淺談堆石混凝土技術在水利工程中的應用

高雷　王帥星

【摘 要】堆石混凝土技術（簡稱RFC）是在自密實混凝土技術上發(fā)展出的一種新型大體積混凝土施工技術，現(xiàn)已經(jīng)開始應用于水利工程。文中簡述了堆石混凝土的發(fā)展概況、原理，通過堆石混凝土試驗證明自密實碓石混凝土較其他混凝土有良好的優(yōu)越性，并舉例說明了碓石混凝土在水利大壩工程中的應用。

【關鍵詞】堆石混凝土；技術原理；水利工程應用；實用優(yōu)勢

1.背景

水利工程混凝土由于其大體積的特點，要盡量降低混凝土的水化熱和成本，也就是應該盡量降低水泥用量。一般而言，采用大粒徑骨料可以起到這樣的作用。但是在常規(guī)混凝土在施工過程中，受到拌和能力、振搗能力和骨料分離的限制，最大粒徑一般均小于150mm。毛石混凝土和漿砌石可以減少水泥用量，但對施工人員技術要求高，混凝土強度較低， 施工質量不易保證，施工速度較慢。

2.碓石混凝土的原理

自密實混凝土（ 簡稱SCC）是指在自身重力作用下，能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好均質性，并且不需要附加振動的混凝土。

堆石混凝土是利用自密實混凝土的高流動、抗分離性能好以及自流動的特點，在粒徑較大的塊石內隨機充填自密實混凝土而形成的混凝土堆石體。該技術利用自密實混凝土充填大粒徑堆石的空隙形成大體積混凝土。

利用自密實混凝土和預填堆石相結合， 實現(xiàn)一種新的大壩混凝土施工方式， 將混凝土的粗骨料直接采用初步篩分的堆石， 直接入倉， 必要時還可以考慮采用振動碾將其適當碾壓密實， 然后澆筑自密實混凝土，利用自密實混凝土的高流動性能， 使得自密實混凝土自流， 填充到堆石的空隙中， 形成完整的，高強度的混凝土。

3.碓石混凝土技術研究現(xiàn)狀

3.1堆石混凝土填充性能試驗

由于堆石混凝土的核心在于自密實混凝土在堆石空隙中的流動性能，堆石空隙越小自密實混凝土的流動性要求越高。因此，在有機玻璃模具中進行堆石混凝土填充試驗。

試驗中發(fā)現(xiàn)自密實混凝土能夠很好地填充堆石體的孔隙，試驗中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的孔隙，斷面平整，有個別大骨料斷裂，說明自密實混凝土與堆石骨料的粘結良好。

3.2堆石混凝土抗?jié)B性能試驗

碓石混凝土技術運用于水工建筑物中的一個基本要求就是它的抗?jié)B性能達標。

從堆石混凝土試件的普通部位、熱縫部位和冷縫部位切割取樣，進行抗?jié)B性能試驗檢測。對于普通部位和熱縫處的堆石混凝土而言，其抗?jié)B等級能夠達到W30以上，遠遠超出了一般水工結構物的標準，即使是抗?jié)B相對薄弱的冷縫處，其抗?jié)B等級也達到了W14，也能滿足一般要求，表明填充良好的堆石混凝土具有優(yōu)良的抗?jié)B性能。

3.3碓石混凝土強度性能試驗

通過試驗模擬實際施工過程，對試件進行軸心抗壓試驗，其平均強度為22.0MPa，而充填堆石所使用的SCC的28d實際強度為17.2 MPa，表明堆石混凝土強度高于充填堆石所使用的自密實混凝土強度，或至少不低于自密實混凝土強度。

4.碓石混凝土技術在水利工程中的應用

堆石混凝土技術發(fā)展至今，早已經(jīng)成為工程界的重要技術之一，更是水利部推廣中心近年來最為核心的推廣項目。因此，在水利工程項目建設過程中，堆石混凝土技術得到了廣泛的應用。

2008年，堆石混凝土推廣應用的代表性項目是山西臨汾清峪水庫?；炷林亓螇胃?2.6米，至2009年10月，主壩澆筑堆石混凝土3萬立方米。因為堆石混凝土技術在清峪水庫的成功應用，不僅推動了山西省堆石混凝土技術應用市場，并且還成了各地減碳工程的學習樣板（福建省武夷山洋莊防洪堤工程就是學習了清峪水庫的經(jīng)驗）。

2010 年，堆石混凝土技術應用的代表項目是廣東中山的長坑三級水庫。長坑三級水庫建成于1974年，總庫容量161.32萬立方米，原壩是一座?。á瘢┬退こ獭Ｊ墚敃r當時資金和施工條件的限制，由漿砌石壩和土壩組成的水庫大壩建設質量較差，運行三十年后漏水日趨嚴重從而進行拆除重建。為了降低大體積混凝土的水化熱，防止大壩開裂，且又能在較低的施工條件下保證工程質量，重建的長坑水庫大壩設計為堆石混凝土重力壩。

2011年在河南省又建成并投入使用了一個采用堆石混凝土技術的成功實例——河南寶泉抽水蓄能電站工程。寶泉蓄能電站為裝機120萬千瓦的大型蓄能電站，是一等大型（Ⅰ）工程。寶泉抽水蓄能電站上庫副壩砌石混凝土施工過程中存在施工質量難于保證，施工效率低，工期延誤等比較嚴重且不易解決的問題。因此采用堆石混凝土施工技術代替原設計的砌石混凝土技術。事實證明，堆石混凝土在寶泉上庫副壩和沖溝回填過程中澆筑的近5萬立方米的堆石混凝土是成功的。英國《國際水電與大壩建設》雜志和與日本《土木工程會刊》都相繼刊發(fā)文章，報道了堆石混凝土在寶泉抽水蓄能電站上庫副壩的使用情況。

2011年至今，是堆石混凝土推廣應用項目較多的一年，黑龍江東升電站，安徽大龍?zhí)端畮?，云南虎跳峽水庫、普臘水庫等均采用堆石混凝土技術施工。

5.碓石混凝土應用的優(yōu)點

堆石混凝土由于其獨特的施工工藝，使得其比常規(guī)混凝土具有顯著的工程、經(jīng)濟、環(huán)境保護優(yōu)勢：

（1）堆石混凝土技術施工工藝簡單、施工速度快、施工質量容易保證，減少施工工期。

（2）單位體積水泥量少、水化溫升低、溫控簡單、綜合單價低。 它具有水泥用量少、水化溫升小、綜合成本低、施工速度快、良好的體積穩(wěn)定性、層間抗剪能力強等優(yōu)點，在迄今進行的水利工程筑壩試驗中已取得了初步的成果。堆石混凝土技術的大粒徑塊石可以不經(jīng)過任何處理直接進行堆石入倉，大大減小了骨料破碎和篩分的工作量。

（3）在澆筑過程中只需要拌和小于總體積一半的自密實混凝土，減小了混凝土拌和設備的規(guī)模，進而減輕了環(huán)境負荷和能源消耗。

6.總結

在堆石混凝土的調查研究中，不難看出在未來的水利工程中，這種具備了顯著的工程和經(jīng)濟優(yōu)勢的材料會越來越受到工程師的青睞。

經(jīng)過查看相關資料并進行了對比，堆石混凝土的環(huán)境友好度優(yōu)于普通混凝土和輾壓混凝土，每方可以比常規(guī)混凝土和碾壓混凝土分別節(jié)省381.64MJ和312.52MJ的能量，并且分別減少大氣中排放39.36kg和25.68kg的二氧化碳。充分說明了堆石混凝土環(huán)境的優(yōu)越性，走在可持續(xù)發(fā)展的道路上，我們需要在綠色建筑材料方面要投入更多的精力。

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