三级配常态混凝土代替埋石混凝土的可行性

三级配常态混凝土代替埋石混凝土的可行性

埋石混凝土的施工质量是保证坝体质量的前提条件；其施工进度的快慢是直接制约坝体能否达到预定节点目标的决定性因素。为了加快施工进度，保证大坝工程质量，建议将坝体埋石混凝土改为三级配混凝土，在此之前结合工程实际做了大量的调查研究工作，并得到了一定成果。本报告从水泥用量和施工进度、施工质量方面说明埋石混凝土改为三级配混凝土的的可行性和必要性。
一、从水泥用量说明埋石混凝土改为三级配混凝土的的可行性和必要性。
已有的施工资料表明实际施工中埋石混凝土的埋石率一般为15~20%左右，很难达到25%。从理论上看，埋石混凝土要求具有更大的坍落度和更高的砂率以保证埋石需要的流动度，考虑由于增加坍落度和砂率而增加用水量，埋石混凝土水泥用量也随之增加，增值可达20 kg/m3。一般情况下，三级配混凝土用水量比二级配混凝土少近20 kg/m3，水泥用量减少30kg/m3左右。若按照20%的埋石率考虑，三级配普通混凝土与二级配埋石混凝土单位水泥用量相当或更低，即使按25%的埋石率计算，三级配普通混凝土较二级配埋石混凝土单方水泥用量增加不足10kg，若对三级配混凝土采取增加减水剂掺量等措施，两者水泥用量可望持平。为验证以上观点，进行了相关试验。
试验使用工程现场现有原材料基本情况如下：
水 泥：德宏州盈江县水泥厂生产的“芒桑牌”普通硅酸盐PO32.5级水泥，经检测，其各项指标均满足GB175-1999的要求。2004年的试验资料表明，该水泥28天抗压强度界于35.5~41.5MPa之间。
减水剂：昆明越洋经贸有限责任公司生产的JC505-KW型缓凝高效减水剂，其减水率界于18.0~21.0之间，试验掺量为0.6%。
引气剂：山西万荣县永红外加剂厂生产的Con-A，其减水率界于6.0~8.0之间，试验掺量0.3/万左右。
河 砂：当地产，细度模数2.1~2.2，2.5~5.0mm颗粒含量较少。
人工砂：下游金龙砂石料厂生产粗骨料时分离出的弃料，细度模数2.7左右，其0.16mm以下颗粒含量接近20%。
粗骨料：下游金龙砂石料厂生产，分为D20、D40、D80三个粒径级。
在试验室进行的该工程配合比试验结果表明，联掺高效减水剂和引气剂并控制混凝土拌和物含气量在3%左右时，水灰比为0.60的二级配普通混凝土单位用水量133kg/m3，水泥用量222kg/m3，混凝土28天抗压强度20.5MPa，能够满足该混凝土的技术要求。使用0.60的水灰比进行相关混凝土的试拌，试验结果如下表：
序号 级配 水灰比 砂率(%) 砂中人工砂掺量(%) JC505-KW掺量(%) Con-A掺量(/万) 用水量(kg/m3) 水泥用量(kg/m3) 坍落度(mm) 抗压强度(MPa)
7d 28d
1 二 0.60 33 0 0.6 0.3 133 222 6.4 15.8 20.5
2 二 0.60 35 0 0.6 0.3 145 242 9.4 待报 待报
3 二 0.60 35 50 0.6 0.3 145 242 9.7 待报 待报
4 三 0.60 27 0 0.6 0.3 115 192 6.0 14.2 20.0
试拌配合比的坍落度要求如下：内部大体积普通混凝土按吊罐入仓考虑，出机口坍落度应为50~70mm；为满足埋石的需要流动性，埋石混凝土入仓坍落度应达到70~90mm，考虑坍落度损失，出机口坍落度应达到80~100mm，并增加2%左右的砂率以保证混凝土拌和物具有较好的和易性。试拌配合比的用水量通过试拌得到。
从试验结果看：
1．同为二级配的埋石混凝土与普通混凝土相比，用水量增加12kg/m3，水泥用量增加20kg/m3，单位水泥用量将达到242kg/m3。
2．按20%的埋石率计算，埋石混凝土中单位水泥用量194kg/m3；按25%的埋石率计算，埋石混凝土中单位水泥用量182kg/m3。
3．三级配普通混凝土单位水泥用量192kg/m3，与二级配普通混凝土相比，混凝土单位用水量减少18kg/m3，水泥用量减少30kg/m3。
4．混凝土掺入石粉后，混凝土拌和物的和易性得到改善，但单位用水量没有明显降低。
故三级配普通混凝土与20%埋石率的埋石混凝土单位水泥用量相当或更低，若将减水剂的掺量适当提高，其用水量减少，单方水泥用量还可降低5~10kg，可与25%埋石率的埋石混凝土单位水泥用量持平。使用三级配普通混凝土替代二级配埋石混凝土不会增加温控的难度。
二、制约埋石混凝土施工进度和质量的主要因素
1、埋石的材质要求
为了满足规范要求：埋石单重不小于25kg；质地坚硬、新鲜无裂纹或剥层，剔除板岩和千枚岩。数量上各施工点很少能满足要求的；人工拣集成堆后，再用反铲或装载机装车运至施工现场，因施工场地等客观因素，埋石堆放场地占地多，施工时再运至仓号。石块的表观不能完全满足规范要求，用水冲洗，局部难以冲洗干净（不可能每块石头单独冲洗），石块上若有钙膜或苔藓，仅靠冲洗根本解决不了问题，只能用钢刷刷洗干净，处理相当困难，加之机械倒运次数较多，石块造成二次或多次污染；石块相互碰撞很容易破碎、产生裂纹或剥层，造成石块的二次或多次冲洗处理；为了保证同一层埋石厚度大致平整，还需人工对石块按大小、厚薄加以分类；根据施工过的其他类似埋石混凝土工程，每人每天仅能处理2立方米合格的石块；费时费工，工效极低。
埋石混凝土要求埋石干净、无苔藓和泥污等，从某种程度上来说，不能保证埋石完全干净；埋石入仓前规范要求保持湿润，即饱和面干，但具体施工中很难控制埋石的干湿；埋石过湿，将水分带入仓内，增大了混凝土塌落度，混凝土强度降低；埋石干燥，将吸取混凝土中水分，降低混凝土坍落度，造成混凝土均质性较差并且容易产生坝体裂缝，同时埋石与混凝土接触部位形成一个薄弱面，消弱了埋石混凝土强度和坝体的整体性。
2、埋石混凝土技术要求
埋石混凝土除了对材料本身有严格要求外，其施工技术有着更严格要求，为了保证入仓石块不砸坏新浇筑的埋石混凝土，石块必须放置在新浇的仓号附近，或新浇仓号内，但埋石自由落入新浇仓号高度不超过0.5m，无论采取哪种方法，都需要人工将埋石均匀摆放到位，且保证埋石平稳、错缝、凹面向上（避免形成空洞），之后再保证混凝土振捣密实；；规范要求块石单重不小于25kg，大部分石块需两人或多人抬到新浇混凝土面上；人工摆石、抬石和搬石费时费力，劳动强度大，工效极低、只能通过增加工作面作业人数，来提高施工进度，工作面作业人数增加后，又因作业面狭小，彼此相互影响，造成施工干扰及窝工，产生诸多的安全隐患。
根据类似工程的经验，每班（8小时）30人配一台高架门机和一台8t汽车吊，埋石混凝土班产量最高为60m3。工程即使施工组织得当，最大班产量也超不过80立，每天三班，每班生产按50立计算，每月仅有4500立产量，远远不能达到节点目标要求。
在埋石施工时，为了保证埋石混凝土施工的连续性，根据施工现场的实际情况，必须有一台塔吊专门解决埋石的垂直运输问题，埋石运输和摆放占埋石混凝土施工的时间三分之二左右，在此段时间内，吊车无法从事其他作业面的吊装工作；而受施工场地狭窄和经济等客观条件限制，无法再安装更多台塔吊用来从事埋石混凝土以外其他作业面的施工作业，从而导致其他作业面本来可以使用吊车作业的施工，不得不采用人工方法倒运，如钢筋、模板等吊装，工效明显降低，埋石混凝土严重影响常态混凝土正常施工。
埋石运输和摆放占埋石混凝土施工的时间三分之二左右，在施工速度上明显缓慢，为了保证混凝土不初凝，施工仓号要比常态混凝土小，由此坝体需要增加较多的水平施工缝或垂直施工缝，破坏坝体整体性能，增加模板安拆及毛面处理工程量。
3、其他因素
埋石混凝土坍落度要求在9～11cm，坍落度低于9cm时，埋石极为困难；采用皮带机运输混凝土入仓，而适合皮带机运输混凝土的坍落度应为5～7cm，故混凝土由于坍落度不满足皮带机运输。
三、采用三级配混凝土主要优点
1、三级配混凝土质量控制方法较埋石混凝土简单；三级配混凝土施工均质性较埋石混凝土更优越。
2、采用三级配混凝土施工工艺较埋石混凝土简单，运输手段得到简化，施工进度容易得到保证，因而施工质量也容易保证。
总之，无论从施工进度、施工技术、质量保证，内部温控等各方面三级配混凝土均优于埋石混凝土