第一章　概述及RCC的主要應(yīng)用

　　第一節(jié)　概述

　　1.1 引言：

　　近年來，大摻量粉煤灰碾壓混凝土（High Volume Fly Ash Running Compacted Concrete 簡稱HVFARCC）已經(jīng)日趨發(fā)展成熟，并逐步在我國的橋梁、道路、水利、港口等工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

　　從HVFARCC的發(fā)展來看，二十世紀(jì)七十年代問世的水工碾壓混凝土筑壩技術(shù)和減水劑尤其是高效減水劑的普及是促進(jìn)HVFARCC應(yīng)用技術(shù)快速發(fā)展的兩個最主要的因素。

　　從開發(fā)HVFARCC的意義來看，它將普通混凝土、粉煤灰、和環(huán)保型低水泥用量混凝土的概念加以有機(jī)的結(jié)合，對于拓展三者的涵義，走新型建材、綠色建材的道路，具有重要意義。

從HVFARCC的效益來看，對于粉煤灰應(yīng)用技術(shù)的提高，綜合利用效益的提高，供需雙方經(jīng)濟(jì)效益的提高，環(huán)境保護(hù)力度的提高等方面均有顯著效果，粉煤灰混凝土不僅能節(jié)約水泥，還減少了細(xì)骨料，從而降低了混凝土成本，具有一定經(jīng)濟(jì)效益，同時利用粉煤灰，可減少占地面積，可改善環(huán)境污染，因此，具有一定的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會三重效益。

　　因此，HVFARCC的開發(fā)，是一條走“可持續(xù)發(fā)展”之路，走“綠色建材”之路的新型環(huán)?；炷恋募夹g(shù)路線的體現(xiàn)。為節(jié)約能源，改善環(huán)境和控制污染，高效消納工業(yè)廢渣走出了一條面面俱佳的新路。

　　1.2 定義

　　大摻量粉煤灰碾壓混凝土（HVFARCC）碾壓混凝土是和其他混凝土一樣，也是有水泥、摻和料、砂石、骨料、外加劑和水等材料組成，但各成分所占比例同常態(tài)混凝土有較大差別。目前，我國的摻和料主要是粉煤灰。大多數(shù)文獻(xiàn)認(rèn)為HVFARCC的含義，是根據(jù)我國幾十年來在混凝土中粉煤灰取代水泥率15%左右而談的，即粉煤灰取代水泥率30%以上（含30%）配制的碾壓混凝土可稱為HVFARCC；但很多國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程都將粉煤灰摻量為40%做為上限，故本文根據(jù)我國經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣把粉煤灰含量在30%以上的定義為HVFARCC。

　　1.3 HVFARCC存在的問題

　　目前我國碾壓混凝土存在的主要問題是：

　?。?）碾壓混凝土拌和物的凝結(jié)特性適應(yīng)工程建設(shè)要求的問題。

　　碾壓混凝土中摻用大量的摻和材料,而且一般都摻如入緩凝劑，因此，碾壓混凝土的初凝時間都比常態(tài)混凝土要長。

　?。?）進(jìn)一步降低碾壓混凝土的絕熱溫升問題。

　　碾壓混凝土膠凝材料水化熱溫峰的推遲以及碾壓混凝土壩的連續(xù)鋪筑施工，使得碾壓混凝土壩利用表面散熱的效果極其有限。甚至沒有效果或出現(xiàn)溫度倒灌現(xiàn)象。如何進(jìn)一步降低碾壓混凝土的絕熱溫升問題是碾壓混凝土進(jìn)一步推廣的需要。

　?。?）劣質(zhì)摻和材料的利用及替代材料的使用問題。

　　目前，我國碾壓混凝土中的摻和材料品種比較單一，除了云南大朝山壩以凝灰?guī)r及磷礦渣的混合物作為摻和材料外，其他碾壓混凝土均使用粉煤灰。對所用的粉煤灰一般的質(zhì)量要求都要符合《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》DL/T5055——1996。在實(shí)際上都采用二級以上的，很少使用三級及其低于三級的。粉煤灰摻和料的替代品也是目前研究的熱點(diǎn)。

　　（4）碾壓混凝土的長齡期性能與耐久性問題。

　　低水泥用量、高粉煤灰摻量碾壓混凝土的早期強(qiáng)度較低，但隨著齡期的增長，強(qiáng)度得到發(fā)展，其他各種性能也有所變化。由于碾壓混凝土的發(fā)展僅僅二十多年，這種齡期較長的混凝土更長齡期的性能會是如何？這是一個很值得研究的問題。

　　綜合以上所述，本實(shí)驗(yàn)主要探討：進(jìn)一步增大水膠比、粉煤灰摻量的碾壓凝土的性能，主要是對它的抗壓強(qiáng)度性能的研究，即：在高水膠比、高粉煤灰摻量這種情況下，究竟強(qiáng)度低到哪種程度，來給它以量化。通過這種方法，以期達(dá)到降低混凝土內(nèi)部的絕熱溫升；還主要討論這種低強(qiáng)度下它的利用價值之所在。并提出一些體會見解。

　　1.4 研究的現(xiàn)狀

　　HVFARCC對水泥、骨料無特殊的要求，基本與普通混凝土相同，為了配制性能良好的碾壓混凝土，HVFARCC需摻用高效減水劑。為使混凝土的拌和物具有一定的含氣量，改善混凝土的流動性，一般在摻高效減水劑的同時還要摻引氣劑。如果有較高早期或后期強(qiáng)度要求的還需要加入相應(yīng)的激發(fā)劑。

　　一些文獻(xiàn)認(rèn)為大摻量粉煤灰混凝土與普通混凝土在原材料方面最大的差別是要摻大量的粉煤灰。英國的Dunstan認(rèn)為，不是粉煤灰的質(zhì)量，而是其質(zhì)量的變異性才是最重要的。高摻量、低質(zhì)量粉煤灰可以配制出性能良好的碾壓混凝土，只要其質(zhì)量的變異性不是十分顯著。加拿大的Malhotra用了美國8種高粉煤灰摻量、大水膠比配制了的碾壓混凝土，抗壓強(qiáng)度性能僅僅是我國現(xiàn)行規(guī)范的二級或三級標(biāo)準(zhǔn)。

　　更多文獻(xiàn)認(rèn)為，高粉煤灰摻量的碾壓混凝土，粉煤灰對其強(qiáng)度的增長沒有多大作用，更多的是為了利用粉煤灰的防滲作用。故在我國，大多是：在水膠比（一般小于0.4）很小時才摻用高粉煤灰，在大水膠比（一般在0.4~0.7之間）時摻用不超過30%的粉煤灰，也就是低粉煤灰用量。

　　還有文獻(xiàn)認(rèn)為，在碾壓混凝土中保證膠凝性的前提下，摻用大量的低質(zhì)量粉煤灰，可以大大改善混凝土的抗侵蝕性。

　　部分文獻(xiàn)認(rèn)為，HVFARCC中粉煤灰的細(xì)度對混凝土的流動性和強(qiáng)度有著較為顯著的影響，粉煤灰的細(xì)度較細(xì)時，混凝土的流動性和強(qiáng)度都有所提高。

　　第二節(jié) RCC的主要工程應(yīng)用及歷程

　　2.1 早期的RCC的發(fā)展

　　碾壓混凝土是近幾十年發(fā)展起來的一種新型混凝土。它具有獨(dú)特的性能，未凝固前碾壓混凝土的性能與常規(guī)混凝土的性能完全不同，而凝固后有與常規(guī)混凝土的性能非常相近。

　　碾壓混凝土是將土石方施工機(jī)械容量大、速度快、大面積作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)和混凝土強(qiáng)度高、耐久性強(qiáng)的特點(diǎn)融合到一體，從而達(dá)到快速經(jīng)濟(jì)施工的目的。

　　為了使土石方施工機(jī)械能在混凝土面上作業(yè)，碾壓混凝土稠度又要很干，干到足以使推土機(jī)，振動碾、自卸汽車不下陷。碾壓混凝土比工業(yè)民用建筑上的干硬性混凝土還要干，是一種坍落度為零的超干硬性混凝土。用維勃儀來進(jìn)行測定即：碾壓混凝土在一定頻率的維勃儀上震動，達(dá)到液化所需要的時間，定義為碾壓混凝土的稠度，又稱碾壓混凝土的工作度即VC值，單位為：秒（S）。從工藝學(xué)角度，經(jīng)過振動碾碾壓的混凝土，只有壓實(shí)到接近密實(shí)容重，才具有結(jié)構(gòu)設(shè)計所要求的強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性。

　　據(jù)各國資料統(tǒng)計，碾壓混凝土施工方法最多用于大壩工程和公路工程，經(jīng)驗(yàn)證明也是最經(jīng)濟(jì)的方法。

　　2.2 RCC用于筑壩的發(fā)展

　　碾壓混凝土用于筑壩的思想是在1970年和972年美國工程基金會在美國加利福尼亞州阿斯勞瑪爾召開的兩次會議上提出的。在“碾壓混凝土快速施工”第一次會議上，拉菲爾（J．Ｍ．Ｒaphael）教授提出“最佳條件重力壩”論文。他是根據(jù)我國臺灣石門壩圍堰采用水泥砂礫土材料修筑的經(jīng)驗(yàn)提出來的，該圍堰高?。叮得祝怯猛翂?LABEL class=lb onclick=g(’施工’);>施工機(jī)械填筑和壓實(shí)。他提出了基于水泥土理論及應(yīng)用的許多觀點(diǎn)。他建議使用高效率、大容量的土石方運(yùn)輸機(jī)械和壓實(shí)機(jī)械施工，并用水泥、砂礫石混合料作為筑壩材料。他還認(rèn)為，水泥固結(jié)砂礫石材料的抗剪強(qiáng)度較高，從而可以壩的斷面比典型的土石壩較小；因此使用類似于土石壩施工的連續(xù)澆筑的方法，與傳統(tǒng)的混凝土壩施工方法相比，能縮短施工時間并減少施工費(fèi)用等。更重要的是能使工程提前產(chǎn)生效益。1972年，在阿斯勞瑪爾召開的“混凝土壩經(jīng)濟(jì)施工”會議上，美國天納西流域管理局的羅伯特康農(nóng)（Rober W.Cannon）發(fā)表了題為《用土料壓實(shí)方法建造混凝土壩》的論文，進(jìn)一步發(fā)展了拉菲爾的設(shè)想?？缔r(nóng)介紹了在泰斯.福特（Tims Ford）壩實(shí)驗(yàn)塊上，無坍落度的貧混凝土用自卸車運(yùn)輸、前端裝載機(jī)鋪筑，振動碾壓實(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。1973年，在第十一屆國際大壩會議上，莫法特（A.I.B.Moffat）宣讀了題為《適用于重力壩施工的干貧混凝土研究》的論文。他推薦將早在20世紀(jì)50年代英國路基上使用的干貧混凝土用于修筑混凝土壩，用筑路機(jī)械將其壓實(shí)。他預(yù)計，壩高在40米以上的壩，將造價降低15%。

　　碾壓混凝土用于筑壩，于1960~1961年期間在我國臺灣省石門壩的心墻上曾用過。但對于碾壓混凝土壩的發(fā)展產(chǎn)生過重要影響的是巴基斯坦塔貝拉（Tarbela）壩的遂洞修復(fù)工程。1974年，該壩的泄洪遂洞出口被洪水沖垮，修復(fù)工作必須在春季融雪之前完成，于是采用碾壓混凝土進(jìn)行修復(fù)。在42天時間里鋪筑了35萬立方米碾壓混混凝土。舉世矚目的三峽工程三期碾壓混凝土圍堰工程自2002年12月16日施工以來，創(chuàng)造了5項(xiàng)世界紀(jì)錄：澆筑倉面面積世界最大，最大倉面達(dá)到19012平方米；月澆筑強(qiáng)度47．6萬立方米；碾壓混凝土日澆筑、班澆筑、小時澆筑量分別達(dá)到21066立方米、7438．5立方米、1278立方米，分別刷新了世界紀(jì)錄。這有力的證明了碾壓混凝土施工的快速性和我國在碾壓混凝土施工方面技術(shù)的先進(jìn)性凝土，日平均鋪筑量8300余立方米，最大日鋪筑強(qiáng)度達(dá)1.8萬立方米。

　　碾壓混凝土筑壩從概念的形成到成為現(xiàn)實(shí)，僅僅用了不足十年的時間。1980年，第一座碾壓混凝土壩——日本島地川（Shimajgawa）壩誕生。該壩高89米，上下游面用3米厚的常態(tài)混凝土做防滲或保護(hù)面層，壩體內(nèi)部碾壓混凝土中膠凝材料用量為120千克每立方米，其中粉煤灰占30%。1982年，美國建成世界上第一座全碾壓混凝土重力壩——柳溪（Willow Creek）壩。該壩高52米，壩軸線長543米，不設(shè)縱橫縫。壩體上游面碾壓混凝土水泥用量為104千克每立方米，下游面碾壓混凝土膠凝材料用量為151千克每立方米，其中粉煤灰47千克每立方米，壩體內(nèi)部碾壓混凝土膠凝材料用量僅為66千克每立方米，其中粉煤灰占19千克每立方米。該壩采用30厘米厚的薄層連續(xù)澆筑上升方法，在17個星期里完成33.1萬立方米碾壓混凝土的鋪筑，比常態(tài)混凝土重力壩縮短工期1~1.5年，造價僅相當(dāng)于常規(guī)混凝土重力壩的40%、堆石壩的60%左右。柳溪（Willow Creek）壩的建設(shè)，充分顯示了碾壓混凝土壩所具有的施工快速和經(jīng)濟(jì)的巨大優(yōu)勢。它的建成極大的推動了碾壓混凝土筑壩在世界各國的迅速發(fā)展。

　　表0-1 我國已/在建主要碾壓混凝土壩

序號	壩名	所在省	壩高（m）	壩型	建成年份
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24	坑口 龍門灘 天生橋二級 馬回 潘家口下庫 銅街子 萬安 巖灘 水口 水東 觀音閣 北龍灘 石漫灘 石板水 紅坡 江埡 龍首 沙牌 回龍上庫 回龍下庫 流坡 龍灘 毛壩關(guān) 魚簡河	福建 福建 廣西、貴州 四川 河北 四川 江西 廣西 福建 福建 遼寧 廣西 河南 重慶 云南 湖南 甘肅 四川 河南 河南 安徽 廣西 陜西 貴州	56.8 57.5 61.7 27 25 88 68.0 111.0 100.0 63.0 82.0 28.0 40.0 83.0 55.2 128.0 80.0 129.0 54.0 53.5 101.0 216.5 61.0 81.0	重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力壩 重力拱壩 重力壩 雙曲拱壩 重力拱壩 重力壩 重力壩 雙曲拱壩 重力壩 重力拱壩 雙曲拱壩	1986 1989 1989 1989 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2003 在建 在建 在建 在建

　　這項(xiàng)筑壩新技術(shù)很快引起了我國壩工界的重視。經(jīng)過一年多的技術(shù)準(zhǔn)備，1979年開始實(shí)驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)，1980年和1981年先后在四川省龔咀水電站的混凝土路面和預(yù)制構(gòu)件場進(jìn)行了現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)。1983年又在福建廈門機(jī)場工地進(jìn)行室外大型碾壓試驗(yàn)，此次試驗(yàn)中，根據(jù)試驗(yàn)新結(jié)果，將混凝土膠凝材料提高到152千克每立方米，其中摻用了50%的粉煤灰?；炷恋目赡胄悦黠@得到改善，密實(shí)性、均勻性大有提高，抗壓強(qiáng)度普遍達(dá)到了設(shè)計要求，有的試件強(qiáng)度達(dá)到了24MP。

　　經(jīng)過近20年的研究和建設(shè)實(shí)踐，我國已經(jīng)形成適合國情的碾壓混凝土設(shè)計規(guī)范、碾壓混凝土試驗(yàn)規(guī)程、碾壓混凝土施工規(guī)范及驗(yàn)收規(guī)程等文件。碾壓混凝土壩的壩型已從重力壩逐漸擴(kuò)展到重力拱壩和薄拱壩。已建成的普定壩是當(dāng)時世界上已建成的最高碾壓混凝土重力拱壩；已建成的沙牌壩是目前世界上已建成的最高碾壓混凝土重力拱壩；已建成的龍首壩是目前世界上已建成的最高碾壓混凝土薄拱壩;正在建的龍灘壩是當(dāng)今世界上最高的碾壓混凝土重力拱壩；我國的碾壓混凝土筑壩技術(shù)已被世界同行專家認(rèn)為具有世界領(lǐng)先水平。

　　2.3 碾壓混凝土筑壩的特點(diǎn)

　　碾壓混凝土是由水泥、摻和料、水、砂、石子、及外加劑等六種材料組成。我過碾壓混凝土由于摻用較大比例的摻和材料，故一般使用強(qiáng)度不低于32.5 MPa的普通硅酸鹽水泥。為了適應(yīng)碾壓施工，碾壓混凝土拌和物屬于超干硬拌和物。拌和物粘聚性較差，施工