专利名称：用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土，尤其是用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土及其施工方法。
背景技术：
目前，按照混凝土坍落度的不同，通常分为常态混凝土和碾压混凝土，由于稠度的不同，他们的施工也不同，通常为①常态混凝土的坍落度按大小区分为流态混凝土(10～17)cm，塑性常态混凝土(5～8)cm，干硬性混凝土为(1～3)cm，施工中采用振捣棒振实。
②碾压混凝土坍落度为0cm，VC值为(6～10)秒，施工中采用振动碾压实。
碾压混凝土筑坝是近几十年兴起并得到迅速发展的一种新的混凝土筑坝技术，在世界范围内得到了越来越广泛的应用。目前，世界上已有30多个国家先后兴建、在建15m坝高以上的碾压混凝土坝二百余座，最大坝高早已超过百米。在我国，此项筑坝新技术的发展始于1978年，自1986年5月首座碾压混凝土坝—福建省坑口重力坝建成后，许多工程纷纷采用这种筑坝方式。目前我国碾压混凝土筑坝技术在数量、质量和技术上都位居世界前列。
碾压混凝土坍落度为零，施工采用类似土石坝的施工方法，大型施工机械运输，全断面通仓薄层铺料，振动碾压实，大大加快了施工进度，缩短了工期，水化热温升低，可取消纵缝，简化甚至取消温控措施，降低了工程造价。
但是，在碾压混凝土坝施工过程中，由于采用大型施工机械，碾压混凝土坝体上、下游靠近模板、河槽岸坡、止水片、及廊道孔洞等部位存在难以碾压、施工干扰大和施工质量不易保证等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出一种稠度介于常态混凝土和碾压混凝土之间的用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土及其施工方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土，包括水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、缓凝高效减水剂、引气剂、水，配制的混凝土的坍落度小于0.5cm，稠度VC值1～3秒。
它的各成分的配比是粗骨料1200kg/m3～1400kg/m3，细骨料750kg/m3～900kg/m3，拌合水90kg/m3～130kg/m3，缓凝高效减水剂为胶凝材料用量重量的0.6～1.5％，引气剂掺量以控制混凝土含气量为3％～5％；粗骨料的最大粒径为40～80mm，细骨料的细度模数为2.4～3.2；拌合后的微坍落度混凝土的水胶比是0.40～0.65，90天龄期的抗压强度为15～45MPa，90天龄期的极限拉伸值0.70×10-4～1.00×10-4，抗渗等级大于W8，相对渗透系数小于15×10-11cm/s。
所述的胶凝材料为含有水泥和粉煤灰的掺合料，粉煤灰用量占胶凝材料总重量的40％～70％。
上述的用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土的施工方法，包括以下步骤(1)场地清理，清除地基杂物、积水、浮碴等，使用组合式或构架式钢模板立模；(2)拌和使用强制式拌和机拌制微坍落度混凝土，配制混凝土的坍落度小于0.5cm，仓内稠度VC值1～3秒，出机口VC值控制在2秒；(3)将配制好的微坍落度混凝土运送到坝体上下游面、基础、横缝两侧、有钢筋的孔洞和止水片与止浆片周围等断面较小难以碾压的部位，在其与碾压混凝土搭接的交界处，应先摊铺碾压混凝土，后摊铺微坍落度混凝土，摊铺平仓，在两种混凝土搭接结合部复碾搭接部位，搭接宽度不少于20cm；平仓后的微坍落度混凝土VC值应控制在1～3秒；(4)振捣采用大功率振捣器，垂直插入振捣，浆体泛出混凝土表面，振捣完毕，振捣密实之后，慢慢提拨振捣棒，拨出之后，不留孔洞；(5)进行常规养护。
所述步骤(4)中的振捣棒插入下层混凝土内5cm深度。
本发明的有益效果是①微坍落度混凝土在力学、耐久性、极限拉伸、胶强比、细观和微观结构等方面均优。
②微坍落度混凝土与碾压混凝土之间特性相近，结合紧密，且与内部碾压混凝土的各项热学性能如发热量、绝热温升等指标相近，在温度等作用下变形接近，故一般防裂性能较好。
③微坍落度混凝土的配合比与坝体内部碾压混凝土很相近，仅略增加一些胶凝材料，可按配合比直接拌制而成。微坍落度混凝土胶凝材料用量少于常态混凝土和流态混凝土，既好又省。采用振捣棒振捣，比过去对零坍落度混凝土振捣简易甚多，工效提高且质量容易控制，可加快碾压混凝土坝的筑坝速度，进一步降低工程造价。
图1为混凝土—微坍落度混凝土—碾压混凝土示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明本发明用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土，包括水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、缓凝高效减水剂、引气剂、水，配制的混凝土的坍落度小于0.5cm，稠度VC值1～3秒。
具体的各成分的配比是粗骨料1200～1400kg/m3，细骨料750～900kg/m3，拌合水90～130kg/m3，缓凝高效减水剂为胶凝材料用量重量的0.6～1.5％，引起剂掺量以控制混凝土含气量为3～5％；粗骨料的最大粒径为40～80mm，细骨料的细度模数为2.4～3.2；拌合后的微坍落度混凝土的水胶比是0.40～0.65，90天龄期的抗压强度为15～45MPa，90天龄期的极限拉伸值0.70×10-4～1.00×10-4，抗压等级大于W8，相对渗透系数小于15×10-11cm/s。
所述的胶凝材料为含有水泥和粉煤灰的掺合料，粉煤灰用量占胶凝材料总重量的40％～70％。
上述的用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土的施工方法，包括以下步骤(1)场地清理，清除地基杂物、积水、浮碴等，使用组合式或构架式钢模板立模；
(2)拌和使用强制式拌和机拌制微坍落度混凝土，配制混凝土的坍落度小于0.5cm，仓内稠度VC值1～3秒，出机口VC值控制在2秒；(3)将配制好的微坍落度混凝土运送到坝体上下游面、基础、横缝两侧、有钢筋的孔洞和止水片与止浆片周围等断面较小难以碾压的部位，在其与碾压混凝土搭接的交界处，应先摊铺碾压混凝土，后摊铺微坍落度混凝土，摊铺平仓，在两种混凝土搭接结合部复碾搭接部位，搭接宽度不少于20cm；平仓后的微坍落度混凝土VC值应控制在1～3秒；(4)振捣采用大功率振捣器，垂直插入振捣，浆体泛出混凝土表面，振捣完毕，振捣密实之后，慢慢提拨振捣棒，拨出之后，不留孔洞；(5)进行常规养护。
所述步骤(4)中的振捣棒插入下层混凝土内5cm深度。
下面结合工程，具体的说明本发明的工艺和配合参数微坍落度混凝土的施工工艺，与碾压混凝土类似，其不同点是以振捣器直接密实代替碾压。其工艺流程是场地清理—立模—混凝土拌和—运输—摊铺平仓—振捣密实—检测—养护—质检、上升。关键工序是拌合、振捣。各工序分述如下(1)清基清除地基杂物、积水、浮碴等；下层若为允许间歇面的混凝土，应拉、切、冲毛；下层若为终凝以后的老混凝土面，应凿毛处理，以保证层面结合良好。
(2)立模应优先使用组合式或构架式钢模板，组装准确、牢固、严密不漏浆，施工中应随机检验、校正。
(3)拌和应使用强制式拌和机拌制微坍落度混凝土，其投料顺序一般与碾压混凝土相同，要求拌和均匀，出机口VC值控制在2秒左右，务使在仓内VC值为1～3秒，拌和时间应适当延长，具体时间通过试验确定。
(4)运输拌和机、站距大坝越近越好、运输道路平顺，防止运距过长或途中停留时间过多而造成水泥浆损失、水份蒸发和粗骨料分离，防止VC值变大，不利振捣。
(5)平仓现阶段微坍落度混凝土用在坝体上下游面、基础、横缝两侧、有钢筋的孔洞和止水片与止浆片周围等断面较小难以碾压的部位。在其与碾压混凝土搭接的交界处，应先摊铺碾压混凝土，后摊铺微坍落度混凝土，先碾压，后振捣。采用平仓机配合人工实施平仓，减少离析现象，摊铺等厚。然后在两种混凝土搭接结合部复碾搭接部位，搭接宽度不少于20cm。平仓后的微坍落度混凝土VC值应控制在1～3秒。微坍落度混凝土的间歇层面，摊铺上层混凝土前，同碾压混凝土层面一样，应铺一层与碾压混凝土层面上同厚、同标号的水泥砂浆，以加强层面的结合。
(6)振捣①振捣器宜采用100和125型大功率振捣器。
②振捣方式，采用垂直插入振捣即可，不必像零坍落度混凝土采用倾斜、拖拉式振捣。
③振捣时间，要保证浆体泛出混凝土表面，一般应略大于常态混凝土振捣时间。
④振捣密实之后，应慢慢提拨振捣棒，拨出之后，不留孔洞。为增加层间结合，振捣棒应插入下层混凝土内5cm深度。
⑤插入振捣的间、排距根据棒径、功率由现场试验确定。一般棒径大，功率就大，间、排距可大些，一般控制40～60cm。
由于人工操作振捣器，劳动作业强度较大，为提高生产率、加快施工进度、扩大振捣范围，可设计组合式、机械操作的群台振捣器，施工更为快速、简便。
(7)养护微坍落度混凝土的养护，要求仓面保持湿润，尽量减少VC值损失。在温控方面均与碾压混凝土相同，做好高温季节降温、冬季气温骤降时的保温措施，防干缩开裂和温度裂缝。
间歇层面，终凝前刷毛、冲毛后，采用喷水雾养护。
某水利工程为全断面碾压混凝土双曲拱坝，建设中全面采用微坍落度混凝土和碾压混凝土结合筑坝。坝体内部采用VC值6～8秒的碾压混凝土，上、下游靠近模板部位、基础灌浆排水廊道等配置钢筋部位及横缝止水、大坝岸坡接触部位等附近采用微坍落度混凝土，按照设计要求经试验确定的配合比直接拌和而成，施工中采用振捣棒振实，实践和检测试验证明此方案完全能满足设计要求。两种材料性能相近，结合紧密，这种微坍落度混凝土防渗效果好，不但能满足设计要求，且施工方便，质量容易控制，施工干扰小，建筑物表面光滑美观。
1试验研究内容①原材料的检验水泥葛洲坝水泥厂生产的普通硅酸盐P.032.5水泥。
粉煤灰采用荆门热电厂的粉煤灰(II级灰)骨料细骨料采用工地用灰岩生产的人工砂；粗骨料来源为工程坝址上游河道天然卵石；减水剂北京冶建特种材料公司生产的JG-3缓凝高效减水剂，其掺量按占胶凝材料总量0.6％。
引气剂上海麦斯特建材有限公司生产的AIR202引气剂，经试验AIR202引气剂在微坍落度混凝土及碾压混凝土中掺量为8/万(占胶凝材料总量)，在常态混凝土和流态混凝土中掺量为0.6/万(占胶凝材料总量)。
②试验研究对比不同混凝土方案为检验微坍落度混凝土的力学、变形及耐久性能，选择了以下4种混凝土进行对比试验，它们的技术要求见表1。
表1 选择的混凝土技术要求
四种混凝土均为二级配混凝土，最大石子粒径为40mm，中石小石＝50∶50，水胶比0.50，粉煤灰掺量均为40％，含气量按4％±0.5％控制。
经试配调整，四种混凝土的配合比参数如表2所示。
表2 四种混凝土配合比设计参数表
③坝体钻孔取芯的芯样试验结合现场检验，2005年8月～11月在坝体上下游面和坝体内部钻孔取芯样，共钻108孔，芯样完整，获得率达100％，并对芯样进行相关试验研究。
2混凝土的强度试验对比分析不同类型混凝土和芯样的强度试验结果综合列于表3～表5中。
表3 混凝土强度试验结果
表4 混凝土芯样抗压强度结果
表5混凝土的强度特性参数统计结果
从表3、4、5的结果可见(1)微坍落度混凝土抗压强度能够达到甚至超过常态混凝土及流态混凝土，表明微坍落度混凝土采用振捣方式可以使其密实，并且完全能够达到常态混凝土采用振捣棒捣实方法及碾压混凝土采用振动碾压实方法的效果。
(2)在水胶比和粉煤灰掺量相同的情况下，微坍落度混凝土90d胶压比比常态混凝土和流态混凝土分别低1.3kg/MPa和3.0kg/MPa。表明要达到同样的抗压强度，微坍落度混凝土比常态混凝土及流态混凝土节省胶凝材料用量。
(3)同样，在水胶比和粉煤灰掺量相同的情况下，微坍落度混凝土的抗拉强度最大，拉压比也最大，而且微坍落度混凝土90d胶拉比为78.8kg/MPa，比常态混凝土和流态混凝土分别低15.9kg/MPa和36.6kg/MPa。表明要达到同样的抗拉强度，微坍落度混凝土比常态混凝土及流态混凝土节省胶凝材料，而且抗裂性能比较好。
(4)从现场混凝土钻孔的芯样情况看，碾压混凝土和微坍落度混凝土芯样的完整性均较好，取芯率为100％。同时，微坍落度混凝土明显比碾压混凝土气孔少、表面密实。
总之，无论微坍落度混凝土的室内试验成果，还是现场芯样的试验成果，都进一步证明了微坍落度混凝土采用振捣棒振捣密实是可行有效的。3混凝土的变形性能对比分析对四种类型的混凝土按照《水工混凝土试验规程》(DL/T5150-2001)进行7d、28d、90d的抗压弹性模量、干缩变形、极限拉伸值试验，其结果如表6所示。某工程芯样抗压弹性模量试验结果如表7所示。
表6混凝土变形试验结果
表7 某拱坝混凝土芯样抗压弹模结果
从表的结果可见(1)在水胶比、粉煤灰掺量及龄期相同的情况下，微坍落度混凝土与碾压混凝土、常态混凝土及流态混凝土的抗压弹性模量差异不大。
(2)碾压混凝土芯样与微坍落度混凝土芯样的平均抗压弹模与室内试验的抗压弹模非常接近。
(3)微坍落度混凝土90d的干缩变形比常态混凝土和流态混凝土分别减少12.8％和21.9％。
(4)微坍落度混凝土的极限拉伸值均高于同龄期的碾压混凝土、常态混凝土和流态混凝土。
总之，微坍落度混凝土抗裂性能优于碾压混凝土、常态混凝土和流态混凝土。
4混凝土抗剪性能对比分析对四种类型的混凝土和某工程混凝土芯样采用《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001中直剪法进行抗剪断试验，其结果如表8和表9所示。
表8 混凝土抗剪断试验结果
注摩擦系数f’和凝聚力C’中分子为按最小二乘法的结果，分母为按优定斜率法的结果。
表9 某拱坝混凝土芯样抗剪试验结果
注摩擦系数f’和凝聚力C’中分子为按最小二乘法的结果，分母为按优定斜率法的结果。
从表结果可见(1)微坍落度混凝土抗剪性能优于碾压混凝土，且与常态混凝土及流态混凝土相近。
(2)从玄庙观混凝土芯样的抗剪结果看，微坍落度混凝土抗剪性能明显优于碾压混凝土。
总之，微坍落度混凝土的抗剪性能优于碾压混凝土，而且能达到常态混凝土的抗剪性能。
5混凝土的耐久性能对比分析对四种类型的混凝土和某工程混凝土芯样按照《水工混凝土试验规程》(DL/T5150-2001)进行抗渗、抗冻试验，其结果见表10和表11表10 混凝土耐久性试验结果
表11 某工程混凝土芯样耐久性试验结果
表10～11结果可见(1)微坍落度混凝土用水量和胶凝材料量介于碾压混凝土和常态混凝土之间，因此要达到同样含气量，微坍落度混凝土引气剂掺量与碾压混凝土相近。
(2)四种混凝土抗冻等级均能达到F50，微坍落度混凝土的抗冻性能优于碾压混凝土，而且能够达到常态混凝土的抗冻性能。
(3)碾压混凝土、微坍落度混凝土、常态混凝土及流态混凝土的抗渗等级均能达到W8；相对渗透系数表明微坍落度混凝土的抗渗性能优于碾压混凝土接近常态混凝土的抗渗性能。
7试验研究和工程实践证明①微坍落度混凝土在力学、耐久性、极限拉伸值、胶强比、细观和微观结构等方面均优。
②微坍落度混凝土与碾压混凝土之间特性相近，结合紧密，且与内部碾压混凝土的各项热学性能如发热量、绝热温升等指标相近，在温度等作用下变形接近，故一般防裂性能较好。
③微坍落度混凝土的配合比与坝体内部碾压混凝土很相近，仅略增加一些胶凝材料。可按配合比直接拌制而成。微坍落度混凝土胶凝材料用量少于常态混凝土和流态混凝土，既好又省。采用振捣棒振捣，比过去对零坍落度混凝土振捣简易甚多，工效提高且质量容易控制，可加快碾压混凝土坝的筑坝速度，进一步降低工程造价。
总之，微坍落度混凝土在强度、抗渗、耐久性、极限拉伸值、胶强比、细观和微观结构等方面均优，而胶凝材料用量比常态或流态混凝土少，既好又省，且施工方便、施工干扰小、质量控制容易、加快了施工进度，填补了混凝土领域在坍落度趋近零这一稠度区间的研究空白，为混凝土在坍落度趋近零的范畴内提出了一个新的发展空间，是当前碾压混凝土坝设计施工和科研中的重大革新，具有广阔的应用前景。
权利要求
1.一种用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土，包括水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、缓凝高效减水剂、引气剂、水，其特征在于，配制的混凝土的坍落度小于0.5cm，稠度VC值1～3秒。
2.根据权利要求1所述的用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土，其特征在于，它的各成分的配比是粗骨料1200～1400kg/m3，细骨料750～900kg/m3，拌合水90～130kg/m3，缓凝高效减水剂为胶凝材料用量重量的0.6％～1.5％，引气剂掺量以控制混凝土含气量为3％～5％；粗骨料的最大粒径为40～80mm，细骨料的细度模数为2.4～3.2；拌合后的微坍落度混凝土的水胶比是0.40～0.65，90天龄期的抗压强度为15～45MPa，90天龄期的极限拉伸值0.70×10-4～1.00×10-4，抗渗等级大于W8，相对渗透系数小于15×10-11cm/s。
3.根据权利要求2所述的用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土，其特征在于，所述的胶凝材料为含有水泥和粉煤灰的掺合料，粉煤灰用量占胶凝材料总重量的40％～70％。
4.权利要求1所述的用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土的施工方法，包括以下步骤(1)场地清理，清除地基杂物、积水、浮碴等，使用组合式或构架式钢模板立模；(2)拌和使用强制式拌和机拌制微坍落度混凝土，配制混凝土的坍落度小于0.5cm，仓内稠度VC值1～3秒，出机口VC值控制在2秒；(3)将配制好的微坍落度混凝土运送到坝体上下游面、基础、横缝两侧、有钢筋的孔洞和止水片与止浆片周围等断面较小难以碾压的部位，在其与碾压混凝土搭接的交界处，应先摊铺碾压混凝土，后摊铺微坍落度混凝土，摊铺平仓，在两种混凝土搭接结合部复碾搭接部位，搭接宽度不少于20cm；平仓后的微坍落度混凝土VC值应控制在1～3秒；(4)振捣采用大功率振捣器，垂直插入振捣，浆体泛出混凝土表面，振捣完毕，振捣密实之后，慢慢提拨振捣棒，拨出之后，不留孔洞；(5)进行常规养护。
5.根据权利要求4所述的用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土的施工方法，其特征在于，所述步骤(4)中的振捣棒插入下层混凝土内5cm深度。
全文摘要
本发明公开了一种用于碾压混凝土坝的微坍落度混凝土及其施工方法，由水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料、缓凝高效减水剂、引气剂、水配制，配制的混凝土的坍落度小于0.5cm，稠度VC值1～3秒。微坍落度混凝土的配合比与坝体内部碾压混凝土很相近，仅略增加一些胶凝材料，可按配合比直接拌制而成。微坍落度混凝土胶凝材料用量少于常态混凝土和流态混凝土，既好又省。采用振捣棒振捣，比过去对零坍落度混凝土振捣简易甚多，工效提高且质量容易控制，可加快碾压混凝土坝的筑坝速度，进一步降低工程造价。
文档编号C04B14/00GK101058495SQ20071005746
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者武永新, 杨天生, 曹楚生 申请人:武永新, 杨天生