结构材料所在碾压混凝土筑坝技术发展中的创新

结构材料所在碾压混凝土筑坝技术发展中的创新

姜福田  陈改新

水科院结构材料所于1979年开始进行碾压混凝土筑坝技术的研究与应用，先后参加本专题研究的有姜福田、季小弟、汪津滨、朱仰曾、秦明豪、吕小彬、黄国兴、陈改新、纪国晋等同志。30年来，我所在碾压混凝土筑坝技术（材料）研究方面取得以下创新成果：

1、国内首先研究高掺粉煤灰碾压混凝土

早在1981年2月水利部派出水科院水工混凝土技术考察组赴日本，考察岛地川坝和大川坝碾压混凝土筑坝技术。我所在吸收国外经验的基础上，没有照搬日本岛地川坝和美国柳溪坝贫胶材碾压混凝土的经验，而是依据我国国情提出高掺粉煤灰碾压混凝土研究的新思路。

1983年5月，在厦门机场进行了较大规模高掺粉煤灰碾压混凝土现场试验，水泥用量70kg/m³、粉煤灰用量85kg/m³，粉煤灰掺量为55%。相继1984年福建省沙溪口水电站开关站浇筑了2万m³高掺粉煤灰碾压混凝土，水泥用量68kg/m³、粉煤灰用量107kg/m³，粉煤灰掺量为61%。自此确定了我国碾压混凝土坝发展的基本方向，即筑坝方法为通仓、薄层连续浇筑，碾压混凝土拌和物采用高掺粉煤灰和低水泥用量。该成果获1986年度水电部科技进步三等奖。这一成功的RCC筑坝模式，进而推广到坑口坝、岩滩坝等，以及以后修建的龙滩高坝。

2、人工砂中石粉利用

1987年岩滩大坝工程混凝土骨料采用人工砂石料，当时施工规范规定人工砂中石粉含量不得大于12%，因此生产人工砂时排出大量石粉，占用农田堆放。为解决占用农田难题，我所进行了碾压混凝土利用石粉的研究，经优化岩滩坝高掺粉煤灰碾压混凝土人工砂中石粉最优含量为16%~18%。岩滩坝高掺粉煤灰碾压混凝土利用石粉改善碾压混凝土和易性与可碾性的经验，很快被各大工程采纳，并促成《水工碾压混凝土施工规范》修改，即人工砂中石粉含量由原允许10%~12%改为10%~22%。

3、碾压混凝土层面结合问题

1988年在岩滩坝进行了碾压混凝土层间结合面力学和渗透性能的研究。这项研究课题一直延续至今，目前正进行现场层面质量检控和全级配碾压混凝土层间结合性能研究。

4、解决了碾压混凝土的抗冻性问题

70年代美国ACI-207委员会曾经对碾压混凝土的抗冻性提出质疑。1987年，我国在严寒地区修建观音阁坝和潘家口下池碾压混凝土坝，对碾压混凝土的抗冻性特别重视，并开展专题研究。研究结果表明，高掺粉煤灰碾压混凝土具有较好的抗冻性，但是选择的引气剂要适当，含气量3%~5%，掺量比普通混凝土高。

5、主编和参编碾压混凝土标准

（1）主编《水工碾压混凝土试验规程》。提出了碾压混凝土稠度（工作度）和含气量测定仪器和方法，并编入试验规程。

（2）参编《水工碾压混凝土施工规范》中第7章质量管理与评定，该成果获1995年度水利部科技进步二等奖。

6、研发成功碾压混凝土拱坝接缝重复灌浆技术

普定和温泉堡碾压混凝土拱坝预埋了两套灌浆管路，实际应用过程中效果不好，在第一次封拱灌浆后，第二套灌浆管路被堵死，不能实现重复灌浆。我所承担国家“九·五”科技攻关项目“碾压混凝土拱坝接缝重复灌浆研究”，研制出用于重复灌浆的出浆盒，并提出了单回路重复灌浆系统。该成果已成功用于沙牌、蔺河口、毛坝关、招徕河、玄妙观、鱼简河、峡口、长潭等15个碾压混凝土拱坝工程。该成果填补了国内空白，获2004年度中国电力科技进步一等奖。

7、变态混凝土的变态机理及变态浆材的改性优化

通过室内仿真试验确定了变态混凝土的加浆率和加浆方法，研究阐述了碾压混凝土的变态过程和机理。经国电信息中心查新，研究提出的变态掺浆材料流动度测定方法、掺浆材料配合比计算方法和变态混凝土仿真试验方法等均未见公开文献报道，初步形成了一套科学、规范的变态混凝土试验方法，填补了该领域的空白，对完善和发展有中国特色的碾压混凝土筑坝技术具有理论价值和实践意义。

变态混凝土技术（GEVR）已被多个国家RCC坝施工采用，如越南、缅甸、西班牙、巴基斯坦、伊朗等国家。

8、研制成功碾压混凝土坝层面允许间隔时间的检测仪器并提出评定方法

结合龙滩工程开展了高温环境下缓凝高效减水剂对碾压混凝土凝结时间的影响规律，以及与胶凝材料的适应性研究，提出了碾压混凝土层面允许间隔时间和提高层间结合强度的技术措施。层面允许间隔时间检测方法已被纳入《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）。

9、多元胶凝粉体理论用于碾压混凝土石粉及胶凝材料优化

该研究是在国家自然基金研究成果基础上针对龙滩工程开展的。主要思路是将水泥、粉煤灰、石粉作为三元粉体胶材体系，在满足混凝土设计要求的基础上，通过研究浆体的流变性能和力学性能，以及混凝土其它性能，确定了石粉的最佳掺量，降低了碾压混凝土的用水量，胶凝材料用量也有较大幅度降低。优化后不同部位碾压混凝土配合比的水泥用量降低了（5~10）kg/m³，粉煤灰用量降低了（15~40）kg/m³。

10、研发出碾压混凝土新型掺合料

国外碾压混凝土的掺合料除粉煤灰外，还有火山灰及其它具有活性效应的掺合料。我国只有大朝山坝采用了凝灰岩粉和磷矿渣粉做掺合料，其余全部采用粉煤灰做掺合料。我所结合景洪工程开展了碾压混凝土新型掺合料的研究，提出利用当时丰富的矿渣资源复合石灰石粉作为景洪坝碾压混凝土的掺合料，在此基础上进行了混凝土配合比优化和性能试验，混凝土各项性能检测结果全部满足设计要求，解决了缺乏粉煤灰资源地区修建碾压混凝土坝的问题。同时该研究方法和理论及取得的成果为我国其它缺少粉煤灰资源地区修建碾压混凝土坝提供了新思路。