碾压式砼重坝施工工艺技术要点王院长.doc

碾压式砼坝施工工艺技术要点

中国水电十五局科研院
王 星 照

重力坝是一种古老坝型，以其体型简朴、便于泄洪和能适应多种地基条件而被广泛采用。在漫长的坝工发展史上，特别是20世纪运用混凝土建坝以来，重力坝起了重要的作用。目前，最高的混凝土重力坝已达成284m高度，三峡混凝土大坝的体积已达1600万m3。
但混凝土坝依靠自重维持稳定，断面不免偏大，材料强度未能充足运用，常规的施工方法使工期较长，造价也常较贵。随着坝高不断增长，拱坝和土石坝成为其强有力的竞争对手。一段时期以来，重力坝在大坝中的比重明显减少。直到20世纪80年代，出现了采用超干硬性混凝土和振动碾压实方式的建坝技术，混凝土重力坝又面临了新的奔腾。这种称为“碾压混凝土重力坝”的新坝型，在施工速度和工程造价上较常规混凝土重力坝有明显优势，所以一出现就在世界各国得到迅速推广。我国发展最为迅速，现已成为碾压混凝土坝最多的国家。更重要的是，我国的碾压混凝土重力坝不仅在数量上，并且在建坝高度和科技发展上均居于世界前列。高达216.5m的龙滩水电站大坝，是迄今为止世界上已建、在建的高碾压混凝土坝之冠。
一、碾压砼坝的重要优点
碾压混凝土坝综合了混凝土坝运营安全和土石坝施工快速的特性。
重要优点有：
1、工期短
碾压混凝土筑坝改变了常态混凝土筑坝用振捣器插入振捣密实的方法，代之以在层面振动碾压，将土石坝大型施工机械用到混凝土坝上，实现快速、大仓面碾压施工。碾压混凝土坝断面尺寸与常态混凝土坝相似，但坝体结构简朴、不设纵缝、不以模板形成横缝，所以浇筑速度比常态混凝土坝大为加快。和土石坝相比，碾压混凝土坝断面小、工程量小，又采用与土石坝相同的施工机械，所以碾压混凝土坝比土石坝工期短。我国岩滩水电站主坝于1989年11月10日发明了10681m3的最高日浇筑强度。我国江垭碾压混凝土坝采用斜层平推铺筑法，仓面面积扩大，施工进度进一步加快。最大仓面面积12023m2，为平层通仓法仓面面积的2.05倍；月浇筑混凝土12万m3，浇筑强度提高1.2倍；碾压混凝土铺筑效率提高1.25～1.43倍。此外，施工工期较原设计的常态混凝土坝方案缩短1年以上。
2、造价低
碾压混凝土和常态混凝土相比，水泥用量少。此外，碾压混凝土坝还节约了模板工程量。根据一些工程估算，节省水泥11%，混凝土单价减少10%左右，从而节约能源和投资；可节约模板费用30%，同时节省了冷却、接缝灌浆费用。坑口坝碾压混凝土单价为同强度常态混凝土单价的88%。天生桥二级碾压混凝土单价为常态混凝土单价的77%。和土石坝相比，碾压混凝土坝体积小、省建筑材料；坝基宽度小，减少了开挖和基础解决范围；施工导流及泄洪建筑物的长度缩短；并且可把泄洪建筑物布置在河床内，不必在河床外另设溢洪道。
二、碾压砼筑坝的类型和方法。
1、目前碾压砼的筑坝方法大体有三种重要类型
（1）日本式的碾压砼筑坝方法，称为RCD（Roller Compacted Dam）
（2）欧美式的碾压砼筑坝方法，称为RCC（Roller Compacted Concrele）
（2）中国式的碾压砼筑坝方法，称为RCCD（Roller Compacted Concrele Dam）
2、中国式碾压砼的筑坝方法：
中国式的碾压砼坝RCCD采用大面积薄层连续浇筑的方法。混凝土摊铺和碾压的层厚一般为30cm，这样可防止骨料分离，压实振动波易传到层底，使每层上下部压实均匀。为保证层间胶结良好，层间允许间隔时间从下层混凝土拌和物拌和加水时起到上层混凝土碾压完毕为止，需控制在混凝土初凝时间以内，层厚和浇筑的仓面面积受此制约。碾压混凝土振动碾压遍数约为6～8遍，连续浇筑3～4层后，宜间歇（2～3）d。通常仅对施工缝和冷缝采用刷毛、冲毛等方法，清除混凝土表面的浮浆和松动骨料，然后进行铺设砂浆层的解决，对于连续筑的碾压混凝土，规定施工层面具有足够的抗渗性和层间胶结强度。此外，碾压混凝土还规定适应重力坝温控的需要。
RCCD混凝土据一些工程实验和原型观测发现，有以下几方面特性：
（1）强度增长缓慢，后期继续增长。这类混凝土水硬化缓慢，所以强度增长也慢。在龄期（28～90）d以后，粉煤灰中的二氧化硅（SiO2）与水泥水硬化产生的硅质水氧化物反映，生成大量水硬化钙硅胶体，充满孔隙，使混凝土更为密实。其后期强度的增长远高于不加粉煤灰的混凝土，90d和180d龄期的抗压强度分别为28d龄期抗压强度的140%～200%和170%～230%，这是有利的。局限性之处是初期强度较低，施工期要加强养护。舟坝水电站大坝砼配合比实验时，90天令期强度是28天抗压强度的132%～151%。
（2）水硬化发热量少，发热缓慢。实际工程观测得到，坝内最大温升约为（10～15）℃，发生在龄期（40～80）d；低温季节浇筑的混凝土最大温升较低，高温季节则较高。由于上述特性，坝内温度分布也较均匀，温度梯度较小，对减少温度应力有利。但是，坝体温度变化对尺寸很大的块体还会使温度应力超过混凝土抗拉强度，需要采用防裂措施。舟坝水电站大坝在365.5高程，5支仪20天令期观测结果是：砼平均温升在10.2℃详见表1。
（3）抗裂性能较好。这种混凝土后期抗拉强度增长比例较抗压强度增长比例大，90d和180d龄期的抗拉强度分别为28d龄期抗拉强度的190%～250%和230%～280%；抗拉强度与抗压强度的比率较高，为0.12～0.14。而混凝土的后期弹模为28d龄期弹模的130%～150%，增长相对较小。抗拉强度增长大而弹模增长小，有助于混凝土抗裂。此外，用水量少，干缩系数也小，也有助于抗裂。
（4）水泥水硬化效率较高。混凝土中粉煤灰用量多，而不超过60%，每公斤水泥能获得的混凝土抗压强度效率较高。实验表白，90d龄期的抗压强度效率可达成（0.3～0.4）Mpa/kg，与普通混凝土相比显著提高。舟坝90d令期的抗压强度效率是（0.23～0.29）Mpa/kg，
（5）RCCD层间接缝做好的话，其胶结性能良好，抗剪强度、弹模和不透水性与碾压混凝土本体接近。这是由于碾压混凝土有足够多的胶凝材料砂浆。初期国外的RCC，胶凝材料砂浆少，混凝土分离，不注意碾压时下卧层混凝土是否初凝，所以层间结合差，发生漏水。RCCD克服了这些缺陷，但层间胶结强度离散性较大，沿层面切向渗透系数往往大于碾压混凝土本体的渗透系数。一般工程采用抗渗性较高，作为防渗体的碾压混凝土，最大骨料粒径为40mm，胶凝材料用量达成（170～180）kg/m3。
RCCD坝的温控标准根据温度应力计算拟定。特别对大型工程，采用有限元法进行温度和徐变应力分析，并由此拟定温度收缩横缝的间距。碾压混凝土后期的徐弹比E（τ）较常态混凝土小得多，90d龄期只有常态混凝土的1/2～1/4。根据分析，碾压混凝土的抗裂能力只有常态混凝土的50%～60%。因此碾压混凝土的基础允许温差限制较严。坝基垫层常态混凝土水化热较高，又受地基约束，必须在低温季节浇筑，减少入仓温度，严禁长期间歇施工，应在一周内覆盖上层碾压混凝土。根据研究工作分析，运用斜层平推铺筑法同时预冷混凝土，并在基础约束区铺以一期水管冷却，有也许实现高碾压混凝土坝的全年施工。
碾压混凝土坝横缝的成缝方法，工程实践表白，切缝机切缝、设立诱导孔或预置隔缝板等方法都可成功地成缝。切缝机切缝有“先碾后切”和“先切后碾”两种方式，通常采用“先切后碾”。成缝面积不少于设计缝面的60%，余下部分待混凝土自然拉裂。填缝材料可用镀锌铁片。有些工程采用化纤编织布织或干砂隔缝。当采用薄层连续铺筑施工时，诱导孔可在混凝土碾压后由人工打钎或风钻进形成，成孔后孔内填塞干砂。当采用间歇式施工时，可在层间间歇时间用风钻钻成。天生桥二级大坝诱导孔钻孔在混凝土具有一定强度（约7d龄期）后进行，孔径90mm，孔距1m，每次孔深3m，分缝控制准确，效果良好。设立隔板时，隔板衔接处间距不大于10cm，隔板高度比压实厚度低（3～5）cm。
三、碾压砼筑坝技术的进展
1、碾压砼坝对气候的适应性好。
碾压砼坝可建在最高气温达43℃地区，也可以建在最低气温达-35℃以下的地区，还可以建在年降水量在（3000～4400）mm的多雨地区，我国的许多碾压砼大坝和国外的一些碾压砼大坝都肯定的说明了这一问题。
2、碾压砼坝的坝高在不断提高
几个典型的碾压砼大坝的建设时间和坝高如下表：
大坝名称
完毕年
坝 高
地 点
河 流
坑 口
1986
56.8
福建大田
屏山溪
铜街子
1990
88.0
四川乐山
大渡河
江 垭
1999
131.0
湖南慈利
娄水河
沙 牌
2023
132.0
四川汶川
草坡河
龙 滩
现在在建
216.5
广西天峨县
红水河
除坝高不断增长外，碾压砼的规模也正在日益扩大，如龙滩碾压砼大坝坝体砼方量达730万m3。到目前为止，在碾压砼筑坝方面，坝高和坝体方量上还在不断发展，似乎尚未达成极限状态。
3、碾压砼筑坝材料的应用技术在提高
初期的碾压混凝土坝多采用低胶凝材料用量的贫浆碾压混凝土，而从目前较为稳定的发展趋势看，当今的碾压混凝土坝多采用高胶凝材料用量的富浆碾压混凝土。RCCD碾压混凝土坝从一开始就采用了高掺粉煤灰，少用水泥，以减少产生水化热，从而缩小温差，防止出现裂缝。根据数年研究结果，和工程实践证明，粉煤灰的掺量可以达成2/3。在使用粉煤灰条件有困难的区，可以采用磷矿渣和磨细的凝灰岩作为掺合料，这种方法已在大朝山碾压混凝土坝成功采用。我国还发现在碾压混凝土拌和时掺用17%的岩粉（d≤0.16mm的颗粒），不仅对强度没有影响，并且增长了混凝土的和易性，改善了工作度。中国碾压混凝土坝的平均胶凝材料用量为173kg/m3。各工程混凝土采用外加剂的实践证明外加剂可以提高碾压混凝土的性能和耐久性，也可以改善砼的施工性能。
4、碾压砼筑坝技术日趋完善
（1）变态混凝土
由于常态混凝土与碾压混凝土的工艺不同，施工时常互相干扰，同时在材料制备、结构分缝、温控等方面也各有不同，增长了出现裂缝的也许性，因此目前在设计施工中尽量减少使用常态混凝土的也许。如基础垫层常态混凝土最佳尽量减薄，并迅速覆盖碾压混凝土；与两岸坝肩、电梯井、通气孔、廊道连接部位过去都用常态混凝土，现在都改用变态混凝土。
所谓变态混凝土（又称改性混凝土），是指那些随着碾压混凝土施工逐层进行，在碾压混凝土摊铺施工中铺洒灰浆，使之增长工作度以便可用插入式振捣棒进行振实的碾压混凝土摊铺层，这种工艺1989年在岩滩围堰工程中一方面采用，1990年先后在荣地广西融水和普定贵州普定碾压混凝坝上游面或止水片附近得到应用。现在这种方法可将碾压混凝土改性，形成平整的外部表面和良好的内部结合面，有效地避免了在紧靠上、下游坝面模板附近及靠近两岸坝肩地段，碾压混凝土不容易被振实的现象出现。
变态混土的浆体掺量为混凝土体积的（4～6）%舟坝经实验加浆量为4%～5%，通常灰浆的水灰比比碾压混凝土水灰比小0.02～0.03，舟坝变态砼的净浆水灰比比砼小0.02。变态混凝土的最大优点是对于靠近坝肩及紧靠上、下游模板的地段不需再用常态混凝土进行浇筑，而仅对碾压混凝土进行铺洒胶浆改性即可。水泥浆可在现场拌制。根据工程实践经验，铺洒灰浆的碾压混凝土的铺层厚度可以与平仓厚度相同，以简化变态混凝土的施工工艺。江垭工程的变态混凝土，经钻孔取样和压水实验研究，具有较好的抗渗性、密实性以及与周边碾压混凝土的良好结合。舟坝碾压实验后对变态区挖开观测，砼结合良好。
（2）碾压混凝土坝的层面解决
碾压混凝土坝的重要特点之一是具有大量的铺筑层面，特别是高坝。若层面解决不善，不仅会影响到坝身的整体强度和防渗效果，对施工进度也有影响，层面抗剪强度过低甚至会影响到大坝安全。碾压混凝土层面是否需要解决及其解决方式，与层面的状态有关，而层面的状态又与很多因素有关，其中最重要的因素是铺筑层之间的间隔时间、碾压混凝土材料的性质、铺筑层的铺筑方法、施工期的环境条件等。层间间隔时间指的是从下层混凝土拌和物拌和加水时起至上层混凝土碾压完毕为止的历时。
连续上升铺筑的碾压混凝土，层间间隔时间控制在直接铺筑允许时间以内。超过直接铺筑允许时间的层面，应先在层面上铺垫一层拌和物，再铺筑上一层碾压混凝土。超过了加垫层铺筑允许时间的层面即为冷缝。直接铺筑允许时间，根据工程结构对层面抗剪能力和结合质量的规定，综合考虑拌和物特性、季节、天气、施工方法、上下游不同区域等因素经实验拟定。不同的坝标准不同，同一个坝在不同条件和不同部位的标准亦有所区别。一般直接铺筑允许时间在正常天气条件下可采用初凝时间或较之稍短些的时间，可以采用贯入阻入仪测拌和物贯入阻力的变化从而判断初凝时间。江垭工程的这两个时间分别规定为6h和24h，施工中实际直接铺筑允许时间采用的是初凝时间，加垫层铺筑允许时间实测最长22h，一般在（18～22）h之间。碾压混凝土筑坝中的施工缝及冷缝是个薄弱环节，往往形成渗漏通道，影响抗滑稳定，必须进行认真解决。缝面解决采用刷毛、冲毛等方法清除混凝土表面的浮浆、污物和松动骨料，增大混凝土表面的粗糙度，以提高层面胶结能力。在解决好的层面上铺垫层拌和物，可保证上下层胶结良好。刷毛、冲毛时间随混凝土配合比、施工季节和机械性能的不同而变化，一般可在初凝以后、终凝之前进行。过早冲毛不仅导致混凝土损失，并且有损混凝土质量。舟坝未加高效缓凝减水剂时，一般初凝在10小时左右，加缓凝高效减水剂后初凝时间在17-18小时。
（3）碾压混凝土坝的斜层平推铺筑法
国内外碾压混凝土坝一般采用水平层通仓铺筑法。采用斜层平推法和台阶法的目的，重要是减小浇筑作业面积和缩短层间间隔时间。施工实践表白，斜层平推铺筑法这种新工艺，可以用较小的浇筑能力覆盖较大面积的坝体浇筑仓面，减小坝体分块面积过小的影响和模板工程量，可进行大面积连续浇筑，因此在减少成本的同时，提高了工效，加快了工程进度，这是突出的优点。斜层平推铺筑与分仓平层铺筑的工艺水平，基本上没有差别。由于斜层平推铺筑法中碾压混凝土的层间间隔时间可大大缩短，显著改善了混凝土层面之间的结合质量，特别合用于碾压混凝土的夏季施工。对于碾压混凝土坝的夏季施工，研究延长混凝土的初凝时间具有现实的意义。夏季在阳光直接照射下，碾压混凝土表面水不是一个问题，层间间隔时间越长，表面失水越严重。采用喷雾保湿的人工气候方法，对于小仓面是可行的，小环境人工气候可减少气温（5～6）℃，仓面面积太大就有困难。采用斜层平推铺筑法，碾压混凝土的层间间隔时间可根据需要调整，一般层间间隔时间为6h。斜层平推铺筑法在不提高铺筑强度的条件下，可大幅度减少层间间隔时间，减小覆盖面积，再加上高效缓凝剂的应用、仓面喷雾保湿等，碾压混凝土的夏季施工这一重大技术课题将被突破。此外，采用斜层平推铺筑法，在高气温环境条件下，由于层面暴露时间短，预冷混凝土的冷量损失也将减小；施工过程碰到降雨时，临时保护的层面面积小，并有助于斜层表面排水，对于雨季施工同样有利。
斜层平推铺筑法于1996年在江垭工程施工中提出并进行工艺性实验，1997年11月在坝体铺筑中开始实行。直到坝体混凝土工程量所有完毕，采用斜层平推铺筑法累积完毕41.6万m3碾压混凝土，斜层坡度达1：10左右。1998年汛期在坝体钻孔取样，取出直径150mm的芯样连续长度619cm，从芯样获得率和抗剪强度来看，斜层平推铺筑法都略优于通仓薄层铺筑法；压水实验成果，斜层平推铺筑法与通仓薄层铺筑法相接近。继江垭工程之后，棉花滩、汾河二库、大朝山等工程的碾压混凝土坝，也采用了斜层平推铺筑法。
四、碾压砼施工的技术要点
1、料场
碾压砼坝工程料场的选择是一个关键环节，一个质量良好，储量丰富，易开采的料场，将是工程顺利施工的保证项目之一，因此必须通过严密的勘查、复查，进行系统地物理力学性能实验和经济比较，对的地选择料场。
2、碾压砼的原材料
原材料的选择是碾压砼施工的又一个关键环节。
重力坝碾压混凝土是长龄期设计的大体积混凝土，原材料尽也许选用热量低、弹模低、收缩小等品质优良的原材料，然而，配制满足工程技术规定且经济的混凝土，并不是非使用品质最优良的原材料不可。碾压混凝土所用的原材料必须满足技术规定。原材料通过对的、合理的配合，可以制得价格便宜、技术合理的碾压混凝土。如舟坝水电站碾压砼大坝，水泥采用了键为县宝马水泥厂的水泥，并非国家定点大水泥厂生产的水泥；粉煤灰采用了键为县电力集团股份有限公司硅酸盐制品厂生产的键牌水排磨细II级粉煤灰，也取得了良好的效果，节约资金近500万元，且方便施工。
（1）水泥：
碾压混凝土中使用的水泥对混凝土的性能影响很大，其重要技术指标应符合现行国家标准。从原则上说，凡合用于水工常态混凝土使用的水泥均可用于配制碾压混凝土。但根据工程的重要性及混凝土所处工程部位的不同，所用的水泥应当有所区别。水泥矿物成分中的铝酸三钙C3A发热量最高、收缩大；硅酸三钙C3S次之；硅酸二钙C3S的发热量最低。使用C2S含量多而C3A和C3S含量少的水泥品种，可以减少混凝土的发热量，提高混凝土的抗裂性能。水泥品种及强度等级应根据以下两方面进行选择：一方面是结构物碾压混凝土强度规定及龄期；另一方面是碾压混凝土所处工程部位的运营条件（如抗冲磨、抗冻融），或克制某些有害物质反映（如骨料的碱活性反映、水中有害物质的侵蚀）等特殊规定。大体积重要建筑物的内部碾压碾压混凝土，可使用新标准强度等级为42.5或32.5（相称于原标准标号为525号或425号）的低热（或中热）硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，并掺适量的掺合料，碾压混凝土多掺用较大比例的粉煤灰，故已建水工碾压混凝土工程，大多使用425号或525号普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。
也有使用矿渣硅酸盐水泥的，如葛州坝船闸左导墙基础及清江隔河岩水电站围堰曾使用了425号矿渣硅酸盐大坝水泥，沙牌、舟坝水电站碾压砼大坝用的水泥，业主在签定的水泥供货协议中就对水泥的矿物成份提出了专门的规定，以减少水泥水化热。
（2）骨料
A、粗骨料
粗骨料必须洁净，质地坚硬，具有合适的粒形和良好的级配，不含过多的有害物质。
碾压混凝土是一种超干硬性的混凝土，多采用自卸卡车运送入仓。根据工程情况及施工条件，选择合适的粗骨料最大粒径，对减少施工过程中的骨料分离、减少胶凝材料用量是故意义的。同常态混凝土同样，增大粗骨料最大粒径，可以减少粗骨料的空隙率，从而减少砂浆和胶凝材料用量。但随着粗骨料最大粒径的增大，混凝土拌和物分离严重。现场实验和工程施工结果表白，当骨料最大粒径超过80mm时，施工过程中粗骨料分离严重。使用最大粒径为40mm或更小的粗骨料时，分离现象明显减轻，但必须相应增长砂浆用量，胶凝材料需用量也随之增多，这将给温度控制带来困难。
使用砾石可以减小空隙率，在相同砂浆用量情况下可以获得工作度较小的拌和物。但施工实践表白，用碎石拌制的碾压混凝土，在出机和卸料过程中分离的限度较轻。粗骨料中针片状颗粒所占比例过大，不仅空隙率大并且用振动碾碾压时，这些颗粒易于破碎及排列成水平状态，砂浆难以包裹与填充。因此，针片状颗粒应加以限制。良好的粗骨料级配对减少碾压混凝土的胶凝材料用量、改善混凝土的性能均是有效的。人工石灰岩骨料配制的混凝土具有热膨胀系数低、弹性模量低的特点，有助于大体积混凝土的热学和变形性能。混凝土工程一般不使用间断级配的粗骨料，由于间断的级配混凝土的抗分离能力差。粗骨料各粒级的比例，可依粗骨料振实容重最大（即空隙率最小）的大、中、小粗骨料比例为4：3：3。当比例为3：4：3时，粗骨料的振实容重稍小，但用此比例配制的拌和物抗分离通能力较强。所以我国已建不少工程选用粗骨料比例为大石：中石：小石=3：4：3。骨料级配的选择还应从实际出发，考虑料场中骨料的天然级配情况，力求取得生产与使用之间的平衡，以达成经济的目的。舟坝三级配碾压砼大、中、小级配比例为35：30：35，二级配级配比例为1：1。
B、细骨料
碾压混凝土使用的细骨料的品质规定与常态混凝土所用的细骨料基本相同。细骨料应洁净，不含过多的有机杂质和有害物质，质地坚硬，级配良好。人工砂细度模数宜在2.2～2.9之间，天然砂细度模数以2.0～3.0较为适宜，应严格控制超径颗粒含量。使用细度模数小于2.0的天然砂，应通过实验论证。细骨料的颗粒级配和颗粒形状对碾压混凝土的性能有较大的影响。带有棱角的砂，特别是含扁片形颗粒较多或级配不良砂料，其空隙率较大。一般混凝土用砂的空隙率为40%～45%。级配良好的砂料空隙率可减小到40%以下。采用空隙率大的砂料配制的混凝土需用较多的胶凝材料。砂中微细颗粒的石粉指d≤0.16mm的颗粒。对碾压混凝土的性能有不可忽视的影响。非塑性到低塑性石粉掺用于碾压混凝土中能取得良好的效果。
根据一些工程的经验，细骨料中具有一定量的非塑性～低塑性石粉，可以改善拌和物的工作性，增进混凝土的密实性、抗渗性，提高混凝土的强度，改善施工层面的胶结性能，减少胶凝材料用量等。在细骨料中，石粉的最大允许含量，随着石粉性质的不同有较大的变化。DL/T5112—2023《水工碾压混凝土施工规范》规定，石粉含量宜控制在10%～22%，最佳石粉含量应通过实验拟定。天然砂的含泥量（d≤0.08mm）应不大于5%。必须指出，砂中所含石粉在混凝土拌和过程中应当是能分散的，不应以团块的形式存在，石粉的存在也不应过多地增大拌和物的需水量。由于拌和过程中成团的石粉会被水泥裹住，在混凝土中形成非胶结性的块体，导致混凝土强度的减少，增大混凝土的干缩，减少混凝土的耐久性。碾压混凝土的工作度对用水量的变化特别敏感，因此，对砂料含水量（特别是当石粉含量较高时）的检测和控制应予以足够的重视。
（3）掺合料
碾压混凝土中的水泥用量规定尽也许减少。但是，为了满足施工对拌和物工作度及坝体设计对混凝土提出的技术性能规定，碾压混凝土的水泥用量又不宜过少。这就存在着予盾，解决矛盾的可行而有效的方法是在混凝土中掺用掺合料。
碾压混凝土中的掺合料一般应当是具有活性的。它可以是粉煤灰、粒化高炉矿渣，也可以是火山灰或其他火山灰质材料。这些掺合料经收集或加工，其细度与水泥细度属同一数量级，掺至混凝土中对改善拌合物的工作性起到与水泥相似的作用。此外，这些掺合料具有潜在的活性，能与水泥的不化产物——氢氧化钙发生二次水化反映，生成具有胶结性能的稳定的水化产物，从而对改善硬化混凝土的技术性能起重要的作用。掺用掺合料的碾压混凝土，后期强度增长率大，长龄期强度高，抗渗性能及变形性能等随龄期的延长明显增长。混凝土的绝热温升低，由于掺合料的水化发热量比水泥低得多。
碾压混凝土施工中使用的掺合料多为粉煤灰，也有使用火山灰及凝灰岩的。
（4）外加剂
碾压砼粉煤灰掺量比较大，有些也许高达60%～65%，（舟坝水电站二级配砼粉煤灰掺量45%，二级配粉煤灰掺量55%）粉煤灰对外加剂有一定的吸附作用，使外加剂的性能减少，特别是对引气剂的吸附作用更为明显。同种引气剂，在常态砼中掺0.5/万时引气量可达4%，但在碾压砼中，有时掺到（2-3）/千才干产生4%的含气量。碾压砼有层间结合和间隔时间限制，掺用引水剂时一定要掺高效缓凝减水剂，有的文献和工程经验介绍用复合外加剂效果较好，但就舟坝工程情况看，还应是单纯型外加剂双掺效果好。
3、砼配合比实验
在碾压砼工程中，配合比实验是关系到工程可以顺利施工，关系到工程施工质量的一项十分重要的工作，一个好的配合比，既能满足设计技术指标，又能有良好的可碾性，抗离析，VC值易控制，层间结合好等性能，也可以节约资金，加快施工进度，配合比实验是碾压砼工程一项比较核心的技术工作。
（1）配合比设计的基本规定和原则
碾压混凝土是一种超干硬性的混凝土。但是，仅将常态混凝土拌和物的流动性减小至振动碾可以碾压施工的范围，不一定能获得良好的碾压混凝土。碾压混凝土筑坝的薄层连续铺筑方法及拌和物的超干硬性，使碾压混凝土配合比设计具有如下的特点。
A、中档高度的重力坝一般情况下坝体不设立冷却水管。我国高碾压混凝土坝夏季施工中采用高强聚乙烯管进行一期冷却，减少最高温升；由于连续铺筑，通过混凝土顶面散发的热量减少；薄层铺筑施工时，由于预冷混凝土的温度回升增大等因素，设计必须考虑配制出的混凝土既满足规定的强度及耐久性等指标，又满足绝热温升的限值。因此，尽也许使用较低的水泥量并掺用较大比例的掺合料。
B、由于超干硬性、松散拌和物的易分离特性，配合比设计中应控制粗骨料最大粒径、最大粒径骨料和各级骨料之间的合理比例，适当加大砂率，以避免施工过程中出现严重的分离与不密实现象。
C、配合比设计中一般应考虑在混凝土中掺用外加剂。
D、若将碾压混凝土拌和物视为类似土料的物质，而用土料压或击实方法拟定其最优单位用水量时，还应考虑硬化后混凝土性能与水胶比直接相关的一面。
E、最终的配合比一般需通过现场碾压实验拟定。
（2）碾压砼配合比设计研究要注意的几个方面
碾压砼配合比设计要注意以下几个方面
A、尽量少用水泥多掺粉煤灰，以节省费用，减少水化发热量，并用足量的胶凝材料砂浆，提高层面的抗渗性和抗剪强度；
B、控制水灰比，减少用水量，保持合适的初凝时间，使混凝土有足够的强度和良好的层间胶结性能；
C、为使超干硬性的碾压混凝土获得较好的压实性能，要适当增长稠度，减少VC值；
D、避免浇筑时的骨料分离，最大骨料粒径应较小，一般采用80mm，粗骨料用三级配，即（80～40）mm、（40～20）mm、（20～5）mm，其配比约为30：40：30；
E、砂的细度模数为2.0～3.0，砂率为28%～35%。根据大量实验室和现场实验研究，并经实际工程检查，碾压混凝土材料的最优用水量W宜在（80～95）kg/m3之间，从材料的抗渗性和耐久性规定出发，水胶比W/（C+F）不宜过大，一般为0.5～0.6，胶凝材料C+F用量通常在（150～160）kg/m3之间，其中纯硅酸盐水泥C为（55～65）kg/m3，粉煤灰F为（85～95）kg/m3，灰胶比F/（C+F）为50%～60%，掺用减水剂或缓凝减水剂，并掺用10%～22%的粒径小于0.16mm的石粉，以改善混凝土的可碾性和提高其密实性。VC值一般控制在5～12S范围内，以适应施工的气温变化、初凝时间不均衡、日照等各种因素的影响。我国新颁发的DL5108—1999《混凝土重力坝设计规范》规定：碾压混凝土的总胶凝材料用量不宜低于150kg/m3，最低水泥熟料用量不宜低于55kg/m3，胶凝材料中活性掺合料所占的比例，外部混凝土中不宜超过总胶凝材料的45%，内部混凝土中宜占总胶凝材料的50%～60%；水胶比宜在0.5～0.6.
（3）配合比原材料的规定
混凝土中各种原材料的品质对碾压混凝土的各项技术性质都有一定的影响。因此，在进行配合比设计时，必须预先检查工程所用原材料的品质，结合实际施工条件，设计出最合适的配合比。
（4）舟坝水电站大坝碾压砼配合比
舟坝水电站大坝施工用碾压砼配合比如表2

舟坝碾压混凝土施工用配合比
表2
设计强度
C9020
C9015
浆液
级 配
二
三
二
配制强度（MPa）
23.4
17.9
23.4
水泥牌号和强度等级
石马牌专用P.O32.5水泥
粉煤灰牌号及等级
键牌
II
东电II
宾元I
键牌II
东电II
宾元I
键牌II
粉煤灰掺量（%）
45
55
40
水胶比
0.50
0.50
0.45
0.50
0.50
0.50
0.48
砂率（%）
36
36
36
34
34
34
——
每方
混凝
土材
料用
量
（kg/m3）
水
102
104
94
92
100
80
571
水 泥
112
114
115
83
90
72
715
粉煤灰
92
94
94
101
110
88
476
砂 子
754
752
755
722
714
734
——
石子
（mm）
5～20
670
668
671
491
485
499
——
20～40
670
668
671
421
416
428
——
40～80
——
——
——
491
485
499
——
GK-5A高效减
水剂（0.6%）
1.224
1.248
1.254
1.104
1.200
0.960
7.146
GK-9A引气剂（0.06%）
0.122
0.125
0.125
0.110
0.120
0.096
——
备 注
变态混凝土的浆液掺加量为每方混凝土加浆液90公升

二级配碾压、变态砼实验配合比及性能实验结果表
水泥牌号及强度等级
天山水泥厂生产的“天山”P.O42.5
粉煤灰牌号
玛纳斯电厂Ⅰ级灰
外加剂厂家
新疆五杰化工公司PMS高效缓凝减水剂、PMS-NEA3引气剂
混凝土种类
碾压不掺粉
碾压掺粉
变态不掺粉
变态掺粉
分区编号
Ⅰ-1
Ⅰ-2
Ⅰ-1
Ⅰ-2
Ⅰ-1
Ⅰ-2
Ⅰ-1
Ⅰ-2
实验编号
01
02
03
04
05
06
07
08
混凝土部位
R18020
F300
R18020
F100
R18020
F300
R18020
F100
R18020
F300
R18020
F100
R18020
F300
R18020
F100
水胶比
0.45
0.47
0.45
0.47
0.45
0.47
0.45
0.47
砂率（%）
35
36
35
36
35
36
35
36
每方砼
原材料
用 量
（kg/m3）
水
96
95
96
95
96
93
96
93
水泥
128.0
101.0
128.0
101.0
128.0
99.0
128.0
99.0
粉煤灰（%）
85.3/40
101.1/50
85.3/40
101.1/50
85.3/40
98.0/50
85.3/40
98.9/50
砂
714.2
739.0
678.9
709.4
707.2
741.3
678.9
711.6
石粉（%）
0
0
28.3/4
29.6/4
0
0
28.3/4
29.7/4
碎石（mm）
5—20
530.6
525.6
525.4
525.6
525.4
527.1
525.4
527.1
20—40
795.9
788.3
788.1
788.3
788.1
790.7
788.1
790.7
减水剂（%）
1.92/0.9
2.02/1.0
1.92/0.9
2.02/1.0
2.13/1.0
1.97/1.0
2.13/1.0
1.97/1.0
引气剂（/万）
0.213/10
0.141/7
0.213/10
0.141/7
0.158/8
0.118/6
0.158/8
0.118/6
加浆量（%）
/
/
/
/
6
5
6
5
实测密度（kg/m3）
2311
2330
2322
2315
2321
2317
2300
2321
VC值（s）、塌落度(cm)
2
3
2
3
2.7
3.1
2..0
2.6
实测含气量（%）
6.0
5.0
5.4
4.7
5.6
5.2
5.8
5.3
7天抗压强度（MPa）
10.0
10.9
13.2
10.0
13.9
11.0
11.5
8.9
28天抗压强度（MPa）
17.7
19.0
21.0
16.7
28.7
22.1
26.8
20.9
90天抗压强度（MPa）
23.9
22.0
28.1
21.8
38.1
26.4
33.0
32.4
180天抗压强度（MPa）
32.6
29.0
32.0
29.5
42.3
30.7
38.6
37.2
7天劈裂抗拉强度（MPa）
0.7
0.6
1.1
0.6
1.4
0.9
1.2
1.3
28天劈裂抗拉强度（MPa）
1.5
1.2
1.7
1.3
2.6
1.8
2.5
2.2
90天劈裂抗拉强度（MPa）
2.2
1.6
2.1
1.9
3.1
2.4
3.1
3.6
180天劈裂抗拉强度（MPa）
1.8
1.9
2.7
2.5
3.2
2.8
√
2.9
28天静力抗压弹模（GPa）
27.84
24.41
√
√
√
√
√
√
90天静力抗压弹模（GPa）
33.66
31.01
34.67
26.84
39.18
27.88
25.8
23.9
180天静力抗压弹模（GPa）
34.77
36.20
√
√
√
√
√
√
28天轴心抗压强度（MPa）
10.6
14.3
√
√
√
√
√
√
90天轴心抗压强度（Mpa）
24.4
22.2
27.5
18.9
20.4
19.8
21.1
20.9
180天轴心抗压强度（MPa）
20.0
29.0
√
√
√
√
√
√
90天极限拉伸值（×10-4）
0.82
0.80
0.82
0.79
0.88
0.79
0.85
0.83
180天极限拉伸值（×10-4）

90天抗渗W10
W=27
W=26
√
√
W=27
W=29
√
√
180天抗渗W10

三级配碾压、变态砼实验配合比及性能实验结果表
水泥牌号及强度等级
天山水泥厂生产的“天山”P.O42.5、抗硫酸盐水泥P.HSR42.5（垫层混凝土）
粉煤灰牌号
玛纳斯电厂Ⅰ级灰
外加剂厂家
新疆五杰化工公司PMS高效缓凝减水剂、PMS-NEA3引气剂
混凝土种类
碾压不掺粉
碾压掺粉
变态不掺粉
变态掺粉
分区编号
Ⅱ-1
Ⅲ
Ⅱ-1
Ⅲ
Ⅱ-1
Ⅱ-1
实验编号
09
10
11
12
13
14
混凝土部位
R18020F200W6
外部砼
R9020F100W8
垫层砼
R18020F200W6
外部砼
R9020F100 W8 W8 W8 W8 W8 W8W8
垫层砼
R18020F200W6
外部砼
R18020F200W6
外部砼
水胶比
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
砂率（%）
32
32
32
32
32
32
每方砼
原材料
用 量
（kg/m3）
水
88
92
88
93
88
88
水泥
97.8
143.1
97.8
144.7
97.8
97.8
粉煤灰
97.8/50
61.3/30
97.8/50
62/30
97.8/50
97.8/50
砂
677.2
673.2
623.0
618.3
677.2
623.0
石粉
0
0
54.2/8
53.8/8
0
54.2/8
碎石（mm）
5—20
431.8
429.1
431.8
428.5
4