绿色高性能碾压混凝土及其在特高拱坝中的应用

技术领域

本发明涉及碾压混凝土筑坝技术，具体涉及一种绿色高性能碾压混凝土及其在特高拱坝中的应用。

背景技术

碾压混凝土筑坝技术在我国得到迅猛发展，技术达世界领先水平。随着碾压混凝土高拱坝高度记录不断刷新，势必要求碾压混凝土向更高性能化方向发展。

最新《碾压混凝土坝设计规范》(SL314-2018)规定(节选)：坝高大于200m或特别重要的碾压混凝土坝设计，应对枢纽布置、坝体结构和防渗、坝体分缝、坝体材料性能、施工条件、温度控制及防裂措施等进行专门研究。坝体碾压混凝土应满足强度、变形、热学等要求，并应根据坝体的工作条件、环境条件，具有相应的抗渗、抗冻、抗腐蚀、抗冲磨等耐久性性能，且应符合SL654的相关规定。碾压混凝土的配合比应由试验确定。碾压混凝土总胶凝材料用量不宜低于140kg/m

目前我国建成的坝高大于200m的有龙滩碾压混凝土重力坝(一期坝高192.0m已经建成、二期按坝高216.5m设计)、光照碾压混凝土重力坝(坝高200.5m)，在建的有黄登碾压混凝土重力坝(坝高203m)。建成的最高的碾压混凝土拱坝为万家口子(坝高167.5m)，坝高大于200m的碾压混凝土坝的工程实践经验仍比较缺乏。此外，考虑到我国已建坝高大于150m的碾压混凝土拱坝仅一座(万家口子)，因此，对坝高大于150m的碾压混凝土拱坝的坝体应力、横缝或诱导缝灌浆设计、温控设计等关键技术问题也要专门研究。部分国内碾压混凝土坝的混凝土配合比统计为：碾压混凝土标号为R

综上可知，现有的碾压混凝土工程技术，尚无法满足200m级以上特高拱坝碾压混凝土筑坝材料所需的高强度、低热量、高耐久性等特性的要求。

发明内容

本发明提供一种绿色高性能碾压混凝土及其在特高拱坝中的应用，可应用于200m级以上特高拱坝碾压混凝土筑坝材料，该混凝土具有高力学性能、高耐久性能、优良的变形性能、低绝热温升、高施工性能、优越的经济性及良好的环保性。

本发明的技术方案是，一种绿色高性能碾压混凝土，该碾压混凝土为二级配和/或三级配；混凝土力学性能C

进一步地，该混凝土中，按质量比计，减水剂掺量为0.75％，引气剂14/万。

进一步地，该混凝土中含有人工砂，人工砂粒径在5mm以下，粒径0.16mm以下为石粉，人工砂中石粉的含粉率18±2％。

进一步地，二级配时，粉煤灰掺量70％，用水量为70㎏/m

进一步地，三级配时，粉煤灰掺量70％，具体配比为用水量66㎏/m

进一步地，三级配时，粉煤灰掺量75％，具体配比为用水量66㎏/m

进一步地，所述碎石中大石、中石和小石的粒度分别为80～40mm、40～20mm和20～5mm；水泥为中、低热普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；粉煤灰采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰。

进一步地，所述聚羧酸减水剂为超高性能聚羧酸系高性能减水剂，减水率大于35％。

本发明还涉及所述绿色高性能碾压混凝土在特高拱坝中的应用，其中坝高200m级以上。

进一步地，特高拱坝上游防渗层为二级配碾压混凝土；坝体内部采用三级配碾压混凝土；大坝周边、廊道周边及基础垫层相关难以碾压部位采用同部位同水胶比的变态混凝土。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的配方具有超低水胶比，小于现有最低值0.42；水泥掺量小于现有规范50kg/m

2、本发明中粉煤灰掺量70％时，水胶比为0.36时，碾压混凝土强度等级可满足C

3、当粉煤灰掺量70％时，水胶比为0.36，抗渗等级＞W18，抗冻等级>F300；当粉煤灰掺量75％时，水胶比为0.36，抗渗等级＞W17，抗冻等级>F300；满足200m级以上高拱坝高抗渗、高抗冻指标要求且能力有余。

5、高极限拉伸值：当粉煤灰掺量70％时，水胶比0.36碾压混凝土极限拉伸值110.4×10

6、低干缩：该碾压混凝土干缩性能优于传统碾压混凝土，且在早期表现更突出，1～14天早期龄期干缩率是传统碾压混凝土的35～70％，这有利于防止碾压混凝土早期开裂。

7、低绝热温升，同类似强度等级传统碾压混凝土比较，本发明绝热温升低7～10℃；早期(3～7天龄期)放热速率是传统碾压混凝土的33～70％，对大体积碾压混凝土坝温控极为有利。

8、高施工性能适宜的工作度(易于碾压施工)、高缓凝性性(缓凝时间可达10～20小时，适于大仓面、高温天气施工，层间结合良好)、高保塑性(VC值经时损失小)、高粘聚性(粗骨料分离小)、高保水性(水分损失小)等。与传统碾压混凝土相比，适应性更好，保塑性更优，VC值经时损失更小，且无泌水现象。

9、优越的经济性及良好的环保性超掺粉煤灰或其它掺合料、超低水泥用量、温控防裂措施简化、快速筑坝、工期缩短、性能长期稳定维护费用低等，技术经济效益显著；本发明中使用了超高粉煤灰掺量或其它掺合料，“变废为宝”；低水泥用量；温控防裂措施大为简化等，产生的节能减排等生态和环境效益明显。

综上，本发明配合比的特点是三低两高，即超低水胶比、低水用量、低水泥用量、高掺粉煤灰、高掺适量石粉，制备得到的混凝土特点是四高三低，即高施工性能、高力学性能、高耐久性能、高变形性能、低水化热温升、低能耗和低成本。超低水胶比可以使碾压混凝土获得高力学性能、高耐久性能，低水泥用量和高掺粉煤灰可以使碾压混凝土降低水化热温升，从而可以减少温控措施，高掺适量石粉可以改善碾压混凝土和易性，提高施工性能，进而降低能耗，减少成本。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1：该碾压混凝土为2级配混凝土，其配合比中水胶比为0.36，砂率为35％，粉煤灰掺量为70％，减水剂掺量为0.75％，引气剂加入量为14.0/万，含气量为3.0％，VC值为3.5s。

具体地：每立方米混凝土中，水为70kg、水泥为58.3kg，粉煤灰为136.1kg，人工砂767㎏/m

该混凝土中，水泥为42.5Mpa水泥，可选华新水泥(昆明东川)有限公司生产的“堡垒”牌P.LH42.5水泥、粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，减水剂可选江苏苏博特新材料股份有限公司生产的PCA聚羧酸系高性能减水剂(缓凝型)，其减水率＞35％，使用时配置成40％浓度的溶液，引气剂可选江苏苏博特新材料股份有限公司生产的GYQ型引气剂，使用时配置成5％浓度的溶液。

人工砂粒径5mm以下，其中石粉粒径0.16mm以下，含粉率18±2％；大石、中石和小石的粒度分别为80～40mm、40～20mm和20～5mm；水泥为中、低热普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；粉煤灰采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰。砂、石料均以饱和面干状态为基准，使用时须视实测含水率换算使用。

实施例2：

该碾压混凝土为3级配混凝土，其配合比中水胶比为0.36，砂率为31％，粉煤灰掺量为70％，减水剂掺量为0.75％，引气剂加入量为14.0/万，含气量为2.7％，VC值为4.1s。

具体地：每立方米混凝土中，水为66kg、水泥为55.0kg，粉煤灰为128.3kg，人工砂708㎏/m

其余同实施例1。

实施例3：

该碾压混凝土为3级配混凝土，其配合比中水胶比为0.36，砂率为31％，粉煤灰掺量为75％，减水剂掺量为0.75％，引气剂加入量为14.0/万，含气量为3.0％，VC值为4.4s。

具体地：每立方米混凝土中，水为66kg、水泥为45.8kg，粉煤灰为137.5kg，人工砂685㎏/m

其余同实施例1。

上述实施例1～3制备的混凝土检测指标如下表1所示。

表1

溪洛渡水电站为混凝土双曲拱坝，最大坝高278米，坝体采用了常态混凝土，其强度等级为C

从表1的数据与溪洛渡水电站的大坝混凝土技术要求对比可以，本发明实施例1中的碾压混凝土强度等级可满足C

优选的应用方案中，在200m以上特高拱坝中的应用时，特高拱坝上游防渗层为二级配碾压混凝土；坝体内部采用三级配碾压混凝土；大坝周边、廊道周边及基础垫层相关难以碾压部位采用同部位同水胶比的变态混凝土。