高掺量粉煤灰碾压混凝土
在岩滩水电站的应用效果吴保泓　　［摘要］　结合岩滩水电站碾压混凝土施工质量监测及芯样物理性能检验结果，从碾压混凝土的施工性及抗压强度、抗渗标号、弹性模量及微观分析等不同角度评定高掺量粉煤灰碾压混凝土在岩滩水电站工程的应用效果，并详细分析了高掺量粉煤灰碾压混凝土在长龄期下的性能特征。
　　［关键词］　粉煤灰　碾压混凝土　芯样　长龄期　岩滩水电站1　引言　　碾压混凝土筑坝技术出现于70年代，我国于80年代初开展对其研究，并且进展很快，特别是在新技术开发上，全国各大专院校、工程及科研单位均有成果报道。目前已逐渐形成了对碾压混凝土的统一看法：
　　(1)新颖性　碾压混凝土采用振动压碾密实形式，胶凝材料含量介于普通混凝土与具有局部胶结的土砾料之间；
　　(2)后期强度增长快　高掺量粉煤灰碾压混凝土初期水化缓慢，早期强度较低，但后期由于粉煤灰中活性氧化物与水泥水化产物Ca(OH)2发生二次水化反应，生成大量水化硅酸钙等凝胶体，充填空隙而使水泥石不断密实，强度不断增长；
　　(3)抗裂性好　常态混凝土的拉压强度比为0.08～0.15，碾压混凝土的拉压强度比为0.1～0.16且后期抗拉强度的增长比抗压强度更性，因而具有较好的韧性；
　　(4)水化热少而缓　高掺量粉煤灰使混凝土内部产生水化热速度延缓，推迟了温峰，降低了峰值；
　　(5)水泥效率高　碾压混凝土的胶凝材料中水泥用量少，降低了材料成本，提高了水泥效率。经验表明，碾压混凝土90d龄期的水泥效率可达0.3～0.4MPa/kg，比常态混凝土大1～2倍。
　　岩滩水电站是我国较早采用碾压混凝技术进行大坝浇筑的工程，碾压混凝土总方量高达37万m3，因此，岩滩水电站大坝碾压混凝土质量的好坏对碾压混凝土新技术在我国的开发与应用有着深远的影响。本文重点讨论岩滩水电站大坝碾压混凝土芯样(平均龄期在500d左右)检验结果所反馈出来的碾压混凝土长龄期性能特征。2　碾压混凝土施工质量监测结果　　监测按合同及水利电力部SDJS14-86《水工碾压混凝土施工暂行规定》、SD105-82《水工混凝土试验规程》等进行，监测数据统计结果见表1。表1　碾压混凝土施工质量监测结果
统计值抗压强度
MPa抗拉强度
MPa抗渗强度
MPaVc值
S压实密度
kg/m3
检验次数572544917914439
平均值22.51.85＞0.892478
均方差2.9//2.316.4
离差系数0.13//0.260.01
合格率100/100/97
保证率100/100/90
设计标准14.7/0.410±52450
3　芯样检验方法与结果
3.1　芯样选取与加工
　　芯样选取尊循编号清晰、外观整齐密实、有代表性原则；芯样加工用600mm镶金刚石刀片的TY-2型自动岩样切割机进行，试件局部崩口用水泥胶浆补平，水中养护至少96小时。
3.2　芯样外观评定
　　按水利电力部SDJS14-86《水工碾压混凝土施工暂行规定》进行，评定合格率达94.4。
3.3　芯样物理力学性能检验
　　按水利电力部SD105-86《水工混凝土试验规程》进行，检验结果见表2。表2　芯样物理力学性能检验结果
统计值抗压
强度
MPa抗拉
强度
MPa抗渗
标号
MPa抗压
静弹模
MPa面干饱合
表观密度
t/m3层间抗剪MPa声波
检测
m/s
检验次数666610871661201201884
平均值25.12.31.02.82.4731.102.04476
均方差5.30.50.150.40.040.0730.4/
离差系数0.190.180.090.14////
合格率100/86/100///
保证率99.7/87/98///
设计标准14.7/0.4/2.4≥1.10≥0.8/3.4　芯样微观分析
　　采用扫描电镜进行观察与拍片，选取较有代表性照片2张，见照片1、2。镜下拍片观察有三个特点：①水泥水化较充分，已可观察到水泥水化后期产物Ⅲ型C-S-H凝胶；②大部分粉煤灰颗粒表层已水化，但也有少量表面光滑的粉煤灰颗粒未水化，仅起到填充微孔隙作用；③在高掺量粉煤灰条件下，芯样胶凝体结构的微孔隙中仍可见到发育良好的Ca(OH)2晶体。照片1.放大2500倍
特征：表层已水化的粉煤灰颗粒镶嵌在水泥水化产物之中照片2.放大2000倍
特征：在絮状、纤维状C-S-H水化产物空
隙中充填着发育较好的Ca(OH)2晶体4　结果分析　　碾压混凝土与普通混凝土的根本区别就在于其是一种干硬性混凝土，需通过振动碾压才能达到密实，由于施工方法的不同决定了碾压混凝土的特殊性。为使碾压混凝土达到密实效果，必须使其有合理的配合比，即有适当比例的胶浆和骨料来满足振动碾压机的工作要求及保证混凝土硬化体有较好的密实度和强度。
　　碾压混凝土施工监测及芯样检测结果表明，岩滩水电站大坝碾压混凝土的拌合物Vc值在5～20s范围，砂浆拨开系数K=1.40，完全满足了施工机械的要求，混凝土压实密度平均值为2478kg/m3，芯样抗压强度平均值为25.1MPa，抗渗标号为1.0MPa，平均饱和密度为2471kg/m3，分别达设计值的170、250、101，证实碾压混凝土硬化体有较好的密实度和强度。
　　研究证明，粉煤灰作为活性混合材具有三大效应：粉末效应、火山灰效应、微珠效应。粉末效应的实质在于细粉状材料扩大了水泥颗粒之间的间距，提高了水泥的分散度，从而有利于水泥的水化；火山灰效应则是指粉煤灰中氧化硅等活性氧化物与水泥水化产物Ca(OH)2发生化学反应生成水化硅酸钙这一现象；微珠效应是指利用粉状材料的球形颗粒在水泥混凝土中起滚珠作用，从而达到改善混凝土拌合物的和易性，减少用水量的效应。因此，在碾压混凝土中能否合理使用粉煤灰掺合料，提高混凝土施工性及水泥效率是衡量碾压混凝土是否合理、先进的一个重要指标。岩滩水电站大坝碾压混凝土配合比属于中高胶凝材料用量(159kg/m2)、低水泥高粉煤灰掺量类型，与日本、美国、巴西、阿根延、南非、英国、澳大利亚等国的高(200kg/m3)、中(105～130kg/m3)、低(60～70kg/m3)胶凝材料用量相比，具有中国特色，其水泥效率为0.456MPa/kg，而日、美等国的水泥效率仅为0.22～0.27MPa/kg，与之相比效率极高。从现场钻孔声波检测的10个测孔1884个测次统计的平均纵波速度为4476m/s及其余芯样性能指标来看，岩滩碾压混凝土原体均匀密实，层间胶结牢固，混凝土施工质量及工作性能优良。芯样平均龄期在500d左右，与当时碾压混凝土质量检测90d结果相比，抗压强度增长率约为14，抗渗标号增长率约为27，由此可看出中高胶凝材料用量、低水泥高粉煤灰掺量类型碾压混凝土的优越性，即不仅克服了中低胶凝材料用量类型易造成碾压混凝土胶结不好，密实度不高的缺点，而且也避免了高胶凝材料用量类型胶凝材料过于富余而易造成振动碾压机塌陷、混凝土不易压实的不足，并使混凝土在后期仍保持较高的强度增长率。5　结论　　通过对岩滩水电站碾压混凝土施工监测及芯样性能检验结果分析，综合得出岩滩水电站大坝碾压混凝土性能特征：
　　(1)碾压混凝土配合比设计先进、合理、实用，混凝土各项力学性能指标均满足工程使用要求。在长龄期条件下，碾压混凝土的多种物理力学性能指标如抗压强度、抗拉强度、抗渗标号等大幅超过设计值且仍持续增长；
　　(2)由于高掺量粉煤灰的存在，提高了水泥效率，极大的改善了碾压混凝土内部环境结构，使其具有较好的抗浸蚀性能及抗老化性能；
　　(3)在长龄期条件下，碾压混凝土的水化产物的形态与种类和普通波特兰水泥混凝土基本相似；
　　(4)在长龄期条件下，碾压混凝土内部仍有发育良好的Ca(OH)2晶体存在，表明粉煤灰颗粒持续水化的环境仍然不变。参照西津水电站大坝掺活性混合材混凝土40年龄期芯样检测结果(其40年龄期芯样抗压强度增长达3～5倍)，可乐观估计岩滩水电站大坝碾压混凝土强度在今后几十年中还将有较大幅度增长。作者单位：(广西水电科学研究所　南宁　530021)(收稿日期：1998-11-02)