高抗冻碾压混凝土层间结合性能研究.pdf

科研 东北水利水 电 2 0 1 5年第 1 0期 【 文章编号 1 0 0 2 -0 6 2 4 ( 2 0 1 5 ) 1 0 -0 0 4 2 -0 2 高抗冻碾压混凝土层间结合性能研究 雷秀玲 ， 李艳萍 ， 黄如卉 ， 李中田 ( 中水东北勘测设计研究有限责任公司， 吉林 长春 1 3 0 0 6 1 ) 【 摘 要】 碾压混凝土层 面不仅是坝体的可能渗流通道 ， 也是明显的抗力薄弱面。 因此碾压混凝 土坝的整体施工质量通常不仅取决于混凝土本身施工质量，还取决于层面的施工质量。文章 主要介 绍寒冷地 区高抗 冻碾 压混凝土层 问结合性能 ， 提 出了给 出工况条件下 ， 高抗 冻碾 压混 凝 土层 同处理材料厦方案 。 【 关键词】碾压混凝土； 高抗冻； 层问结合 【 中图分类号】 T V 4 3 1 文献标识码】 A 1 概述 碾压 混凝土坝层面结合 问题一直是影响碾压 混凝土筑坝技术的关键技术问题之一。碾压混凝土 层面是薄弱面， 层面不但是坝体的可能渗流通道， 也 是明显的抗力薄弱面， 易发生渗漏、 劣化和剪力破 坏等。因此 ， 碾压混凝土坝的宏观整体施工质量通 常不仅取决于混凝土本身的施工质量 ， 还取决于层 面的施工质量 ， 如何提高坝体的施工质量的问题实 际上就是如何提高和控制层面的施工质量的问题。 碾压混凝土的层间允许 间隔时间， 是指连续上 升铺筑时， 从下层混凝土料拌和加水时起至上层混 凝土碾压完毕为止的允许间隔时间 ， 通常应控 制在 初凝时间以内。初凝以前碾压混凝土中胶凝材料 浆体仍处于凝聚结构状态 ， 这种结构具有触变复原 的性质， 在下层碾压混凝土拌和物初凝以前铺筑 It_ 层碾压混凝土， 则在振动碾压作用下 ， 上下层混凝 土的交界面处将出现粗骨料相互嵌入 ， 层面处胶凝 材料浆液使上下层混凝土成为一体。此时， 施工层 面混凝土性能与层内混凝土性能基本无差异， 当下 层碾压混凝土拌和物初凝后延迟一定时间再铺筑 上层混凝土 ， 则延迟 时间越长 ， 施 工层面混凝土与 层内混凝土的性能差异越明显。 42 为解决好层面结合 ，需对结构设计 、施 工工 艺、 材料铺筑时间等方面采取 必要措施。此研究结 合碾压混凝土实际施工过程 中可能存在的层问间 隔时间， 成型混凝土层 问结合试件 ， 进行混凝土抗 剪强度、 抗冻性能 、 室外模拟等试 验 ， 寻找各 工况 条件 下的最优层间处理方式 。 2 方案选择 碾压混凝土层间结合试验选择常规条件下各 项性 能满足 C 9 0 2 0 W6 F 3 0 0指 标 的碾压混 凝土配 合比，在标准养护条件下其初凝时问为 8 1 h ， 终 凝时间为 2 0 3 h 。层间结合试件制备方法为先成 型一半高度的标准试件 ，振捣后在标准养护室放 置 ， 到达拟定 的层 间间隔时间时 ， 对层面进行必要 处理 ，铺设层间处理材料后成型上一半碾压混凝 土。 层问混凝土振捣方法参照 D L T 5 4 3 3 2 0 0 9 ( 水 工碾压混凝土试验规程 进行。 具体层间结合工艺 研究进行如下 3种工况 ： 1 ) 连续碾压。连续碾压的混凝土不涉及到层 问处理的问题， 进行连续碾压混凝土的性能试验， 有利于比对不同层间处理方式对碾压混凝土性能 的影响， 有利于层 间处理措施 的优选 。 2) 超过 初凝 时 间 ， 但 未终 凝 的层 间处理 ( 温 2 0 1 5 年第 l 0 期 东北水利水电 缝 ) 。超过初凝时间， 但未终凝的层面称为温缝， 其 处理方法为在浇筑上层碾压混凝土前，对层面碾 压混凝土进行打毛处理后铺设一层水泥+ 粉煤灰 浆液垫层 ， 垫层厚度为： 0 ， 6 ， 1 0蚴， 第二层混凝 土碾压时间选在初凝后 4 h 进行。 3 ) 超过终凝 ， 层问间隔时间在 2 4 h内的层问 处理( 冷缝 ) 。 超过终凝时间的碾压混凝土层面称为 冷缝。研究针对超过终凝时间但层间间隔时间在 2 4 h内的层问处理方式进行， 层问结合材料为比碾 压混凝土高一标号的水泥砂 浆 ，砂浆厚度为 ： 0 ， 1 5 ， 2 0 c m， 第 二层混凝土选择终凝后 2 h碾压 。 3 研究结果分析 此研究主要从抗剪强度、抗冻性能及室外性 能三方面进行碾压混凝土层问结合性能研究， 研 究结果见表 I 。 裘 1 室内层间结合碾压混凝- I- 抗剪试验研究成果 2 8 d 9 0 d 试 件 类 型氅 号 层 2 丽丽 丽 抗 冻 等 级 l l 皿 连 续 碾 压 j E 层 面l 船 8 2 2 7 4 s 2 O f, I 8 2 3 4 O 4舢 室 c 1 - 0 初 凝 后 ，奘 酣 l j 6 I l l 捌6 1 删 2 i j 3 6 9聊 C I-6 漱。 锯 勰 1680 5 l_4】5 D 1813 9 l埘 7咖 c l - 1 0溅。烂 蔚 埘1 5 l 2 5 7 2 1 7 7 2 T l 1 0 9 F J O 0 Q_ o 层 I 1 8 9 9 1 1 5 5 3 l 洲F 1 o 0 象 - 锄 嗽1552 6 -姗 o t ： 1843 1跚 ( 2 - 2 0 2 0 锄橼1 3 l 腑9 l j 0 6 I l 6跚 a 溉 锯 凇 2272 埘 FJO0 0 1 j 蜮 2 3 6 5 4 2 3 5 9 5 F 3 0 0 3 1 抗剪强度 碾压混凝土抗剪强度较其它强度指标更为设 计、 施工所重视 ， 因为它与大坝的抗滑稳定性直接 相关， 是确定坝体断面尺寸的重要参数之一。 研究 中取坝基应力的6 o N 1 3 8 MP a 作为抗剪试件的 最大法向荷载， 其中 2 8 ， 9 0 d 龄期试验选取的法向 应力分别为最大 法向荷载的 7 0 ， 1 0 0 。 混凝土层问摩擦系数及黏聚力越大，越有利 于混凝土层间的抗滑稳定性。研究过程中发现 3 种工况条件中，连续碾压混凝土抗剪切断面起伏 差最大，初凝后终凝前的碾压混凝土层面骨料部 分嵌入， 结合较好 ， 终凝后层间主要依靠垫层材料 粘接， 骨料互相嵌入较少。 研究结果表明：对于初凝后终凝前碾压混凝 土层面结合， 铺设 6 m m水泥+ 粉煤灰浆液的处理 方案摩擦系数及黏聚力较大；对于终凝后间隔时 间在 2 4 h以内的层面结合 ， 层面铺设 1 5 c m厚的 水泥砂浆抗剪切性能较好。 3 2 抗冻性能 抗冻性能结果显示 ： 1 ) 对层间处 理后 的碾压混凝土试件 抗冻性能 与连续碾压混凝土试件无显著差异 ，均能达到 F 3 0 0 ，说明有层面的碾压混凝土采取合适的层面 处理措施后同样可达到高抗冻性要求。 2 ) 研究发现， 对层间混凝土不采取处理措施时， 在冻融过程中层面是比较容易脱开的部位 ，因此实 际施工中应尽可能在允许时间内铺设上一层碾压混 凝土， 否则应加强混凝土层间处理质量的控制。 3 。 3 室外性能 为验证碾压混凝土层间结合室内研究结果， 项 目研究过程中进行了层间结合碾压混凝土室外性 能试验。间隔时间选择初凝后终凝前、 终凝后但碾 压时间在 2 4 h之内2种工况，上层混凝土铺设时 间、 层面处理同室 内试验。 层间水泥+ 粉煤灰浆液厚 度选为 6 m il l ， 砂浆厚度为 1 5 c m， 成型室外混凝土 板尺寸为 4 5 c rux 4 5 c rux 4 5 c m( 长 高x 宽) o 碾压混凝土层问结合室外试件成型 2 4 h以后 洒水养护至 2 8 d 龄期， 其后在低温、 日晒、 冻融等 自然条件下养护至 9 0 d 龄期。 钻取直径为 1 0 c m 的混凝土芯样进行抗冻性能检测 ，并对芯样包封 处理进行层间结合面的抗剪试验。 从碾压混凝土层间结合室外性能研究结果可 见， 9 0 d 龄期层间混凝土摩擦系数、 黏聚力均大于 室内试验结果 ，芯样抗冻性能满足 F 3 0 0性能要 求。由此可见对初凝后终凝前、 终凝后但间隔时间 ( 下转第4 6页) 4 3 东北水利水电 2 0 1 5年第 l 0期 葚 k 增烈 ji 巨 为1 ) O 取 样 点 概 率 密 度 一 理 论【 州 概 率 密 度函 数 理 论C - a n s h a 概率 密 度 函 数 围 1 I n K增量l 间距为 1 ) 的取样点概率密度与理论 I ， c 吖 稳定 分布及理论 u 嚣 i m 概 率密度 函数的比较 譬 一 l 2 h 1 j( 图 2 宽 度 参 数 C的 估 计 值 与 间 距 h的 拟 合 关 系 尼m统计特征的 In K随机场表现出不同的空间变 异性 ， 其 中 m条件的 I n K取值 范围更 广 ， 空间变 异性更强，能更好地反映地质介质中渗透系数场 呈现急剧变化的强变异性 ；通过验证f L m条件下 的 I n K增量 ( 间距为 1 ) 发现 ： 取样点概率密度分布 符合 I 七 w 稳定分布且宽度参数与增量间距之间 的关系满足仿射不变性。此研究还仅局限于渗透 系数的无条件生成 ， 但在许多实际工作中， 建立在 已知部分观测数据基础上的条件生成 ，及其对地 下污染物迁移的影响值得进一步深入探讨。 参 考 文 献 1 杨金忠， 蔡树英， 伍靖伟 宏观水力传到度及弥散度的 确定方法 I 水科学进展， 2 0 0 2 ， 1 3 ( 2 ) ： 1 7 9 1 8 3 【 2 】 Da g a n GMo d e l s o f g r o u n d wa t e r fl o w i n s t a t is ti c a l l y h o mo g e n e o u s p o rou s f o r m a t i o n s L J J Wa t e r R e s o u r c e s Re s e a r c h I 1 9 7 9 1 5 ( 1 ) ： 4 7 - 6 3 【 3 D i F e d e r i c o V，Ne u ma n S PF l o w in mu l t i s c al e l o g c o n d u c t i v i t y fi e l d s wi m t r u n c a t e d p o we r v a r i o g r a ms Wa t e rRe , o u r R e s 1 9 9 8 ， 3 4 ( 5) ： 9 7 5 9 8 7 4 黄冠华， Z h a n H o n g - b in， 叶自桐 水力传导度空间变异 性的分形模拟研究进展 I 水科学进展， 2 0 0 3 ， 1 4 ( 2 ) ： 2 36-24 1 L 5 j S a u p e D A l g o r i t h ms f o r r a n d o m f r a c t a l s I n ： P e i t g e n H O， S a u p e D ( E ds ) T h e s c i e n c e o f f r a c t a l i m a g e s M Ne w Yor k：S pr i n g e r, 1 98 8 6 Vo s s R F F r a c t a t s in n a t u r e ：F r o m c h a r a c t e r i z a ti o n t 。 s i m u l a t i o n I n ： P e i t g e n H O， S a u p e D ( _E d s ) 。 T h e$ C i C n C C o f f r a c t a l i ma g e s M J Ne w Yo r k： S p r i n g e r , 1 9 8 8 【 7 J L u s L ， Mo l z F J ， L j u H H A n e ff i c i e n t ， t h r e e d i me n s i o n a l ， a ni s o t r o pl c，fra c tio n al Br ownl a n moti on a nd t runc a t e d f r a c tion a l Le vy mo tio n s im u l a t i on g ofit hm ba s e d OD s u c c e s s i , e r a n d o m a d d it i o n s J j C o mp u t e r s &Ge o s c i e n c e s ， 2 0 0 3 。 2 9 ( 1 ) ： 1 5 2 5 【 收稿 日期】 2 0 1 5 0 8 一 O 1 和 和扣和 扣和 - 和 扣和 和扣扣 扣扣和 和 扣 和 和 扣 + 扣 和扣扣 扣和 扣 扣 扣扣 扣扣 扣扣 _ 扣 ( 上接第 4 3 页 ) 在 2 4 h之内2 种情况所采取的层间处理措施对碾 压混凝土施 工是可行的。 4 结语 虽然碾压混凝土层间是混凝土浇筑过程中的 一 个薄弱环节， 但是通过合适的处理方式可以达 到与连续浇筑相当的指标要求。通过该项目研究 4 6 发现 ， 对于初凝后 、 终凝前碾 压混凝 土层面结合 ， 铺设 6 1 T lln水泥+ 粉煤灰浆液层问混凝土抗剪切 强度较高 ，对于终凝后间隔时间在 2 4 h以内的层 面结合， 层面铺设 1 5 c m厚的水泥， 层问混凝土抗 剪切性能较好。 【 收稿 日期】 2 0 1 5 0 2 2 2