《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》是中國水利水電第四工程局完成的建築類施工工法；作者分別是田育功、高居生、胡宏峽、王煥、鄭凱；適用範圍是不同地域、氣候、施工條件下的水工建築物大體積常態和碾壓混凝土配合比試驗。
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》主要的工法特點是具有鮮明的實用性和可操作性；突出混凝土拌合物性能；建立混凝土配合比試驗工藝流程；試驗數據採用先進的電腦程式進行處理。
2008年1月31日，《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法
- 工法編號： YJGF261-2006
- 完成單位：中國水利水電第四工程局
- 主要完成人：田育功、高居生、胡宏峽、王煥、鄭凱
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》的形成原因是：
截至2005年，中國在建的大壩中，擋水建築物主要以混凝土壩為主，水工混凝土質量的優劣直接關係到建築物的施工質量、安全運行和使用壽命。由於水工混凝土工作條件的複雜性、長期性、重要性等特點，其設計指標或配合比試驗方法均與普通混凝土有很大區別。水工混凝土設計指標採用長齡期（90天或180天），抗滲、抗凍、抗裂和溫控指標要求高，原材料採用大骨料級配、低膠材用量、高摻合料和外加劑，混凝土拌合物採用較小的坍落度（VC值）、良好的和易性、適宜的含氣量、同時滿足不同季節和不同氣候條件施工要求的凝結時間。為了達到混凝土高質量、高性能和經濟性的要求，混凝土配合比試驗工作尤為重要。
混凝土配合比是混凝土高壩的核心技術。在水利水電開發建設中，中國水利水電第四工程局作為混凝土高壩建設的主力，從50年代的劉家峽水電站工程建設開始，截至2005年，承擔的已建和在建混凝土大壩30多座，在長期的實踐中，緊緊圍繞混凝土高壩的核心技術，在水工混凝土配合比試驗和科研項目實施過程中逐步形成了先進的、成熟的、可行的、具有鮮明特點的試驗工法。
工法特點
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》的工法特點是：
1.該工法是在長期的、大量的現場試驗中形成的，是對水工混凝土試驗規程的補充和完善，具有鮮明的實用性和可操作性。
2.工法嚴格按照水工混凝土設計指標要求，緊密結合工程所處的地域環境、氣候條件、施工條件和原材料特性，科學的規範了水工混凝土配合比試驗程式。
3.工法突出混凝土拌合物性能，重點研究新拌混凝土坍落度（VC值）、含氣量、凝結時間、表觀密度等性能與時間、時段、溫度變化的相互關係，為混凝土施工提供科學依據。
4.建立混凝土配合比試驗工藝流程，使混凝土配合比試驗科學、規範、合理、有序的進行。
5.試驗數據採用先進的電腦程式進行處理，保證試驗結果及時、科學、準確地整理分析。
操作原理
適用範圍
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》適用於不同地域、氣候、施工條件下的水工建築物大體積常態和碾壓混凝土配合比試驗。
工藝原理
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》的工藝原理敘述如下：
一、根據混凝土配合比設計指標，制定科學合理的技術路線和配合比試驗計畫，規劃布置試驗室，準備有代表性的、足夠的原材料。
二、工法重點突出水工混凝土配合比的拌合物性能，關鍵技術是對新拌混凝土坍落度（VC值）、含氣量、凝結時間、表觀密度等性能與時間、時段、溫度變化等相互間的關係進行研究，找出其內在規律。
三、進行配合比試驗，確保試驗結果的準確可靠，提交滿足設計、施工要求且經濟合理的施工配合比。
施工工藝
- 工藝流程
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》的工藝流程見圖1。
圖1施工工藝流程
- 操作要點
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》的操作要點如下：
一、編制試驗計畫
根據混凝土設計指標和控制指標要求，按照不同工程地域、氣候條件、施工條件、原材料特性情況，制定合理的技術路線，編制的“水工混凝土配合比試驗”計畫。
二、現場試驗室
由於水工混凝土配合比試驗是在施工現場進行，所以現場試驗室是保證混凝土配合比試驗的首要條件，應根據試驗項目和2005年前已有條件科學合理的布置現場試驗室，試驗工作間一般布置12~18間。拌合間是水工混凝土配合比試驗的最重要工作間，應高度重視拌合間的布置。一般試驗拌合間應有50~80平方米的面積，用於布置攪拌機、拌合鋼板、振動台、水池、料倉、工作檯等。
1.攪拌機：由於水工大體積混凝土大粒徑的特點，攪拌機必須有足夠的拌合容量，採用自落式攪拌機一般為100~150升，強制式攪拌機一般為60~100升。
2.拌合鋼板：鋼板尺寸應滿足長×寬×厚=（2000~2500毫米）×（1500~2000毫米）×（8~10毫米）的要求。鋼板一般縱向垂直對齊攪拌機出料口，水平擺放且比地面低50毫米或在鋼板周邊焊接∟50毫米角鐵，方便混凝土拌合的連續試驗。同時鋼板側面應布置有排水的集水沉澱池。
3.振動台：振動台台面尺寸一般為（1000毫米±10毫米）×（1000毫米±10毫米），表面平整光潔，頻率50±3赫茲，振幅0.5±0.02毫米，安裝在不妨礙其他試驗和操作的位置，要求台面水平。
4.料倉：一般在拌合間端部靠牆布置4~5個高90~110厘米的料倉，分別堆放試驗用的飽和面乾砂料和粗骨料，其中砂料倉應足夠大。料倉上部可預製搭建工作檯，放置水泥、粉煤灰等材料及工器具。
5.力學間：力學間的面積應保證各種材料試驗機的布置、安裝、維護、檢修和試驗人員的正常操作等。面積一般為40~60平方米。根據力學試驗內容，一般配置100千牛和1000千牛萬能材料試驗機、2000千牛壓力試驗機及相關的附屬檔案等。全級配混凝土力學性能試驗配置5000~10000千牛的壓力試驗機。
6.養護室：養護室嚴格按溫度、濕度要求布置。根據混凝土工程量、取樣頻率、養護齡期以及施工高峰期等因素，確定養護室面積一般為40~80平方米，屋頂宜密封。
三、原材料的準備
水工混凝土配合比試驗用的原材料（水泥、摻合料、骨料、外加劑等）試驗樣品，必須按材料用量計畫備足同一批次的、具有代表性的工程實際使用樣品，儘量避免二次取樣，防止原材料波動導致試驗結果的差異，這是保證高質量配合比試驗的前提。各種材料應根據計畫提前檢測，掌握配合比試驗所需原材料的品質和性能。
1.膠凝材料：水泥、摻合料等膠凝材料保存應避免受潮，一般採用塑膠薄膜等防潮材料密封包裹。試驗拌合時，應把膠凝材料拆包分別裝入帶蓋的塑膠大桶容器，盛料應使用專門的器具，每次盛完料後應及時加蓋，保持膠凝材料原狀。
2.骨料：骨料需要提前一天堆放到室內料倉，宜滿足飽和面乾狀態，表面覆蓋濕麻袋保持濕潤。每天拌合前，對室內料倉存放的骨料進行翻拌均勻，並檢測骨料含水率，為配合比計算提供依據。
3.外加劑：外加劑溶液需要提前一天進行配製，且足量。一般減水劑濃度為10%~20%，引氣劑濃度為1%~2%。同時應對外加劑配製難易程度、是否沉澱進行觀察評定，為拌合樓外加劑溶液配製和控制提供依據。
四、混凝土拌合
混凝土拌合試驗是配合比試驗的重點，拌合間室內溫度保持在15~25℃。混凝土拌制前，採用與配合比相近的砂漿或小級配混凝土進行攪拌機攪拌掛漿和拌合鋼板掛漿。第一罐新拌混凝土一般僅用於初步評判，不用於正式成型。水工混凝土不宜採用人工拌合。
1.拌合容量：考慮拌合條件邊界效應的影響，混凝土拌合最小容量一般不宜少於攪拌機容量的1/3，以保證拌合物的均勻性、穩定性。
2.投料順序：應通過試驗確定。自落式攪拌機投料順序一般為粗骨料、膠凝材料、水和外加劑混合溶液、細骨料；強制式攪拌機投料順序一般為細骨料、膠凝材料、水和外加劑混合溶液、粗骨料。其中，應在計算好的水中盛出少量水以備沖洗盛外加劑容器，然後將外加劑溶液倒人剩餘水中。
3.拌合卸料：按規定時間攪拌好的混凝土卸料後，套用鏝刀將罐內的漿體刮淨，然後將攪拌機恢復到原位，及時遮蓋濕麻袋或加蓋，防止攪拌機內乾燥，以備連續拌合。刮出的漿體和出機的新拌混凝土混合翻拌三遍，觀察評定混凝土外觀和勻質性。用於成型的新拌混凝土，應及時用濕麻袋覆蓋，避免坍落度損失過快影響試驗結果。
五、和易性試驗
大量試驗發現，新拌混凝土表面水分蒸發、水泥水化等原因造成新拌混凝土的坍落度、含氣量經時損失不可避免，因此，對設計的混凝土配合比要進行大量反覆的試拌，掌握混凝土拌合物的穩定性和規律性。試驗時，儀器和工具與新拌混凝土接觸部分應提前潤濕或掛漿。
1.過濕篩：對出機的新拌混凝土進行拌合物性能試驗時，若骨料粒徑大於40毫米，應採用濕篩法剔除大於40毫米粒徑骨料，篩前套用噴霧器或濕拖把對方孔篩潤濕。過濕篩後的拌合物，需對翻三遍。
2.溫度測試：將溫度計插入出機後的混凝土中50~100毫米，溫度測試完備後方可拔出溫度計，同時記錄室溫。
3.坍落度（VC值）：一般兩人同時在鋼板上平行進行坍落度試驗，減小人為誤差；碾壓混凝土VC值一般測試兩次。同時，需要進行坍落度（VC值）的經時損失試驗，為施工提供依據。
4.含氣量：對抗凍等級要求高的水工混凝土，含氣量測試採用精密含氣儀。裝料時嚴禁工具碰撞含氣儀量缽沿口，試驗後應及時對含氣儀氣閥保護清洗。同時，要進行含氣量與坍落度（VC值）經時損失的關係試驗，為拌合樓質控、施工澆築及混凝土耐久性提供依據。
5.含砂評定：含砂情況對混凝土性能有很大影響，一般採用三種方法評定：一是用鏝刀抹混凝土拌合物表面，二是通過振動台振實過程中測試試模內混凝土泛漿情況，三是在倉面觀測振搗器振搗時混凝土泛漿情況。
6.表觀密度試驗：表觀密度試驗採用原級配混凝土，四分法裝料，用振動台試驗。常態混凝土一次性裝料，碾壓混凝土分層裝料，以混凝土振實泛漿為準。
7.凝結時間：對新拌混凝土拌合物過5毫米濕篩，將砂漿裝入凝結時間試模。常態混凝土臨近初凝、終凝時應加密試驗，碾壓混凝土按等時段（每隔1~2小時）進行試驗。試驗數據宜採用計算機計算繪圖。
六、混凝土成型
1.成型粒徑：採用標準試模成型時，混凝土拌合物的骨料最大粒徑不得超過試模最小斷面尺寸的1/3；用於成型強度、彈模、抗滲、抗剪、抗折等試驗的混凝土過40毫米濕篩；用於成型極限拉伸、抗凍、乾縮、濕脹等試驗的新拌混凝土過30毫米濕篩；過篩後拌合物必須翻拌均勻。全級配試驗採用450毫米×450毫米×450毫米和Φ450毫米×900毫米試模。
2.試模裝料：成型前，試模內壁應均勻刷油，以不浸紙為宜；成型時，應將同型號試模放在混凝土拌合物旁擺放整齊，按試模對角線正反方向均勻裝料，避免骨料集中。碾壓混凝土、全級配混凝土成型時需注意分層裝料。
3.試模振搗：混凝土成型時需用振動台機械振實；由於人工插搗成型試驗結果偏差大，不宜採用。振實過程中，可用抹刀光面貼試模內壁插數下，以排除氣泡空隙及使骨料表面布漿。碾壓混凝土振動成型以泛漿為準。全級配混凝土成型宜採用軟軸振搗棒進行插搗。
4.抹面編號：成型後試件擺放位置要做好標識，及時抹面編號，編號一般分三行編寫，三行分別為試驗編號、齡期、試驗日期。
5.試件拆模：試件編號後宜及時放入養護室養護，也可採用薄膜覆蓋並加蓋濕麻袋保濕。拆模時間視混凝土強度等級、粉煤灰摻量、凝結時間以及氣候條件決定。拆模後的試件應及時送人養護室養護。
七、混凝土養護
1.養護室條件：必須滿足溫度20±3℃、濕度大於95%的保濕保溫條件，應安裝恆溫恆濕自動控制儀、噴霧設施和空調等措施。
2.養護室安全：養護室內應配製36伏的低壓安全燈，進出養護室應配置自動切斷電源裝置或醒目警示標誌。
3.養護架：一般採用∟50毫米角鋼（或Φ32毫米鋼筋）以及Φ10~Φ14毫米的鋼筋製作養護架，一般養護架尺寸長×寬×高為（1500~2000毫米）×（500~600毫米）×（1400~1600毫米），每層高度宜為250~300毫米，分為5層~6層。
4.試件擺放：混凝土試件擺放間距為10~20毫米，試件按試驗日期擺放在規定月份的養護架上，方便試驗和檢查。
八、硬化混凝土試驗
硬化混凝土試驗必須符合規程規範的要求。試驗時，混凝土試件從養護室取出後要注意保濕，及時進行試驗。
1.物理力學試驗：強度、彈模、抗剪、抗彎等試驗一般採用1000~2000千牛的試驗機，極限拉伸一般採用100~300千牛的試驗機。若進行全級配混凝土試驗，根據強度等級，一般採用5000~10000千牛的試驗機。
2.抗凍試驗：宜採用微機自動控制的風冷式快速凍融機。試驗前，抗凍試件至少在養護室標準溫度的水中浸泡4天；試驗時，擦去試件表面水分，測試試件的初始質量和自振頻率，基準值一定要測試準確。
3.抗滲試驗：採用混凝土抗滲試驗儀進行試驗。試件到齡期後，從養護室取出試件，待表面晾乾後，用鋼絲刷將圓錐體側面浮漿清除，然後用毛刷刷去粉塵。一般在試件側面採用水泥黃油膩子密封，其比例：水泥:黃油=3:1~4:1。在試件側面將配製好的密封材料用三角刀均勻刮塗1~2毫米厚，然後將試件套入抗滲試模中，在試驗機上用100~200千牛的力將試件壓入套模中。試驗結束後，及時將試件在試驗機上退出、劈開、標記，測量滲水高度。
4.乾縮試驗：乾縮室必須安裝空調，確保恆溫乾燥條件，試驗採用臥式測長儀，門上應留有玻璃觀察窗，防止試驗時發生意外。
5.數據處理：試驗數據宜採用計算機處理，編制相應的計算處理程式。記錄應符合國家計量認證或實驗室認可要求。
九、絕熱溫升試驗
在絕熱條件下，測定混凝土膠凝材料（包括水泥、摻合料等）在水化過程中的溫度變化及最高溫升值，為混凝土溫度應力計算提供依據。混凝土絕熱溫升試驗採用絕熱溫升測定儀，儀器置於20±5℃的清潔、無腐蝕氣體的絕熱溫升室內進行。由於絕熱溫升試件體積大、比較笨重，人工裝卸困難，所以，在絕熱溫升室內安裝起吊設施，一般採用橫樑和倒鏈。
混凝土絕熱溫升試驗採用原級配。試驗前24小時應將混凝土原材料放在20±5℃的室內，使其溫度與室溫一致；試驗時必須嚴格按照提供的混凝土配合比進行拌合試驗，拌合物滿足和易性要求後，方可進行絕熱溫升試驗。製作試件的容器內壁應均勻塗刷一層黃油或其他脫模劑，便於脫模，成型時將拌制好的原級配混凝土拌合物分兩層裝人容器中，每層均用搗棒插搗密實，在試件的中心部位安裝一隻紫銅測溫管或者玻璃管，管內盛少量變壓器油，插人中心溫度計，用棉紗或橡皮泥封閉測溫管管口，以防混凝土或漿液落入管內，然後蓋上容器上蓋，全部封閉。用倒鏈把裝入好的混凝土絕熱溫升試件連同容器放入絕熱室內，啟動儀器開始試驗，直到規定的試驗齡期，並做好實驗記錄。其中混凝土從拌合、成型到開始測讀溫度，應在30分鐘內完成。
試驗結束後，打開絕熱室的密封蓋，取出中心溫度計，用倒鏈把混凝土絕熱溫試件連同容器從絕熱室內提出，小心脫模，防止脫模過程中弄壞容器。
十、施工配合比選定
根據混凝土設計指標、施工要求以及現場覆核試驗結果，並進行技術經濟分析比較，確定科學合理的混凝土施工配合比。
十一、施工配合比調整
混凝土配合比在使用中，應根據施工現場的條件變化和原材料的波動情況，及時對配合比進行調整。但關鍵參數，如水膠比、單位用水量、粉煤灰摻量一般不允許調整；一般根據現場砂子細度模數、粗骨料超遜徑、氣溫和含氣量變化，對砂率、級配、外加劑摻量等按配合比參數關係規律進行調整。
- 勞動力組織
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》的勞動力組織如下：
混凝土配合比試驗共16人，其中混凝土拌合人員12人可穿插作業，參見表1。
項目 | 人數 | 工作範圍 | |
試驗計畫編制 | 2 | 根據混凝土設計指標和控制指標要求，編制詳細、具體的混凝土配合比試驗計畫 | |
組織實施 | 2 | 混凝土配合比試驗人、材料、設備等資源合理布置 | |
資料 | 2 | 對試驗數據整理、分析 | |
混凝土拌合 | 配料單 | 2 | 配料單計算、校核 |
原材料計量、投料 | 6 | 按配料單進行膠凝材料、骨料、外加劑、水等材料稱量，按規定順序將材料投到攪拌機 | |
拌合物性能試驗 | 4 | 坍落度（VC值）、含氣量、凝結時間、表觀密度測試 | |
混凝土成型、養護 | 4 | 成型、抹面、編號、拆模、養護等 | |
熱學試驗 | 2 | 絕熱溫升等試驗 | |
硬化混凝土 | 物理力學試驗 | 3 | 抗壓、劈拉強度（抗剪）等試驗 |
耐久性試驗 | 3 | 抗凍、抗滲等試驗 | |
變形試驗 | 4 | 極拉、彈模、乾縮等試驗 | |
材料設備
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》所用的材料及設備明細如下：
一、材料
採用《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》時，水工混凝土配合比試驗所需主要材料見表2。
序號 | 名稱 | 品種 | 原則 | 作用 | |
1 | 水泥 | 中熱矽酸鹽水泥、低熱矽酸鹽水泥、低熱礦渣矽酸鹽水泥、矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥、抗硫酸鹽矽酸鹽水泥等 | 根據工程部位、技術要求和環境條件 | 滿足混凝土配合比各項性能要求，降低混凝土發熱量，抵抗環境侵蝕 | |
2 | 摻合料 | 粉煤灰、火山灰、礦渣微粉、矽粉、粒化電爐磷渣、氧化鎂等 | 根據工程技術要求.摻合料品質和資源條件，通過試臉論證 | 具有改善混凝土性能、提高混凝土質量，降低混凝土水化熱，抑制鹼骨料反應，節約水泥，降低成本 | |
3 | 骨料 | 細骨料 | 天然砂、人工砂 | 質地堅硬、潔淨、級配良好 | 保證混凝土和易性和工作性能，提高混凝土密實性能等 |
4 | 粗骨料 | 卵石、碎石 | 優質、經濟、就地取材 | 保證混凝土質量，決定混凝土強度和耐久性等 | |
5 | 外加劑 | 高效減水劑、緩凝高效減水劑、高溫緩凝劑、引氣劑 | 根據工程混凝土設計指標要求 | 改善混凝土和易性、節約材料、調整施工性能，提高強度和耐久性等 | |
6 | 水 | 伙用水 | 符合國家標準 | 水泥水化膠結和混凝土流動性作用 | |
二、機具設備
採用《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》時，水工混凝土配合比試驗所需主要儀器設備見表3。
序號 | 設備名稱 | 規格型號 | 單位 | 數量 | 用途 |
1 | 膠砂攪拌機 | JJ-5 | 台 | 1 | 水泥、擦合料、外加劑、骨料物理試驗 |
2 | 膠砂操實台 | ZS-15 | 台 | 1 | |
3 | 高溫爐 | SX2-4-1300 | 台 | 1 | |
4 | 水泥膠砂流動度測定僅 | NLD-2 | 台 | 1 | |
5 | 淨漿標準稠度凝結時間測定儀 | （ISO） | 台 | 1 | |
6 | 雷式夾膨脹測定儀 | LD-50 | 台 | 1 | |
7 | 水泥比表面積測定儀 | DBT-127 | 台 | 1 | |
8 | 水泥標準養護箱 | 40超聲加濕 | 台 | 1 | |
9 | 電熱鼓風乾燥箱 | 101-2 | 台 | 1 | |
10 | 水泥雷式沸煮箱 | FZ-31 | 台 | 1 | |
11 | 水泥負壓篩析儀 | FYS-150B | 台 | 1 | |
12 | 水泥電動抗折機 | 5000 | 台 | 1 | |
13 | 水泥壓力試驗機 | YAW-300B | 台 | 1 | |
14 | 水泥淨漿攪摔機 | 160B | 台 | 1 | |
15 | 恆溫水浴鍋 | HHS-6 | 台 | 1 | 水泥、擦合料、外加劑、骨料、水等化學試驗 |
16 | 火煽光度計 | 6400A | 台 | 1 | |
17 | 分析天平 | 1/10000、1/1000 | 台 | 2 | |
18 | 酸度計 | PHS-3C | 台 | 1 | |
19 | 黏度計 | NDJ-1 | 台 | 1 | |
20 | 電動沉澱離心機 | LDZ-4-8 | 台 | 1 | |
21 | 分光光度計 | 7230G | 台 | 1 | |
22 | 自落式混凝土攪拌機 | 100-150 | 台 | 1 | 混凝土拌合物性能試驗 |
23 | 強制混凝土攪拌機 | 60-100 | 台 | 1 | |
24 | 拌合鋼板 | ╱ | 塊 | 1 | |
25 | 骨料篩 | 方孔孔徑40毫米、30毫米 | 套 | 1 | |
26 | 表觀密度簡 | 20~80升（壁厚3毫米） | 套 | 1 | |
27 | 坍落度筒 | ╱ | 只 | 5 | |
28 | 維物工作度僅 | HGC1 | 台 | 2 | |
29 | 混凝土含氣量測定儀 | H-2783 | 台 | 2 | |
30 | 混凝土振動台 | 1平方米 | 台 | 1 | |
31 | 混凝土貫人阻力儀 | HT-80 | 台 | 1 | |
32 | 恆溫恆混自控儀 | 全自動 | 台 | 1 | |
33 | 壓力試驗機 | YE-2000 | 台 | 1 | 硬化混凝土試驗 |
34 | 萬能材料試驗機 | WE-1000B | 台 | 1 | |
35 | 萬能材料試臉機 | WE100~300 | 台 | 1 | |
36 | 極限拉伸儀 | YJ-26 | 台 | 1 | |
37 | 彈性模量測定僅 | ╱ | 台 | 1 | |
38 | 混凝土快速凍融機 | 風冷式CDR-2 | 台 | 1 | |
39 | 動彈測定儀（抗凍試驗） | QL-101 | 台 | 1 | |
40 | 抗滲儀 | HP-40型 | 台 | 1 | |
41 | 混凝土臥式測長儀 | SP-540 | 台 | 1 | |
42 | 絕熱溫升僅 | ╱ | 台 | 1 | 熱學試驗 |
質量控制
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》的質量控制要求如下：
一、質量標準
採用該工法試驗，除嚴格執行《水工混凝土試驗規程》DL/T 5150-2001、《水工混凝土施工規範》DL/T 5144-2001、《水工碾壓混凝土試驗規程》SL 48-94、《水工碾壓混凝土施工規範》DL/T 5112-2000以及與工法相關的國家行業標準、2005年前已執行的法律法規外，結合該工法特點注意以下質量標準：
1.實際工程設計技術條款要求；
2.編制並被批准的《試驗室質量管理體系檔案》和《混凝土配合比試驗計畫》。
二、質量保證措施
1.試驗室應具備計量認證（或國家試驗室認可資質），推行“全面質量管理，質量第一”的方針，實行嚴格的科學管理，有效地控制影響檢測質量的各個要素，確保檢測數據和檢測結果的真實性、準確性和完整性。
2.試驗室用於混凝土檢測的儀器設備檢定合格後，才能用於各類試驗中，以確保量值傳遞的準確性。
3.試驗室檢測試驗人員經考核，應取得試驗資格上崗證；並定期參加學習培訓，不斷提高技術業務能力。
4.試驗室定期組織與國家認定第三方檢測機構進行比對試驗，以驗證環境設施標準性、儀器設備精確性、檢驗過程規範性及試驗人員的操作水平，提高試驗檢測能力。
5.為保證混凝土配合比試驗的順利進行，試驗要配備足夠合理的人員，確保所有操作專門設備、從事檢測和評價結果以及簽署檢測報告人員的能力。
安全措施
採用《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1.嚴格遵照執行國家、地方和行業安全方面的法律、法規、標準和試驗室安全體系的要求進行試驗操作，建立完善的職業健康安全管理體系，編制安全操作規程。試驗人員必須經過安全方面的培訓，清楚所使用儀器的安全操作規程，熟練掌握安全用電、用水等方面的常識和知識。
2.試驗前後，對所有使用的電器控制閘刀、電器、線路連線進行檢查，開關控制到位。
3.試驗前後，對試驗儀器狀態進行檢查，試驗人員必須熟悉操作規程。
4.養護室需配置低壓照明系統，進出養護室必須有自動控制電源的開關或明顯標誌。
5.化學試驗使用的各類藥品分櫥存放，嚴格管理，使用前後做好登記；對特殊藥品按要求的試驗過程嚴格控制，並作明顯標識。
6.各類試驗中，必須嚴格按程式操作，杜絕人身傷害事故的發生。
7.在試驗過程中如果發生安全事故，試驗人員應迅速採取應急措施，事故的處理依照有關的事故、不符合項與預防措施控制程式執行。
環保措施
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》的環保措施如下：
1.嚴格遵照執行國家、地方和行業在環境保護方面的法律、法規和標準，建立完善的環境管理體系，編制環境保護相關程式檔案規定。試驗人員必須經過環保知識方面的培訓，清楚所使用儀器、設備和材料對環境所帶來的危害，並控制試驗操作對環境所造成的危害程度，貫徹執行的國家、地區及行業等有關環境保護法規中規定的環保指標。
2.試驗室應保持整潔、有序、安靜、衛生，對檢測中形成的殘渣、雜物和有害物質應實施嚴格的控制和管理，達到環境保護的要求。
3.在試驗過程中如遇到相鄰區域的互相干擾或影響時，應進行有效隔離措施，防止交叉污染。如實施隔離後仍達不到規定要求，應暫停試驗檢測活動，待具備條件再進行試驗。
4.試驗人員應在檢驗開始、檢驗中間、檢驗完成後檢查和記錄環境監控參數，避免環境條件發生偏離後給檢驗結果造成不良影響。
效益分析
中國水利水電第四工程局在承擔建設的長江三峽水利樞紐工程、廣西百色水利樞紐碾壓混凝土主壩工程、黃河拉西瓦水電站工程高拱壩、瀾滄江小灣水電站工程高拱壩等工程，通過採用《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》試驗確定的混凝土配合比，具有技術先進、實用性強、經濟和社會效益顯著等鮮明特點，達到中國國內領先和國際先進水平。
1.長江三峽水利樞紐工程二期左岸廠房壩段、三期右岸廠房壩段工程
1997年9月至2006年5月，中國水利水電第四工程局試驗中心套用水工混凝土配合比試驗工法進行大壩混凝土配合比試驗。提交的大壩混凝土施工配合比技術經濟指標先進，該配合比在三峽水利樞紐工程中成功套用。僅左岸廠房壩段施工配合比與中標配合比費用相比，節約投資約3600萬元。
2.廣西百色水利樞紐碾壓混凝土主壩工程
2002年1月至2006年12月，針對百色碾壓混凝土採用輝綠岩骨料，人工砂石粉含量高等不利情況，套用水工混凝土配合比試驗工法進行了輝綠岩人工砂石粉在碾壓混凝土中的利用研究課題，取得了大量的碾壓混凝土築壩技術科研成果，保證了百色碾壓混凝土主壩施工，取得了的社會效益。
3.黃河拉西瓦水電站工程
混凝土配合比試驗於2003年4月開始，針對高原高寒地區的混凝土耐久性特級抗凍等級F300的情況下，套用水工混凝土配合比試驗工法，通過技術創新，深化試驗研究，在混凝土單位用水量、膠材用量、耐久性能和抗裂性能等方面達到了中國國內領先、國際先進水平，施工和質量控制結果表明，提交的施工配合比與現場套用結果吻合，創造了良好的技術和經濟效益。
註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算
套用實例
《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》在廣西百色主壩工程的套用情況如下：
一、工程概況
廣西右江百色水利樞紐碾壓混凝土主壩工程位於百色市上游22千米的右江河段上，多年平均氣溫22.1℃，實測最高氣溫42.5℃，實測最低氣溫-2.0℃，水庫總庫容56.6億立方米，其中防洪庫容16.4億立方米。樞紐工程由碾壓混凝土重力壩、地下發電廠房系統、兩座副壩和通航建築物組成。碾壓混凝土重力壩最大壩高130米，壩頂全長720米。該工程共有混凝土工程量約261萬立方米，其中碾壓混凝土為218萬立方米。碾壓混凝土施工工期從2003年1月到2006年12月，總工期4年。
根據《技術條款》以及混凝土設計變更，百色水利樞紐主壩工程碾壓混凝土設計指標見表4。
類別 | 混凝土強度等級（兆帕） | 最大骨料直徑（毫米） | 粉煤灰取代最大限量（%） | 抗滲等級 | 抗凍等級 | 極限拉伸值（10） | 表觀密度（千牛/立方米） | 使用部位 |
1 | R18015 | 60 | 63 | P4 | F50 | 70 | 24.53 | 壩體內部混凝土 |
2 | R18020 | 40 | 58 | P10 | F50 | 75 | 24.53 | 防滲層，3A、3B，6A~9B壩下游面164~220米高程 |
3 | Rv20 | 40 | ╱ | P10 | F50 | 80 | 24.53 | 變態混凝土，壩體表面，岸坡、壩段基礎上游側部位 |
4 | Ev15 | 60 | ╱ | P4 | F50 | 80 | 24.53 | 變態混凝土，壩體外表面，廊道、孔洞周邊，岸坡壩基 |
二、原材料試驗
水泥：根據設計要求，碾壓混凝土配合比試驗採用廣西田東525中熱矽酸鹽水泥，檢測結果表明：水泥物理和化學指標符合標準。
粉煤灰：碾壓混凝土試驗採用的粉煤灰為雲南曲靖Ⅱ級粉煤灰和貴州盤縣Ⅱ級粉煤灰，檢測結果表明：兩種粉煤灰均符合Ⅱ級粉煤灰指標要求。
骨料：百色工程採用輝綠岩人工骨料，在水工大體積混凝土中的套用在中國國內尚屬首次。輝綠岩人工骨料密度大，達到3.0克/立方厘米以上，硬度大、彈模高、加工難，特別是輝綠岩人工砂石粉含量很高、粒徑級配較差、需水量比遠遠高於中國國內採用的其他品種人工骨料，比一般人工骨料拌制的混凝土多用水30~40千克/立方米。
外加劑：通過試驗優選，確定碾壓混凝土選用緩凝高效減水劑ZB-1RCC15，常態混凝選用緩凝高效減水劑JM-Ⅱ，引氣劑為DH9。
三、混凝土配合比試驗
（一）配合比試驗參數
根據設計要求，主壩碾壓混凝土的強度保證率不得低於80%。碾壓混凝土配合比採用最大密度法設計，針對百色輝綠岩人工骨料密度大、需水量大的特點，碾壓混凝土施工配合比試驗參數見表5。
試驗編號 | 混凝土等級 | 級配 | 水膠比 | 試驗參數（%） | 材料用量（千克/立方米） | VC值（s） | 石粉含量（%） | ||||||||
粉煤灰 | 砂率 | ZB-1RCC15 | DH9 | 水 | 水泥 | 粉煤灰 | 砂 | 石 | 表觀密度 | ||||||
BR-1 | R18020 S10D50 | Ⅱ | 0.50 | 60 | 38 | 1.5 | 0.015 | 98 | 78 | 118 | 837 | 1366 | 2500 | 3~8 | 20 |
BR1-1 | Ⅱ | 0.50 | 60 | 38 | 1.2 | 0.015 | 102 | 82 | 122 | 833 | 1359 | 2500 | 3~8 | 20 | |
BR-2 | R18015 S2D50 | 準Ⅲ | 0，60 | 65 | 34 | 1.5 | ╱ | 88 | 51 | 96 | 780 | 1513 | 2650 | 3~8 | 20 |
BRF-3 | 準Ⅲ | 0，60 | 65 | 34 | 1.2 | ╱ | 93 | 54 | 101 | 775 | 1505 | 2650 | 3~8 | 20 | |
（二）配合比試驗結果
在固定人工砂石粉含量20%的條件下，VC值滿足施工要求，拌合物液化泛漿快，塑性好，骨料包
裹充分，不分離；振實後的混凝土表層漿體均勻，密度大，有一定彈性和粘聚性，可碾性好。碾壓混凝土配合比試驗結果說明：為了滿足碾壓混凝土凝結時間要求，Ⅱ級配摻1.2%、準Ⅲ級配摻1.5%的ZB-1RCC15外加劑。
在人工砂石粉含量較高時（石粉含量23.6%），由於高摻外加劑的高減水作用，碾壓混凝土拌合物可碾性明顯改善，在設計的單位用水量不變的條件下，碾壓混凝土的VC值符合要求，大壩迎水面和內部180天抗壓強度分別達到33.8兆帕和26.0兆帕，與其他各項性能指標同時滿足設計和施工要求。
（三）碾壓混凝土性能與施工條件關係試驗
1.輝綠岩人工砂石粉含量對碾壓混凝土性能影響試驗
採用石粉含量分別為14%、16%、18%、20%、22%、24%的水洗混合砂進行碾壓混凝土拌合物性能、力學性能、耐久性、變形性能以及乾縮等試驗。結果說明：
1）隨人工砂石粉含量的降低，碾壓混凝土總表面積相應減小，用水量呈規律性的降低。
2）過高的輝綠岩石粉對碾壓混凝土含氣量有不利影響。
3）輝綠岩人工砂石粉對碾壓混凝土凝結時間影響較大，石粉含量降低，初凝時間延長。
4）石粉含量對強度有較大的影響，石粉含量在16%~18%範圍時，碾壓混凝土密實度和強度最優。
5）隨著石粉含量的降低，碾壓混凝土乾縮率有規律的減小；隨齡期延長，碾壓混凝土乾縮率有規律的增大。
2.高溫條件碾壓混凝土凝結時間試驗研究
1）通過比選選出適應高溫氣候條件施工的改進型緩凝高效減水劑。
2）掌握溫度條件與碾壓混凝土凝結時間、外加劑摻量的關係規律。
3）確定根據溫度、風速變化和太陽照射情況，調整緩凝外加劑用量，解決高溫氣候條件碾壓混凝土凝結時間嚴重縮短的難題，滿足不同氣溫條件和各項技術指標的大壩碾壓混凝土施工配合比見表6。
序號 | 工程部位 | 混凝土設計要求 | 級配 | 水膠比 | 砂率（%） | 粉煤灰（%） | ZB-1RCC15（%） | DH9（%） | 用水量（千克/立方米） | 表觀密度（千克/立方米） | VC值/坍落度 |
1 | 大壩迎水面 | R18020 S10D50 | Ⅱ | 0.50 | 38 | 58 | 0.8/1.0/1.2 | 0.015 | 106 | 2600 | 3~8s |
2 | 大壩內部 | R18015 S2D50 | 準Ⅲ | 0.60 | 34 | 63 | 0.8/1.0/1.5 | 0.015 | 96 | 2650 | 3~8s |
說明：在溫度小於25℃，ZB-1RCC15摻量0.8%，在溫度大於25℃時，ZB-1RCC15摻量1.0%，當溫度大於28℃且曝曬的情況下，ZB-1RCC15摻量1.5%。
四、輝綠岩人工砂石粉在碾壓混凝土中套用
（一）輝綠岩人工砂石粉特性
百色工程是中國國內國外採用輝綠岩人工骨料進行水工大體積混凝土施工的首例。由於輝綠岩骨料自身特性和巴馬克乾法生產，人工砂級配不連續，2.5毫米以上粗顆粒多達35%左右，0.16~2.5毫米顆粒僅占40%左右，石粉含量高達20%~24%，粒徑小於0.08毫米微粉顆粒占石粉的40%~60%，粗細顆粒兩極分化。石粉很細、需水量高，但對混凝土有填充密實作用。
（二）石粉摻合料碾壓混凝土性能
1.可碾性：當石粉作為摻合料等量替代部分粉煤灰後，碾壓混凝土表面積減小、孔隙率減小，在用水量保持不變時，水泥漿包裹充分，碾壓混凝土拌合物液化快，可碾性好，提高了密實性。
2.用水量：碾壓混凝土在外加劑摻0.8%時、VC值相近時，用水量隨石粉摻合料用量增大而降低，石粉摻合料每增加8千克/立方米，用水量約降低1千克/立方米。
3.VC值：替代量0千克、4千克、8~32千克時，碾壓混凝土的VC值隨石粉替代量增加逐漸減小，當石粉替代量達到24千克/立方米時，碾壓混凝土的VC值開始增大，工作性降低，凝結時間縮短明顯。
4.凝結時間：在22~26℃自然條件下，當石粉摻合料從0千克、4千克、8~40千克等量替代粉煤灰時，準Ⅲ級配碾壓混凝土初凝時間從5:35小時縮短至4:25小時，縮短約50分鐘，說明了隨石粉替代量的增加（粉煤灰用量減小），碾壓混凝土凝結時間逐漸縮短。
5.力學性能：隨石粉摻合料用量的增加，碾壓混凝土的抗壓強度等指標有所減小；但降低幅度不大，均滿足設計要求。
6.耐久性：石粉作摻合料碾壓混凝土抗滲、抗凍性能均滿足設計要求。
7.乾縮：石粉是影響混凝土乾縮的主要因素。隨石粉摻合材等量替代粉煤灰量的增加（細顆粒總含量相應減少），需水量相應降低，水分水化損失相對減少，乾縮率減小。
五、不同溫度條件下石粉利用與不同溫度條件下碾壓混凝土施工配合比
根據上述配合比試驗研究結果，提出不同溫度條件下利用石粉替代粉煤灰利用碾壓混凝土施工配合比見表7。
序號 | 工程部位 | 混凝土設計要求 | 級配 | 水膠比 | 砂率（%） | 粉煤灰十石粉（%） | ZB-1RCC15（%） | DH9（%） | 用水量（千克/立方米） | 表觀密度（千克/立方米） | VC值（s） |
1 | 大壩迎水面 | R18020 S10D50 | Ⅱ | 0.50 | 38 | 48.7+9.3 | 0.8/1.0/1.2 | 0.015 | 106 | 2600 | 3~8 |
2 | 大壩內部 | R18015 S2D50 | 準Ⅲ | 0.60 | 34 | 50.5+12.5 | 0.8/1.0/1.5 | 0.015 | 96 | 2650 | 3~8 |
施工實踐表明：在高溫、太陽暴曬或有風的施工條件下，固定碾壓混凝土配合比參數中，調整外加劑ZB-1RCC15摻量是行之有效的、簡潔的技術措施。當溫度大於30℃時，迎水面碾壓混凝土二級配ZB-1RCC15摻1.2%，主壩內部碾壓混凝土準三級配ZB-1RCC15摻1.5%；溫度在25~30℃時，ZB1RCC15摻1.0%；氣溫在11~25℃時，ZB-1RCC15摻0.8%；冬季氣溫低於10℃時，ZB-1RCC15摻0.6%。解決了輝綠岩人工砂高石粉含量碾壓混凝土不同條件下的施工。
六、碾壓混凝土配合比套用效果
（一）百色水利樞紐碾壓混凝土主壩工程採用輝綠岩人工骨料，在中國國內、國外尚屬首次。輝綠岩骨料硬度大、加工難、密度大、表面粗糙，人工砂採用巴馬克乾法生產，由於輝綠岩特性，致使生產的人工砂石粉含量高、級配差，導致輝綠岩骨料拌制的碾壓混凝土用水量大，特別是輝綠岩人工骨料造成碾壓混凝土凝結時間嚴重縮短等問題。
（二）通過大量的試驗研究，提交的混凝土配合比在高溫氣候施工條件下，保持碾壓混凝土配合比參數不變，根據不同溫度條件調整外加劑摻量，在外加劑摻量與VC值的疊加作用下，延長了碾壓混凝土凝結時間，滿足了高溫氣候的碾壓混凝土施工。
（三）輝綠岩人工砂石粉具有填充增強作用，在碾壓混凝土中利用石粉等量替代粉煤灰，減小了碾壓混凝土比表面積，加快液化泛漿、提高了層間結合和可碾性，同時滿足碾壓混凝土強度、抗凍、抗滲、極限拉伸值、靜壓彈性模量以及乾縮性能等設計要求。當石粉含量大於20%且微石粉含量較高時，可以利用石粉等量替代粉煤灰12~20千克/立方米方案，取得了技術經濟效益。
榮譽表彰
2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《石粉摻量對碾壓砼性能影響試驗工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。
