堆石混凝土研究现状综述.pdf

山 西 水 利 富 堆 石 混 凝 土 研 夯 坝 状 综 述 隋毓俭 ( 山西泽城西安水电有限公司， 山西 太原0 3 0 0 0 2 ) 论坛 2 0 1 1 年第 8 期 摘要 堆石混凝土作为一种新型的混凝土工程施工技术，有力地推动了中小型水利工程及大体积混凝土施 工技术的发展。介绍了堆石混凝土的优势、 填充性能、 力学性能、 防渗性能以及结构性能， 以为相关研究提供 参考。 关键词 堆石混凝土； 填充性能； 力学性能； 防渗性能； 结构性能； 工程材料 中图分类号 T V 4 3 1 文献标识码 c 文章编号 1 0 0 4 7 0 4 2 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 5 7 0 2 1 概 况 堆石混凝土施工是近年来混凝 土工程施工 的一 项新技术， 属清华大学的专利。堆石混凝土由自密实 混凝土和堆石体两部分组成。堆石混凝土已在水利、 电力 、 公路 、 铁路 、 市政 、 港 口、 能源等领域的大体积混 凝土工程中得到应用。2 0 0 8 年 4月， 由水利部国际合 作与科技司组织成果鉴定： “ 堆石混凝土技术具有完 全 的 自主知识产权 ， 属 于原创性 的新技术 ， 堆石混凝 土技术的成功应用必将有力推动我国中小型水利工 程及其他大体积混凝土施工技术的发展， 堆石混凝土 技术具有 良好的应用前景 。” 在大体积混凝土施工时， 采用堆石混凝土工艺施 工可不采取温度控制措施 ， 主要原因有 ： 一是堆石混 凝土单方水泥用量比传统混凝土少得多， 堆石混凝土 中堆石体占6 0 ， 而 自密实混凝土只占4 0 ， 单方水 泥用量 1 0 0 k g 左右， 减少了混凝土水化热， 且比传统 混凝土造价低得多； 二是堆石混凝土 6 0 的堆石体吸 收大量 自密实混凝土发生水化反应时释放的水化热， 有效降低了混凝 土内部温度 ； 三是 自密实混凝土 中粉 煤灰掺量较多， 约占水泥用量的 7 0 ， 可减少 自密实 混凝土自身的水化热。 堆石混凝土在施 工时与传统 混凝 土相 比减少 了 振捣工序 ， 既节约 了浇筑时间 ， 也节省了劳动力。堆石 混凝土不同于传统的块石混凝土， 传统的块石混凝土 是先混凝土人仓再抛石人仓 ，或者两者 同时人仓 ， 而 堆石混凝土是先堆石 、 后灌注混凝土 ， 且堆石厚度在 1 2 1 5 m间， 降低了施工难度。 堆石混凝土适用于建筑物基础 、 水工大坝等大体 积混凝土工程， 特别是石料储存丰富、 开采方便的地 区更适宜采用堆石混凝土。 堆石混凝土施工工艺原理是， 当混凝土模板安装 就绪后， 将块石用机械或人工堆至 1 2 1 5 m高度后， 进行 自密实混凝土灌注。由于 自密实混凝土具有高流 动度、 不离析、 均匀稳定 ， 浇筑时依靠 自重流动， 无需 振捣而达到密实的优点 ， 当 自密实混凝土依靠 自重均 匀地填充到堆石体的空隙， 与堆石体凝结硬化后形成 新 的混凝土体 ， 即堆石混凝土。 2 优点 堆石混凝土由于其独特的施工工艺， 使得其比常 规混凝土具有显著的工程和经济优势： 一是施工过程 简单， 最大限度地降低了混凝土浇筑仓面的施工人员 和机械工作量 ，使得现场控制管理更加简便易行 ； 二 是避免 了混凝土振捣密实的过程 ， 消除了人为不利 因 素干扰， 施工质量和稳定性更容易保证； 三是施工工 艺流畅，能大幅提高大仓面素混凝土的施工效率； 四 是使用大量的块石作为原材料 ，大大降低了经济成 本； 五是单位堆石混凝土的水泥含量很少， 因此水化 温升小、 温控简单； 六是具有大块岩石稳定堆积构成 的骨架 ， 体积稳定性优 良、 收缩小 ； 七是可减少或免除 凿毛工序 ， 提高施工速度 ； 八是在施工过程中能源消 耗低、 环境负荷小， 更加绿色环保。 3 研究现状 堆石混凝土技术发展至今 ， 已通过各种实验室试 验和现场工程试验验证， 自 密实混凝土可以很好地填 充堆石体间的孔隙形成致密结构， 硬化后的堆石混凝 土具有很好 的力学性能和耐久性能。 生 旦团 S HANXI W A l E R RE S OU RCE S 3 1 填 充性 能 在有机玻璃模具 中进行堆石混凝土填充试验 ， 通 、过表面观察可以清楚地看到自密实混凝土在堆石体 中形成从浇筑点向外扩展的斜面。 新浇筑自密实混凝 土沿斜面向前推进，能够很好地填充堆石体孔隙， 形 成完好的堆石混凝土块体。根据相关资料可知， 自 密 实混凝土从堆石体断面上所有的空隙中流出， 表明其 在堆石体的三维空隙中具有良好的通过性能。 3 2 力学性能 对浇筑成形的堆石混凝土试件进行弯曲试验后 的破坏断面可以清楚地看到 自密实混凝土能够很好 地填充堆石体的内部空间， 没有发现明显的孔隙。自 密实混凝土自身的 1 0 m m骨料分布均匀， 弯曲加载形 成的破坏断面较为平整， 穿过该截面的堆石块体均被 拉断，表明白密实混凝土与堆石骨料问的黏结很好 ， 没有在骨料表面产生泌水现象 。 施工过程中由于浇筑层厚的限制， 会在堆石混凝 土中存在施工冲热缝，形成堆石混凝土中的薄弱面。 通过试验模拟实际施工过程， 试样中包含此薄弱面， 对试件进行轴心抗压试验，其平均强度为 2 2 0 M P a ， 而充 填堆 石所使 用 的 S C C的 2 8 d实 际强 度 为 l 7 2 M P a ，表明堆石混凝土强度高于充填堆石所使用 的自密实混凝土强度， 或至少不低于自密实混凝土强 度， 堆石混凝土中自密实混凝土和石块之间具有 良好 的胶结能力。 ( 上接第 4 l页) 3 _ 3 抗渗性能 从堆石混凝土试件 的普通部位 、 热缝部位 和冷缝 部位切割取样， 并按照 承重混凝土试验规程 中的相 关试验方法进行抗渗I生 能检测。 对于普通部位和热缝 处的堆石混凝土而言，其抗渗等级能够达到 W3 0以 上， 远远超出了一般水工结构物的标准， 即使是抗渗 相对薄弱的冷缝处， 其抗渗等级也达到了 W1 4 ， 也能 满足一般要求， 表明填充良好的堆石混凝土具有优良 的抗渗性能。 3 4 结 构性 能 为 了研究堆石混凝土的结构性能 ， 通过试验将堆 石混凝土技术应用于梁构件中， 研究其配筋结构的抗 弯和抗剪承载力， 分别浇筑两种配筋状况相同的堆石 混凝土梁和自密实混箍土梁。根据相关试验结果 ， 堆 石混凝土梁的剪切承载力及弯拉承载力均略高于自 密实混凝土梁。主要原因是梁发生剪切破坏时， 裂缝 发展中遇到大骨料时会绕过骨料， 从而使主裂缝的面 积增加， 同时增加骨料间的咬合力， 所以在 自密实混 凝土强度等级相同的情况下必然会导致梁的剪切承 载力和弯拉承载力提高。因此， 堆石混凝土可以替代 自密实混凝土用于实际结构中。 作者简介 隋毓俭( 1 9 5 7 一 ) ， 男， 1 9 8 1 年毕业于太原工学 院农 田水利工程专业， 工程师。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 1 0 ； 修回日期 2 0 1 1 - 0 7 1 3 表 1 主厂房柱问支撑设计变更前后工程量及投资对照表 项 目 批复 的数量 变更后的数量 拆除砖砌体， m ， 8 0 2 3 - 3 凿 除混凝土 m3 7 9 1 2 现浇 C 2 5钢筋混凝土梁 、 柱 m3 l 】 2 3 6 种植钢筋( 胶锚杆 q b 2 0 ) 根 l 5 4 4 6 4 上柱型钢( 柱间支撑及埋件) l 7 - 3 3 O 下柱型钢( 柱间支撑及埋件) t 4 3 3 - 3 水平压杆型钢 t 2 7 钢筋制安 t l 3 5 O 6 柱间钢支撑防腐面积， m 3 5 8 1 9 2 新旧混凝土接合界面剂， k g 4 2 5 锚栓( 单根长 1 2 m ) 根 3 2 塑钢窗 ( 洞 口 5 mx 1 8 m) 1 2扇 m2 1 2 6 投资 万元 3 7 8 8 l 1 9 6 柱间支撑的埋件因无法预埋 ， 设计采用粘钢法将 埋件粘在现有厂房边柱侧壁 ，并采用胶锚栓 固定钢 板 。胶粘剂采用改性环氧胶粘剂 。 按 8 度设防烈度设计的下柱支撑 ， 埋件设置在底 部， 因现有结构没有埋设底部埋件的条件， 在主厂房 内的第五跨和第十跨设置水平压梁 ，断面尺寸为 6 0 0minx 3 0 0mm。 5 结语 综上所述 ，本次主厂房柱问支撑设计变更后 ， 由 于厂房内下柱支撑高度比厂房外降低 ， 且柱顶水平压 杆无法安装。加之， 上柱支撑高度大幅降低及上柱支 撑由“ X ” 型变更为“ 人” 字型， 由于取消了在厂房外加 设钢筋混凝土柱及圈梁等原 因， 主厂房抗震加 固项 目 核减投资 2 5 9 2 万元。 作者简介 李永红( 1 9 8 5 一) ， 男， 2 0 0 8年毕业于太原理工 大学水利水电工程专业， 助理工程师。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 1 3 ； 修回日期 2 0 1 1 - 0 7 1 6