劉雨冰，譚建軍，李倩

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽550081）

1 碾壓混凝土壩發(fā)展概述

碾壓混凝土是一種干硬性貧水泥的混凝土，是由膠凝材料、砂、分級(jí)控制的粗骨料、水及外加劑拌制成無坍落度的干硬性混凝土，主要應(yīng)用在水庫大壩的工程建設(shè)中，通常采用與土石壩施工相同的運(yùn)輸及鋪筑設(shè)備，用振動(dòng)碾分層壓實(shí)。

在1972年召開的“混凝土壩經(jīng)濟(jì)施工”會(huì)議上，坎農(nóng)提出“用土料壓實(shí)的方法修建混凝土壩”，同年，他又發(fā)表了“用振動(dòng)碾壓實(shí)大體積混凝土”的論文，并公布了用卡車運(yùn)輸、前卸式裝載機(jī)平倉、振動(dòng)碾碾壓的混凝土試驗(yàn)結(jié)果，形成了最初的碾壓混凝土概念。世界上第一個(gè)大量使用碾壓混凝土的工程是1975年美國陸軍工程師團(tuán)承包巴基斯坦的塔伯拉壩泄洪隧洞修復(fù)工程。該工程用未經(jīng)篩洗的砂石料加少量水泥拌和的混凝土，經(jīng)振動(dòng)碾碾壓，修復(fù)被沖毀的部位。42d內(nèi)澆筑了35×104m3混凝土，平均日澆筑8 333m3，最大日澆筑達(dá)18 438m3，顯示了碾壓混凝土快速施工的巨大潛力。

碾壓混凝土壩既具有混凝土體積小、強(qiáng)度高、防滲性能好、壩身可溢流等特點(diǎn)，又具有土石壩施工程序簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)、可使用大型通用機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)。由于碾壓混凝土壩融合了常態(tài)混凝土壩結(jié)構(gòu)和碾壓土石壩施工的長處，因此，碾壓混凝土壩作為近年來廣泛應(yīng)用的筑壩技術(shù)受到了越來越多的關(guān)注。

2019年，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中明確指出，緊扣國家發(fā)展戰(zhàn)略，合理擴(kuò)大有效投資，再開工一批重大水利工程，同時(shí)要抓好農(nóng)業(yè)發(fā)展及糧食生產(chǎn)，加強(qiáng)農(nóng)田水利的建設(shè)，均標(biāo)志著水利建設(shè)在我國戰(zhàn)略發(fā)展上的重要性，也體現(xiàn)了其對(duì)于惠及民生、造福人民的必要性。目前，中國碾壓混凝土壩總量居世界首位，大壩規(guī)模普遍高大，為順應(yīng)我國戰(zhàn)略發(fā)展的需要，在未來水利工程的建設(shè)發(fā)展中，對(duì)碾壓混凝土壩進(jìn)一步的深入認(rèn)識(shí)與分析研究顯得尤為必要。

2 碾壓混凝土筑壩技術(shù)研究

早期的碾壓混凝土壩多采用低膠凝材料用量的貧漿碾壓混凝土，從當(dāng)前碾壓混凝土壩的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)來看，高膠凝材料用量的富漿碾壓混凝土是現(xiàn)在工程實(shí)踐中最為流行的型式。富漿碾壓混凝土的骨料能夠被膠凝材料更好地包裹，使得碾壓混凝土經(jīng)平倉、攤鋪及碾壓之后，能夠產(chǎn)生較好的泛漿效果，有利于上下層碾壓混凝土的結(jié)合，提高整體穩(wěn)定性。

在工程實(shí)踐中，富漿碾壓混凝土的膠凝材料用量普遍處于150～250kg/m3的范圍內(nèi)，而活性摻和料的用量通常大于50%，大摻量活性摻合料的使用是碾壓混凝土的第一大特點(diǎn)。在碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)的試驗(yàn)規(guī)程中，規(guī)定了應(yīng)優(yōu)先選擇優(yōu)質(zhì)粉煤灰作為活性摻合料，粉煤灰來源廣泛，一般以電廠生產(chǎn)為主，是當(dāng)前用量最大、使用范圍最廣的礦物摻合料。因粉煤灰的成本相對(duì)于水泥而言便宜很多，使得工程造價(jià)得到優(yōu)化，而摻入大摻量的粉煤灰后，膠凝材料中的水泥熟料含量相對(duì)減少，早期水化產(chǎn)物的減少有利于降低水化熱，避免混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。近年來，原材料運(yùn)輸，尤其是長距離運(yùn)輸導(dǎo)致工程成本的增加是困擾工程人士的一大問題，因而當(dāng)建設(shè)工程周邊的粉煤灰資源匱乏時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致粉煤灰經(jīng)運(yùn)輸后，其成本反而高于水泥，從工程造價(jià)的角度考慮，粉煤灰成本較高時(shí)，不利于采用碾壓混凝土壩的設(shè)計(jì)施工方案。

碾壓混凝土壩的第二大特點(diǎn)在于其施工工藝通倉薄層澆筑、依靠振動(dòng)碾碾壓使得混凝土密實(shí)。通倉澆筑的壩體整體性

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好，有利于改善壩 應(yīng)力狀態(tài)，免除了接縫灌漿，減少了模板工程量，簡(jiǎn)化倉面作業(yè)，倉面面積的增大有利于提高機(jī)械化水平，充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率。同時(shí)，薄層澆筑可增加散熱效果，取消冷卻水管，使得整體造價(jià)進(jìn)一步得到優(yōu)化。與常態(tài)混凝土依靠振搗器達(dá)到混凝土密實(shí)相比，碾壓混凝土利用了土石壩的施工機(jī)械和方法來壓實(shí)混凝土，依靠振動(dòng)碾碾壓達(dá)到混凝土密實(shí)，施工程序簡(jiǎn)單。由于碾壓混凝土壩的施工工藝特點(diǎn)，使得碾壓混凝土壩的施工速度非?？?，可實(shí)現(xiàn)1a連續(xù)澆筑成型壩高100m的大壩，大量節(jié)約了工期、節(jié)省了成本，這是常態(tài)混凝土壩無法實(shí)現(xiàn)的。

碾壓混凝土壩在原材料使用中節(jié)省了成本，由于施工工藝特點(diǎn)也節(jié)約了工期，因而碾壓混凝土壩的第三大特點(diǎn)即為工程造價(jià)低。相對(duì)而言，碾壓混凝土的單價(jià)是常規(guī)混凝土單價(jià)的三分之一到二分之一。碾壓混凝土壩的建設(shè)方案是一項(xiàng)高質(zhì)而低廉的選擇，方案的優(yōu)選對(duì)于水利工程的建設(shè)有良好的推動(dòng)效益和現(xiàn)實(shí)意義。

3 碾壓混凝土主要性能參數(shù)分析

影響碾壓混凝土性能的參數(shù)主要有4個(gè)：（1）砂的細(xì)度模數(shù)；（2）石粉含量；（3）Vc值（工作度）；（4）含氣量。下面將分別敘述各參數(shù)對(duì)碾壓混凝土性能影響的分析與研究。

3.1 砂細(xì)度模數(shù)對(duì)碾壓混凝土性能影響的研究

級(jí)配良好的砂具有較小的孔隙率，用來配置的混凝土，不僅所需水泥漿較少，而且還可以提高混凝土的流動(dòng)性、密實(shí)度和強(qiáng)度，因而在實(shí)踐中，水工混凝土用砂優(yōu)先選用級(jí)配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)為2.4～2.8。

碾壓混凝土設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)是膠凝材料漿體最大限度地填充細(xì)骨料之間的空隙并包裹細(xì)骨料顆粒，形成密實(shí)的砂漿；砂漿最大限度地填滿混凝土拌和物中粗骨料間的空隙并包裹粗骨料顆粒，形成均勻密實(shí)的混凝土。碾壓混凝土對(duì)砂細(xì)度模數(shù)的優(yōu)選要求為2.6～2.8，有利于使碾壓混凝土有更明顯的富漿特性，能夠避免碾壓混凝土運(yùn)輸與攤鋪過程中產(chǎn)生骨料分離，也能使得經(jīng)振動(dòng)碾碾壓后的混凝土有良好的泛漿效果，有利于上下層混凝土之間的層面結(jié)合，提高整體性及穩(wěn)定性。

3.2 石粉含量對(duì)碾壓混凝土性能影響的研究

石粉是指骨料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的小于0.016mm的微小顆粒，將混凝土骨料中的石粉沖洗掉，既浪費(fèi)力氣，也不符合工程實(shí)際。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，石粉不完全是一種惰性材料，一定的石粉含量，對(duì)于碾壓混凝土的性能具有一定的改善作用，因而在規(guī)范SL 352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》及SL 677—2014《水工混凝土施工規(guī)范》中可以對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相較于常態(tài)混凝土中石粉含量指標(biāo)要求為6%～18%，碾壓混凝土中石粉含量的指標(biāo)可放寬至10%～22%。

適量石粉對(duì)混凝土的有利影響主要體現(xiàn)在4點(diǎn)：（1）改善碾壓混凝土的拌和性能。石粉有較好的顆粒形態(tài)及顆粒效應(yīng)，可改善骨料的顆粒級(jí)配，提高拌和物的黏聚性。（2）提高碾壓混凝土的密實(shí)性。石粉有填充效應(yīng)，能填充骨料間的空隙并包裹骨料表面，增強(qiáng)碾壓混凝土的抗?jié)B性。（3）改善碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度。有研究表明，當(dāng)石粉摻量在10%～16%時(shí)，隨著石粉含量的增加，碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度會(huì)得到些許提高，但變化幅度不大，繼續(xù)增大石粉摻量后，碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度將會(huì)下降，且呈下降越來越快的趨勢(shì)。（4）提高碾壓混凝土富漿程度?，F(xiàn)有研究表明，當(dāng)石粉摻量在10%～16%時(shí)，隨著石粉含量的增加，富漿程度提高，再繼續(xù)增大石粉摻量后，富漿程度將下降。

在碾壓混凝土中摻入過多的石粉將不利于碾壓混凝土的工作性能，主要體現(xiàn)有2點(diǎn)：（1）由于碾壓混凝土配合比用水量較少，拌和時(shí)間也有限，包裹的石粉在拌和時(shí)無法充分脫離粗骨料表面，從而減弱了骨料與砂漿的握裹，對(duì)混凝土的一些性能會(huì)產(chǎn)生一定的影響，包裹在骨料表面的石粉會(huì)造成砂漿與粗骨料表面之間黏結(jié)力下降，從而導(dǎo)致碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度有所降低；（2）使用過量的石粉將會(huì)增加碾壓混凝土的干縮值和自生體積變形收縮值，且隨著石粉含量的不斷增大，干縮性增長率也越來越大，極大地降低了碾壓混凝土的抗裂性及耐久性【1～4】。

綜上所述，碾壓混凝土中石粉含量的較佳范圍宜為16%左右。

3.3 Vc值對(duì)碾壓混凝土性能影響的研究

碾壓混凝土拌和物應(yīng)具有適當(dāng)?shù)腣c值，不僅能夠承受振動(dòng)碾碾壓不陷落，也不會(huì)因拌和物過于干硬使得難以被碾壓密實(shí)。規(guī)范規(guī)定碾壓混凝土的Vc值范圍應(yīng)介于5～15s，但由于碾壓混凝土在運(yùn)輸、出機(jī)過程伴隨著振動(dòng)，且為了解決施工過程中層面結(jié)合問題，在工程實(shí)際中傾向于選擇較低的介于3～5s的Vc值。試驗(yàn)研究中，采用肉眼觀察并判斷Vc值的大小，在振動(dòng)碾壓過程中，混凝土稍有塑性回彈，并呈輕微波浪起伏，混凝土表面濕潤光滑，有少許泛漿，呈光亮感，則認(rèn)為此時(shí)Vc值滿足要求。

影響Vc值的因素主要有3個(gè)【5】：（1）用水量。用水量對(duì)Vc值有很大的影響，Vc每增減1s，用水量相應(yīng)減增1.5～2kg/m3，但如果僅從增加用水量角度來降低Vc值，會(huì)對(duì)碾壓混凝土強(qiáng)度及防滲產(chǎn)生影響，若配合比設(shè)計(jì)不合理，還可能會(huì)造成倉面泌水。（2）漿砂比。漿砂比對(duì)碾壓混凝土的碾壓質(zhì)量影響很大，碾壓混凝土的漿砂比一般應(yīng)大于0.4，漿砂比越大，Vc值越小，黏聚性好，骨料分布均勻，泛漿效果好，可碾性好。（3）外加劑。影響碾壓混凝土Vc值的外加劑主要是緩凝高效減水劑，可通過調(diào)整外加劑的摻量達(dá)到改變Vc值的目的。

在施工現(xiàn)場(chǎng)碾壓混凝土Vc值的動(dòng)態(tài)控制中，主要通過拌和樓加水、倉面灑水噴霧、保持碾壓混凝土配合比參數(shù)不變、適當(dāng)調(diào)整減水劑的摻量等方法來調(diào)整碾壓混凝土的Vc值，以確保施工過程中的工程質(zhì)量。

3.4 含氣量對(duì)碾壓混凝土性能影響的研究

水庫大壩長期承受水壓力、滲壓力等荷載，并不斷遭受滲流、凍融等損害，因此，抗凍及抗?jié)B是碾壓混凝土耐久性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過向碾壓混凝土中摻入引氣劑，使得在碾壓混凝土中形成均勻、穩(wěn)定、封閉、互不連通的微小氣泡，避免了毛細(xì)孔道的形成，改變碾壓混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而改善碾壓混凝土的耐久性能【6，7】。我國施工控制的含氣量為3.5%～4.5%，由于碾壓混凝土拌和物干硬，引氣較為困難，因此，要使得碾壓混凝土達(dá)到一定的含氣量，引氣劑的摻量比常態(tài)混凝土要高許多。

影響含氣量的因素主要為引氣劑的摻量，一般而言，可認(rèn)為含氣量隨著引氣劑摻量的增減而增減。此外，有研究表明，石粉摻量在10%～12%時(shí)，碾壓混凝土的含氣量不斷下降，石粉摻量在12%～16%時(shí)，碾壓混凝土的含氣量不斷上升，在上述區(qū)間內(nèi)，約每1%石粉含量能夠使碾壓混凝土含氣量變化0.1%。

4 結(jié)語

1）碾壓混凝土壩具有使用大摻量活性摻合料、通倉薄層澆筑、依靠振動(dòng)碾碾壓使得混凝土密實(shí)、施工程序簡(jiǎn)單、節(jié)約時(shí)間、減少成本等特點(diǎn)，有望成為未來筑壩工程的主流。

2）碾壓混凝土砂細(xì)度模數(shù)宜為2.6～2.8；碾壓混凝土的石粉含量宜為16%左右；碾壓混凝土的Vc值宜為3～5s，在施工現(xiàn)場(chǎng)碾壓混凝土Vc值的動(dòng)態(tài)控制中，一方面應(yīng)控制用水量，另一方面應(yīng)避免對(duì)碾壓混凝土造成過度擾動(dòng)；碾壓混凝土的含氣量宜為3.5%～4.5%，一般以外摻引氣劑控制含氣量的大小。

本文通過對(duì)碾壓混凝土筑壩技術(shù)進(jìn)行了較為全面的總結(jié)，研究了碾壓混凝土的技術(shù)特點(diǎn)，并對(duì)碾壓混凝土有主要影響的4個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行分析與研究，為解決碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量管理提供了思路與參考。