处甘肃省天祝藏族自治县城西北部，工程建成后由石门河水库通过引水管线为宽沟工业园区、水泉、上滩工业园区及工业园区自备电厂用水、宽沟1.5万亩牧草灌溉用水、县城居民饮用水的民生工
2、程。坝址设在石门沟与土城沟交汇处石门三岔上游0.3km处，距天祝县城27km，华（藏寺）碳（山岭）公路从坝址下游河道右岸通过，交通畅通便捷。坝型为自密实堆石混凝土重力坝，最大坝高48.55m，坝顶高程2899.1m，坝顶长122.43m，正常蓄水位2896.9m，总库容为538万m3，管线引水年供水量1421.6万m3。 2.地质条件简述 岩性为奥陶系中统凝灰岩，岩石坚硬而脆，层理较发育，岩层产状NE40NW78，层面清晰，层间结合紧密，单层厚0.30.7m，裂隙面宽0.30.6cm，分布主要为层面裂隙，NE40SE39顺坡向剪裂隙，裂隙面宽0.20.5cm，裂隙与开挖边坡夹角32，其它方向N
3、W300NE64剪裂隙，裂隙面宽0.20.4cm。充填岩屑、岩粉，无胶结，面一般平直，延伸5m，开挖边坡受裂隙切割及爆破影响，岩体破碎，完整性差， 建基岩石面新鲜，无控制性构造贯穿坝基，局部裂隙集中分布，无软弱夹层，河床无深槽分布，沿结构破裂面有河水补给渗入基坑，但无承压水。根据已揭露工程地质水文地质条件，基础岩石满足水工建筑物对地质条件的要求。 3.自密实混凝土特点 自密实混凝土主要利用对高效减水剂、骨料以及其它施工材料，对其进行配合比的设计，然后根据混凝土拌和料中的具有的粘度系数，使得骨料在胶凝体上悬浮，在通过混凝土本身的流动性对混凝土模板的空间进行填充，从而致使混凝土在浇筑的过程中，不会
4、出现离析的现象，形成均匀密实的混凝土结构。 自密实混凝土在浇筑的过程中不会出现离析泌水现象，从而使其混凝土结构中具有良好的流动性，不需要通过其他的振动设备进行捣实，就可以自行的对混凝土空间之间存在的间隙进行填充。这样有效的保障了混凝土结构的稳定性和可靠性，在工程施工的过程中，也可以保证工程的施工质量符合工程施工的要求。自密实混凝土的工作性能主要由流动性、填充性和抗离析性组成的。在施工中对自密实混凝土的检测是十分重要的，能够有效的保障混凝土的质量，还确保工程施工结构的质量不会受到影响。 4.施工准备 4.1 材料的选择 （A）堆石料：选用枢纽附近块石料场的凝灰岩，岩石坚硬而脆，整体完整性好，物理
5、力学性质满足填坝技术指标要求（表1）。 表 1 凝灰岩物理力学试验值 岩性 颗粒密度 吸收率 饱和吸水率 抗压强度 软化系数 干燥 饱水 g/cm3 % % MPa MPa - 凝灰岩 2.90 2.92 0.090.22 0.080.26 85.2 138.2 63.6 116.1 0.780.87 表 2 水泥试验指标 常规技术指标测试 项目 技 术 指 标 试 验 情 况 细度 80m方孔筛筛余 不得超过 10 % 1.2% 比表面积 应大于m2/kg m2/kg 凝结 时间 初凝 不得早于 45 min 2 h 45 min 终凝 不得迟于 10h 3 h 50 min 安定性 饼法
6、必须 合格 未发现裂缝、弯曲为合格 / 雷氏法 C-A平均值5mm为合格 C-A平均值 1 mm 抗折 强度 在 养 护箱，温 度201相对 湿 度大于90% 的 条 件 下 养 护 3d 不 得 小 于 (MPa) 3.5 4.1 28d 6.5 7.4 抗压 强度 3d 16.0 18.9 28d 42.5 47.3 （B）水泥：水泥的选择考虑到与专用外加剂的相容性，普通硅酸盐水泥配制的自密实混凝土，和易性、匀质性好， 混凝土外观质量好，便于拆模，不宜使用凝结速度较快的水泥，因此，采用甘肃祁连山水泥有限公司生产的“铁骑”牌，散安Po25装普通硅酸盐水泥配制的自密实混凝土。水泥到现场后按要求
7、对水泥的不同批次进行抽样检测（表2），经检测满足配制自密实混凝土的要求。 （C）粉煤灰：选用兰州西固宏大热电有限责任公司生产的级粉煤灰，其质量符合级粉煤灰品质和指标的要求（表3）。在混凝土中掺加粉煤灰能有效改善混凝土工作性能， 提高混凝土的密实度，增强混凝土耐久性。 粉煤灰和水泥配制的混凝土和易性、匀质性好，混凝土硬化时间短，混凝土外观质量好，便于拆模。 表3粉煤灰试验指标 项目 技 术 指 标 试 验 结 果 细度（%） 12 20 45 11.513.8 三氧化硫（%） 3 3 3 2.10.56 烧失量（%） 5 8 15 5.77.1 需水量比（%） 95 105 115 96.910
8、0 （D）外加剂：根据骨料及其它拌合材料，掺入适量外加剂后，混凝土可获得适宜的粘度、良好的粘聚性、流动性、保塑性。石门河堆石坝采用北京华实纳固科技有限公司生产的HSNG-218SD普通堆石混凝土外加剂。 （E）粗、细骨料：粗、细骨料为金强河右岸漫滩上的砂砾石料场质量较好的砂砾石料层。砂砾石料场含砾率63.1667.8%，平均值65.8%，含砂率32.236.9%平均值34.2%，作为砼用骨料满足本工程所需。 （F）拌合用水：采用清净的石门河河水，水质良好，对普通混凝土及混凝土中的钢结构无腐蚀性。 4.2配制 配制自密实混凝土的原理是通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配和精心的配合比设计，
9、充分考虑自密实混凝土流动性、抗离析性、自填充性、浆体用量和体积稳定性之间的相互关系。将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。因此，在配制中主要应采取以下措施：借助以萘系高效减水剂为主要组分的外加剂，可对水泥粒子产生强烈的分散作用，并阻止分散的粒子凝聚，使混凝土拌合物的屈服应力和塑性粘度降低。 4.3配合比 在自密实混凝土配合比中主要有水泥、粗、细骨料及外加料。施工材料在自密实混凝土浇筑施工的过程中，按工程要求选取，在对水泥进行选取的
10、时候，采用普通硅酸盐水泥，尽量不要采用凝结速度过快的水泥，主要是凝结速度过快的水泥，会导致混凝土中的流动性丧失。选择粗细骨料粒径20mm 的连续级配石子；细骨料则是应选用中砂，对砂中的含泥量以及含水量进行严格控制。在自密实混凝土浇筑过程中，掺合料在自密实混凝土的浆液中占有很大的比例，而且可对混凝土浇筑过程中，产生的水化热进行有效的控制，从而有效的保障混凝土自身的质量。 配合比设计根据结构物的结构条件、施工条件及环境条件所需要的自密实性能进行设计，在综合强度、耐久性和其他性能要求的基础上进行，采用绝对体积法进行配合比设计（表4）。配合比采用增加粉体材料用量和选用优质高效减水剂或高性能减水剂，提高
11、浆体的粘性和流动性，形成良好的自密实性能为目的。自密实配比根据结构物的结构环境、自然环境、气温、施工工艺等在施工过程作出适当调整。在调整配合比时，考虑水胶比对自密度混凝土设计强度的影响和水粉比对自密实性能的影响（表5）。 表4 C20混凝土配合比 材 料 水泥 （kg） 粉煤灰 （kg） 砂 （kg） 石子 （kg） 水 （kg） 外加剂 （kg） 用 量 240 208 817 884 156 7.3 表5 配合比调整试验结果 项目 扩展度（mm） V漏斗时间（s） 坍落度（mm） 3d强度 （平均值） 28d强度 （平均值） 试验结果 650 13.44 270 13.4Mpa 26.8
12、设计要求 600750 725 250280 20Mpa 4.4试拌 确定出自密实混凝土的配合比后，进行试拌，每盘混凝土的最小搅拌量不小于25L，同时检验拌合物工作性能，包括坍落度、坍落扩展度，必要时采用模型及配筋模型试验等方法测评拌合物的流动性、抗分离性、填充性和间隙通过能力。 试拌两组以上的试块，标养至7d、28d进行试压，以28d强度为标准检验强度。根据试配结果对配合比进行调整，混凝土性能、强度指标、耐久性等均能满足规定的配合比。 4.5 模板和设备准备 由于自密实混凝土流动性大，混凝土凝结以前可持续对模板产生较大的侧压力，所以模板要有足够的强度、刚度和稳定性才能满足流态混凝土所产生的侧
13、压力，不得有低于最高浇筑表面的开放部分或缺口，模板间的缝隙不大于2mm。施工前搅拌站及施工技术人员检验模板直立、钢筋及保护层厚度等情况，对影响混凝土浇筑的问题施工中及时采取处理措施。根据现场施工情况混凝土泵布置在合理的位置，保证混凝土浇筑顺利和均匀布料的需要。 5.施工工艺 在自密实混凝土施工前编制详实的施工组织设计，施工流程、施工方法、施工工艺，施工过程中总结经验和存在的不足，不断改进完善施工方法和施工工艺，保证工程质量，提高施工进度，降低施工成本。 5.1基础处理 将坝基开挖至设计要求的新鲜基岩面，清除松动岩块及石渣，用高压水枪对坝基进行冲洗干净，满足浇筑混凝土的条件。对混凝土上、下层结合
14、面一般只需清除表面浮渣及积水，仓面上的混凝土乳皮、表层裂缝、由于泌水造成的低强混凝土（砂浆）以及嵌入表面的松动堆石予以清除，并进行凿毛处理。清除其表面乳皮，并将外露块石上的水泥浆清除干净。 5.2 堆石入仓 坝体堆石料选用料场的凝灰岩，堆石混凝土强度等级C20，控制堆石料饱和抗压强度50MPa。堆石料采用石门河清水冲洗，入仓含泥量0.5%。入仓堆石料块径不小于30cm，块径超过80cm的大块石，放置在仓面中部，以免影响堆石混凝土表层质量。堆石入仓时不得将泥土带入堆石仓面，对于已带入仓内的泥土在浇筑自密实混凝土前清除干净。入仓过程应控制不对下层仓混凝土产生较大的冲击，以免下层低龄期混凝土内部产生
15、微裂缝，对坝体混凝土造成早期损伤。在浇筑自密实混凝土前必须防止雨水冲刷堆石导致泥浆在接触面上堆积，每层堆石厚度控制在小于2.0m。 5.3拌合 自密实混凝土拌合物除满足凝结时间、泌水、粘稠性、保水性等普通混凝土性能外，还应满足混凝土自密性能和施工要求。每次混凝土开盘时，对首盘混凝土性能进行测试，根据测试结果进行适当调整，直至混凝土性能符合要求，而后才能确定混凝土的施工配合比。严格按配合比料单进行配料。严格计量，粉剂的称量误差不超过1，骨料的称量误差不超过2。当含水率有显著变化时，配合中及时检测和调整用水量。搅拌机投料顺序为先投入骨料和粉剂干拌，再加入水和外加剂拌合搅拌时间约90s。 5.4 输
16、送 拌合站设在场地开阔建筑物附近合理的位置，混凝土输送管路采用支架、毡垫、吊具等加以固定，不得直接与模板和钢筋接触，出口使用软管和锥形管。在搅拌机出料口下安装混凝土输送泵，将拌和料卸入泵内将自密实混凝土料直接压入仓内，仅增加输送管道的长度，但减少了二次运输的环节。 5.5 浇筑 自密实混凝土采用泵送方式入仓，在入仓时采取多点浇筑，保证浇筑点连续布置，其间距控制在2m左右，在一个浇筑点的自密实混凝土填满后再移至下一个浇筑点。在浇至层面顶部时，使自密实混凝土面低于堆石面520cm，形成突出块石，以利上、下层面间结合。浇筑中严格控制拌合料入仓，禁止在仓内加水，发现混凝土拌合易性较差时，应及时检查拌合
17、环节，采取相应措施保证混凝土拌合物的质量。浇筑速度不要过快，防止卷入较多空气，影响混凝土外观质量。在浇筑后期应适当加高混凝土的浇筑高度以减少沉降。混凝土浇筑之后的静停过程中，因气泡溢出可能形成浇筑层面沉陷，需在浇筑时适当提高浇筑标高，在混凝土初凝前补浇至规定标高，局部低凹处适当用较小块石填补。 5.6 堆石混凝土养护 每层堆石混凝土浇筑完毕，及时加以覆盖防止水分散失，并在终凝后立即洒水养护，洒水养护时间不少于7d，养护期内保持混凝土表面湿润，以防止混凝土出现干缩裂缝。气温在零下浇筑的混凝土初凝后，混凝土面及时用塑料薄膜覆盖，防止水分蒸发，塑料薄膜上覆盖保温材料。模板在混凝土达到规定强度后方可拆
18、除，拆除模板后应在混凝土表面涂刷养护剂进行养护。 6.缺陷处理 浇筑自密实混凝土过程中断4小时以上时，应首先浇筑同配合比的自密实砂浆，使其完全覆盖堆石体内已丧失流动性的混凝土表面，然后浇筑自密实混凝土；对于硬化堆石混凝土内部的缺陷采用水泥灌浆的方式进行修补；立模浇筑的堆石混凝土缺陷应在拆模后24h内完成修补。 7.质量控制 在混凝土拌合定期对混凝土拌和物的均匀性、拌合时间和称量衡器的精度进行检验，发现问题应立即处理；对各种原材料的配料称量检查记录；混凝土的坍落度、坍落扩展度、V漏斗通过时间每2h进行检测，确保混凝土浇筑质量。 8.质量检验 在自密实混凝土施工过程中，常用的检测方法有：坍落扩展度
19、试验、V 形漏斗试验和U 形箱试验。通过对混凝土的工作性能进行检测，确定混凝土质量是否满足施工要求。 自密实混凝土达到龄期后堆石混凝土钻孔取芯检测混凝土的密实度、强度、抗渗性能。经钻孔取芯混凝土较为密实，C20混凝土抗压强度ƒcu.k=2428 Mpa，钻孔压水试验透水率q=0.0Lu,堆石混凝土密实度、抗压强度、抗渗性均满足设计及规范要求。 结语 自密实混凝土充填堆石空隙形成完整密实的混凝土，具有低碳环保、低水化热、工艺简便、造价低廉、施工速度快等特点。堆石混凝土采用大量块石作为混凝土材料，可大量减少水泥用量，免除混凝土浇筑中的振捣工序，减少施工设备，节约工程成本和减少施工工期。自密实混凝土已在大坝工程建设中得到广泛使用，在实际应用过程中要不断的改进和完善，使自密实混凝土施工工艺得到进一步的发展。 刘颖男（1957-） 河北省枣强县人 高级工程师 主要从事水利水电工程管理，工程地质、水文地质勘测、施工、水利水电试验研究等工作。
