第一章碾压混凝土坝基本知识1．1碾压混凝土坝发展概况1975年，美国陆军工程团在巴基斯坦的塔贝拉坝泄洪隧洞的修复工程中，首次采用了未经筛洗的砂砾石加少量水泥拌和混凝土，经振动碾压，修复被冲毁的部位。

在42d内浇筑了35万m混凝土，显示了碾压混凝上快速施工的巨大潜力。

1981年3月，日本建成了世界上：的第一座碾压混凝土重力坝——高89m的岛地川坝，1982年美国接着建成了世界上第一座全碾压混凝土坝——高52m的柳溪坝，此后碾压混凝土筑坝技术便在世界各国获得广泛应用，发展十分迅速。

截至1998年底，世界上已建和在建坝高超过15m的碾压混凝土坝有210多座，其中坝高在100m以上的有24座，约占10％。

我国于1978年开始进行碾压混凝土筑坝技术的研究，1979年的龚嘴水电站第一次进行了碾压混凝土野外实验，1984年采用碾压混凝土建成了铜街子水电站左岸牛石溪沟1号坝，1986年，在福建坑口建成了我国第一座碾压混凝土坝，坝高57m。

到2005年底，我国已建、在建的碾压混凝土坝已有近100座，其中坝高超过100m的有23座，均在世界上排名首位。

我国在建的广西红水河龙滩大坝是目前世界上最高的碾压混凝土坝，坝高216．5m，碾压混凝土方量达480万m3。

已建成的四川沅江沙牌碾压混凝土拱坝的最大坝高为132．0m，是世界上最高的碾压混凝土拱坝。

表1—1为我国部分已建、在建碾压混凝土坝(坝高50m以上)统计表。

此外，我国在将碾压混凝土用于临时性工程即围堰工程方面，也取得较大成就。

如隔河岩、水口、五强溪、三峡、大朝山、龙滩等大型水利枢纽工程，都采用碾压混凝土围堰进行施工导流，发挥了巨大作用。

目前我国已建的碾压混凝土围堰有21座。

表1—2为我国部分已建的碾压混凝土围堰统计表。

第二章碾压混凝土的组成材料碾压混凝土是由水泥，掺合料、水、砂、石子及外加剂等六种材料组成。

水泥和掺合料又统称胶凝材料。

碾压混凝土的形成机理与常态混凝土相同：胶凝材料与水混合形成胶凝材料浆；胶凝材料浆包裹砂子颗粒，填充砂子间的空隙，并与砂子一起形成砂浆；砂浆则包裹石子颗粒并填充石子间的空隙，再加上外加剂，便形成了碾压混凝土结构体。

在碾压混凝土拌和物中，胶凝材料浆在砂石颗粒间起“润滑”作用，使拌和物具有施工所要求的工作度。

硬化后的胶凝材料浆体把骨科牢固地胶结成整体。

碾压混凝土中的骨料构成混凝土的“骨架”，并一定程度地改善混凝土的某些性能(如减少混凝土的体积变形，降低混凝土的温升等)。

外加剂的作用是，改善碾压混凝土拌和物的工作性能，提高碾压混凝土的抗冻、抗裂和抗渗等性能；是必不可少的组成材料。

这些原材料的性质在很大程度上影响着碾压混凝土的性能，特别是胶凝材料的选择、外加剂的选用、粉煤灰的应用技术等，对碾压混凝土的和易性和施工质量会产生很大的影响。

为了保证碾压混凝土具有良好的技术性能，并降低工程造价，必须了解各种原材料的特性，对其进行合理地选择。

2．1 水泥水泥是碾压混凝土组成材料中的一个重要部分，对碾压混凝土的力学和物理性能具有决定性的作用。

2．1．1 水泥品种凡是硅酸盐系列的水泥都可用于配制碾压混凝土，包括硅酸盐水泥(含中热硅酸盐水泥)、普通水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等。

水泥品种的选择，应根据工程设计要求通过试验进行。

大体积碾压混凝土宜采用中、低热水泥。

当工程有特殊要求时，可采用专用水泥。

此外，碾压混凝土施工所用水泥，宜定厂、定品种供应，不宜在施工过程中更换水泥厂家和水泥品种。

2．1．2水泥的强度等级碾压混凝土所用水泥的强度等级不宜低于32．5MPa。

过去曾规定，大体积重要建筑物，内部的碾压棍凝土，应使用标号不低于425号的低热(或中热)硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，并掺适量的掺合料。

一般建筑物及临时建筑物内部的碾压混凝土，且混凝土设计强度较低时，可使用掺有混合材料的325号或425号水泥。

实际上，我国近年建成的大型碾压混凝土工程，如江垭、大朝山、蔺河口、石门子、龙滩等碾压混凝土坝和三峡RCC围堰都是使用的525号水泥。

2．1．3 质量要求除了有特殊要求的水泥外，碾压混凝土使用的水泥质量要求与用于常态混凝土的水泥相同。

2．2掺合料为了节约水泥，改善碾压混凝土性能，降低水化热温升，在碾压混凝土中可掺入一些矿物质磨细料，称为掺合料。

2．2．1 掺合料的作用及分类为适应碾压混凝土的连续、快速施工，必须解决大体积混凝土施工水化热问题。

从施工工艺角度考虑，在混凝土中设置冷却水管以降低内部水化热的方法虽然可行，但不适合碾压混凝土快速施工的要求，因此仅有少数工程采用。

从混凝土配合比的角度考虑，混凝土应尽可能降低水泥用量。

然而，为了满足施工对工作度及结构设计对混凝土提出的技术性能要求，水泥用量又不能过少。

解决这种矛盾可行有效的方法是在混凝土中掺用混合材料，用以代替部分水泥，而粉煤灰等掺合料就可以起到这种作用，在胶凝材料中使用粉煤灰还可以改善混凝土的耐久性能。

碾压混凝土中的掺合料一般是具有活性的。

它可以是粉煤灰、粒化高炉矿渣，也可以是火山灰或其他火山灰质材料。

这些掺合料经收集或加工，其细度与水泥细度属同一数量级，掺到混凝土中对改善拌和物的工作性起到与水泥相似的作用。

此外，这些掺合料具有潜在的活性，能与水泥的水化产物——氢氧化钙发生二次水化反应，生成具有胶结性能的稳定的水化产物，从而对改善硬化混凝土的技术性能起重要的作用。

掺用掺合料的碾压混凝土，后期强度增长率大，长龄期强度高，抗渗性能及变形性能等随龄期的延长明显增长。

碾压混凝土的绝热温升低，因为掺合料的水化发热量比水泥低得多。

因此，国内外碾压混凝土工程绝大多数都掺用掺合料。

掺合料按其性能分活性和非活性两类；按其形成分为天然、人工和工业废料三大类。

(1)粒化高炉矿渣、磷矿渣、火山灰质混合料、粉煤灰均可与水泥化析出的氢氧化钙产生作用，称为活性掺合料，其余为非活性掺合料。

(2)天然掺合料有火山灰、凝灰岩、硅藻土、沸石岩等。

2．2．2掺合料的选择国内外碾压混凝土施工中使用的掺合料多为粉煤灰，也有使用火山灰及凝灰岩的。

在混凝土中掺加矿物掺合料，是混凝土技术发展和应用进入高科技时代的象征；而粉煤灰作为矿物掺合料，具有明显的优点：其作为工业废料，量大，价廉，不需(或稍进行)加工即可满足混凝土矿物掺合料的要求。

因此，近十几年来，大量的粉煤灰被应用于混凝ii程中，特别是在水利水电工程中，几乎没有不掺粉煤灰的大坝混凝土。

而碾压混凝土工程中粉煤灰的掺量通常比常态混凝土大，三峡工程三期碾压混凝土围堰工程中粉煤灰的掺量达50％以上。

根据掺加粉煤灰的目的和混凝土性能的要求，可对粉煤灰的级别进行选择，一般来说，作为大型混凝土工程，混凝土强度作为第一设计指标，其他性能如热力学性能、耐久性能均作为设计的基本指标，因此，I级粉煤灰的应用是比较广泛的。

在混凝土中掺入粉煤灰，第三章碾压混凝土的主要技术性质3．1 鼹压混凝土拌和物的性质3．1．1 碾压混凝土拌和物的工作性碾压混凝土拌和物的工作性包括工作度、可塑性、稳定性及易密性。

工作性较好的碾压混凝土拌和物，应具有与施工设备及施工环境条件(气温、相对湿度等)相适应的工作度。

较好的可塑性是指碾压混凝土拌和物在一定外力的作用下，能产生适当的塑性变形。

较好的稳定性是指在施上过程中碾压混凝土拌和物不易发生分离。

较好的和易性则是指碾压混凝土拌和物在振动碾等施工压实机械作用下易于密实并充满模板。

碾压混凝土的特定施工方法要求其拌和物必须具有适当的工作度，既能承受住振动碾在上行走不陷落，也不能拌和物因过于干硬使振动碾难以碾压密实。

由于碾压混凝土拌和物是一种超干硬性拌和物，坍落度为零，因此无法用坍落度试验宋测定其工作度。

用常规的VB试验也难以测定碾压混凝土拌和物的工作度。

目前工程界多采用对Ⅷ试验改进后所形成的VC试验方法来测定碾压混凝土拌和物的工作度。

1．VC值的测定VC试验的原理，就是在一定振动条件下，碾压混凝土拌和物的液化有一个临界时间，达到此临界时间后混凝土迅速液化，这个时间可间接表示碾压混凝土的工作度，工程上也称VC值。

VC值用维勃稠度仪测定，图3-1为维勃稠度仪示意图。

用维勃稠度仪测vC值的操作过程为：先按照规定方法把碾压混凝土拌和物装入坍落度筒，提起坍落度筒后，再依次把透明圆盘、滑杆及配重砝码加到拌和物表面。

再松动滑杆紧固螺栓，开动振动台同时记时，记下从振动开始到圆压板周边全部出现水泥浆所需的时间，并以两次测值的平均值作为拌和物的稠度(VC 值)，单位为s。

我国碾压混凝土施工规范规定VC的取值范围一般为5～15s，近年来不少工程为解决碾压混凝土施工过程中的层面结合问题，倾向于选择较低的VC值，甚至低于5s。

2．影响VC值的主要因素(1)单位用水量单位用水量是影响碾压混凝土拌和物VC值的决定性因素，VC值一般随着单位用水量的增大而减小，如图3-2所示。

碾压混凝土原材料骨料最大粒径和砂率一定时，如果单位用水量不变，则水胶比的变化对拌和物VC 值的影响不大。

(2)粗骨料用量及特性碾压混凝土拌和物是山砂浆和粗骨料组成的，在砂浆配合比一定的条件下，若粗骨料用量多，砂浆用量相对减少，则大颗粒骨料之间的接触面相对增大；在相同振动能量下，液化出浆困难，VC值增大。

此外，在相同条件下，碎石碾压混凝土拌和物的vc值较卵石碾压混凝土拌和物的大：吸水性大的骨料VC值较大：粗骨科的最大粒径越大，则礁压混凝土拌和物颗粒移位和重新排列所需要的激振力越大，VC值也越大。

(3)砂串及砂的性质试验表明，当用水量和胶凝材料用量不变时，在一定范围内，碾压混凝土拌和物的vc值将随着砂率的增加而减小；当砂率超过一定范围后，再继续增加砂率，则vc值反而增大，如图3-3所示。

图中所示曲线的最低点所对应的砂率R1为最佳砂率。

(4)粉煤灰品种及掺量粉煤灰的细度、烧失量、颗粒形态下的需水量及掺量对碾压混凝土的用水量和VC值均有较大影响。

一般情况下，粉煤灰越细，碾压混凝土拌和物的VC值越小。

若水胶比及胶凝材料用量一定，则在某一范围内，VC值随粉煤灰掺量的增大而增加；当粉煤灰范围超过一定值以后，随着粉煤灰掺量的增大，碾压混凝土拌和物的VC值反而降低。

图3—4为某碾压混凝土坝工程的粉煤灰掺量与VC值关系曲线。

(5)外加剂一般在碾压混凝土拌和物中加入减水剂或引气剂，可使其yc值降低。

第四章碾压混凝土的配合比设计碾压混凝土的配合比是指碾压混凝土各组成材料相互间的配合比例。

配合比可用体积比或重量比用公式表示，也可以采用表格形式表示。

碾压混凝上配合比设计的任务，实质上是在满足混凝土的工作度、强度、耐久性及尽可能经济的条件下，选择合适的原材料，合理地确定水泥、掺合料、水、砂和石子(分别以C、F、W、S、G等符号表示)等五项材料用量之间的四个对比关系。