高掺量粉煤灰碾压混凝土(HVFARCC)文献综述_高掺量粉煤灰混凝土

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高掺量粉煤灰碾压混凝土（HVFARCC）文献综述

专业：材 料 化 学

学生姓名：

郭

磊

指导教师：陈连发 副教授 完成时间：2013年4月3日

摘要

综述了大水胶比、高掺量粉煤灰碾压混凝土（HVFARCC）的定义、现在的发展状况、性能（抗压强度方面）、原材料要求、配合比设计等方面的特点。介绍了高掺量粉煤灰碾压混凝土在大坝、道路、桥梁、房屋、港口等工程中的应用情况。对高掺粉煤灰碾压混凝土的抗碳化能力有必要作进一步的研究。

关键字:大水胶比

高掺量粉煤灰碾压混凝土（HVFARCC）1

第一章 概述及RCC的主要应用

第一节 概述

1.1 引言：

近年来，大掺量粉煤灰碾压混凝土（High Volume Fly Ash Running Compacted Concrete 简称HVFARCC）已经日趋发展成熟，并逐步在我国的桥梁、道路、水利、港口等工程中得到了越来越广泛的应用。

从HVFARCC的发展来看，二十世纪七十年代问世的水工碾压混凝土筑坝技术和减水剂尤其是高效减水剂的普及是促进HVFARCC应用技术快速发展的两个最主要的因素。

从开发HVFARCC的意义来看，它将普通混凝土、粉煤灰、和环保型低水泥用量混凝土的概念加以有机的结合，对于拓展三者的涵义，走新型建材、绿色建材的道路，具有重要意义。

从HVFARCC的效益来看，对于粉煤灰应用技术的提高，综合利用效益的提高，供需双方经济效益的提高，环境保护力度的提高等方面均有显著效果，粉煤灰混凝土不仅能节约水泥，还减少了细骨料，从而降低了混凝土成本，具有一定经济效益，同时利用粉煤灰，可减少占地面积，可改善环境污染，因此，具有一定的经济、技术、社会三重效益。

因此，HVFARCC的开发，是一条走“可持续发展”之路，走“绿色建材”之路的新型环保混凝土的技术路线的体现。为节约能源，改善环境和控制污染，高效消纳工业废渣走出了一条面面俱佳的新路。

1.2 定义

大掺量粉煤灰碾压混凝土（HVFARCC）碾压混凝土是和其他混凝土一样，也是有水泥、掺和料、砂石、骨料、外加剂和水等材料组成，但各成分所占比例同常态混凝土有较大差别。目前，我国的掺和料主要是粉煤灰。大多数文献认为HVFARCC的含义，是根据我国几十年来在混凝土中粉煤灰取代水泥率15%左右而谈的，即粉煤灰取代水泥率30%以上（含30%）配制的碾压混凝土可称为HVFARCC；但很多国家标准或规程都将粉煤灰掺量为40%做为上限，故本文根据我国经验和习惯把粉煤灰含量在30%以上的定义为HVFARCC。

1.3 研究的现状

HVFARCC对水泥、骨料无特殊的要求，基本与普通混凝土相同，为了配制性能良好的碾压混凝土，HVFARCC需掺用高效减水剂。为使混凝土的拌和物具有一定的含气量，改善混凝土的流动性，一般在掺高效减水剂的同时还要掺引气剂。如果有较高早期或后期强度要求的还需要加入相应的激发剂。

一些文献认为大掺量粉煤灰混凝土与普通混凝土在原材料方面最大的差别是要掺大量的粉煤灰。英国的Dunstan认为，不是粉煤灰的质量，而是其质量的变异性才是最重要的。高掺量、低质量粉煤灰可以配制出性能良好的碾压混凝土，只要其质量的变异性不是十分显著。加拿大的Malhotra用了美国8种高粉煤灰掺量、大水胶比配制了的碾压混凝土，抗压强度性能仅仅是我国现行规范的二级或三级标准。

更多文献认为，高粉煤灰掺量的碾压混凝土，粉煤灰对其强度的增长没有多大作用，更多的是为了利用粉煤灰的防渗作用。故在我国，大多是：在水胶比（一般小于0.4）很小时才掺用高粉煤灰，在大水胶比（一般在0.4~0.7之间）时掺用不超过30%的粉煤灰，也就是低粉煤灰用量。

第二节 RCC的主要工程应用及历程

2.1 早期的RCC的发展

碾压混凝土是近几十年发展起来的一种新型混凝土。它具有独特的性能，未凝固前碾压混凝土的性能与常规混凝土的性能完全不同，而凝固后有与常规混凝土的性能非常相近。

碾压混凝土是将土石方施工机械容量大、速度快、大面积作业的优点和混凝土强度高、耐久性强的特点融合到一体，从而达到快速经济施工的目的。

为了使土石方施工机械能在混凝土面上作业，碾压混凝土稠度又要很干，干到足以使推土机，振动碾、自卸汽车不下陷。碾压混凝土比工业民用建筑上的干硬性混凝土还要干，是一种坍落度为零的超干硬性混凝土。用维勃仪来进行测定即：碾压混凝土在一定频率的维勃仪上震动，达到液化所需要的时间，定义为碾压混凝土的稠度，又称碾压混凝土的工作度即VC值，单位为：秒（S）。从工艺学角度，经过振动碾碾压的混凝土，只有压实到接近密实容重，才具有结构设计 3

所要求的强度、抗渗性和抗冻性。

据各国资料统计，碾压混凝土施工方法最多用于大坝工程和公路工程，经验证明也是最经济的方法。

2.2 RCC用于筑坝的发展

碾压混凝土用于筑坝的思想是在1970年和972年美国工程基金会在美国加利福尼亚州阿斯劳玛尔召开的两次会议上提出的。在“碾压混凝土快速施工”第一次会议上，拉菲尔（J．Ｍ．Ｒaphael）教授提出“最佳条件重力坝”论文。他是根据我国台湾石门坝围堰采用水泥砂砾土材料修筑的经验提出来的，该围堰高 ６５米，是用土坝施工机械填筑和压实。他提出了基于水泥土理论及应用的许多观点。他建议使用高效率、大容量的土石方运输机械和压实机械施工，并用水泥、砂砾石混合料作为筑坝材料。他还认为，水泥固结砂砾石材料的抗剪强度较高，从而可以坝的断面比典型的土石坝较小；因此使用类似于土石坝施工的连续浇筑的方法，与传统的混凝土坝施工方法相比，能缩短施工时间并减少施工费用等。更重要的是能使工程提前产生效益。1972年，在阿斯劳玛尔召开的“混凝土坝经济施工”会议上，美国天纳西流域管理局的罗伯特康农（Rober W.Cannon）发表了题为《用土料压实方法建造混凝土坝》的论文，进一步发展了拉菲尔的设想。康农介绍了在泰斯.福特（Tims Ford）坝实验块上，无坍落度的贫混凝土用自卸车运输、前端装载机铺筑，振动碾压实的试验结果。1973年，在第十一届国际大坝会议上，莫法特（A.I.B.Moffat）宣读了题为《适用于重力坝施工的干贫混凝土研究》的论文。他推荐将早在20世纪50年代英国路基上使用的干贫混凝土用于修筑混凝土坝，用筑路机械将其压实。他预计，坝高在40米以上的坝，将造价降低15%。

碾压混凝土用于筑坝，于1960~1961年期间在我国台湾省石门坝的心墙上曾用过。但对于碾压混凝土坝的发展产生过重要影响的是巴基斯坦塔贝拉（Tarbela）坝的遂洞修复工程。1974年，该坝的泄洪遂洞出口被洪水冲垮，修复工作必须在春季融雪之前完成，于是采用碾压混凝土进行修复。在42天时间里铺筑了35万立方米碾压混混凝土。举世瞩目的三峡工程三期碾压混凝土围堰工程自2002年12月16日施工以来，创造了5项世界纪录：浇筑仓面面积世界最大，最大仓面达到19012平方米；月浇筑强度47．6万立方米；碾压混凝土日 4

浇筑、班浇筑、小时浇筑量分别达到21066立方米、7438．5立方米、1278立方米，分别刷新了世界纪录。这有力的证明了碾压混凝土施工的快速性和我国在碾压混凝土施工方面技术的先进性凝土，日平均铺筑量8300余立方米，最大日铺筑强度达1.8万立方米。

2.3 碾压混凝土筑坝的特点

碾压混凝土是由水泥、掺和料、水、砂、石子、及外加剂等六种材料组成。我过碾压混凝土由于掺用较大比例的掺和材料，故一般使用强度不低于32.5 MPa的普通硅酸盐水泥。为了适应碾压施工，碾压混凝土拌和物属于超干硬拌和物。拌和物粘聚性较差，施工过程中粗骨料易发生分离，为减少以至避免粗骨料分离现象，一般都限制粗骨料最大粒径不大于80mm，且适应当减少最大粒径级粗骨料所占的比例。砂中细粉（我国是指小于0.16 mm的颗粒）含量对改善碾压混凝土的性能有不可忽视的作用。我国水利水电行业标准《水工碾压混凝土施工规范》推荐碾压混凝土使用的人工砂中，细粉含量达到10~20%。为适用碾压混凝土的连续、快速碾压施工，一般不在碾压混凝土中设置冷却水管以降低碾压混凝土的温升。因此，碾压混凝土中的水泥用量应尽可能的降低。但是，为了满足施工对拌和物工作度及坝体设计对碾压混凝土提出的技术性能要求，碾压混凝土的水泥用量有不宜过小。这就存在矛盾。解决矛盾的可行而有效的方法是在碾压混凝土中掺用较大比例的掺和材料。外加剂是碾压混凝土必不可少的组成材料之一。碾压混凝土中胶凝材料较少、砂率大，为了改善拌和物的施工性能，必须加入减水剂。减水剂的加入可以降低拌和物的VC值（Vibrating Compacted Value，即在固定振动频率及振幅，固定压强条件下，拌和物从开始至表面泛浆时所需要的时间），改善其粘聚性或抗离析性能。碾压混凝土大面积施工的特点，要求拌和物具有较厂的初凝时间，以减少冷缝的出现，改善施工层面的粘结特性，为此必须加入缓凝剂。在严寒的地区使用碾压混凝土，还有必要考虑加入引气剂，以提高碾压混凝土的抗冻性能。由于碾压混凝土拌和物的干硬性以及掺合材料的吸附性，因此碾压混凝土拌和物掺入外加剂的量要略大于常态混凝土。

碾压混凝土虽属混凝土但又有别于常态混凝土。碾压混凝土拌和物与常态混凝土拌和物比较，骨料用量多、水泥用量较少，虽掺用一定量的掺和材料，但胶 5

凝材料浆用量仍较少。拌和物不具有流动性，坍落度为零粘聚性小，一般不泌水。拌和物在振动压实机所施加的振动和动压力作用下，胶凝材料浆由凝胶转变为溶胶（即发生液化）而具有一定的流动性。固相颗粒位置得到重新排列，颗粒之间产生相对位移，彼此接近。小颗粒被挤压填充到大颗粒之间的空隙中，空隙里的气体因受挤压而逐渐逸出，拌和物逐渐密实。因此，碾压混凝土拌和物的振动压实既具有混凝土的基本特性，也具有土料压实的一些特性。碾压混凝土的特定施工方法要求拌和物必须具有适当的工作度——既能承受住振动碾在其上行走不陷落，又不能过于干硬，以免振动碾难于或无法将其碾压密实。

碾压混凝土与常态混凝土比较，技术性能有其明显的特点：由于碾压混凝土中掺有较大比例的掺和料，而多数掺和料早期水化反应较少，使硬化`碾压混凝土的绝热温升明显低于常态混凝土，最高温升出现时间明显推迟，温降缓慢；碾压混凝土的自生体积变形及干缩变形明显小于常态混凝土。

在实际工程中碾压混凝土的性能受到施工质量的影响较大。施工层面的粘结质量对碾压混凝土的性能影响尤其突出。

2.4 碾压混凝土在公路上的发展

碾压混凝土的另一个广泛应用领域是公路工程。碾压混凝土路面的特点是承受车辆磨蚀；冬天承受冻融破坏和防冰化学剂作用；强度要求高，28天龄期抗压强度30~40MPa，弯曲抗压强度4.5 MPa；路面要求密实和平整。

早在第一次世界大战前后，比利时、丹麦、德国、法国及其它一些欧洲国家已有人碾压修筑了水泥混凝土路面。但是，由于当时具有的碾压手段难以保证良好的工程质量，这种筑路技术未能得到发展。

我国是从80年代初开始进行碾压混凝土路面研究的。1981年安徽省公路局开始进行室内试验，1982年铺筑第一段试验路。1983年、1984年，安徽省公路局和交通部公路科学研究所及江苏省交通厅合作，进行了扩大试验，取得了不少研究成果。1988年开始的国家科技工作引导性项路面发展对策及修筑技术研究》中，又组织江苏省公目《我国水泥混凝土路局、山西省公局和河南省交通厅等单位对碾压混凝土路面修筑技术进行了研究。从施工机械来看，当时进口的大型沥青摊铺等机械还比较少，即使拥有这些机械的单位一般也不愿用来铺筑碾压混凝土路面，只能采用人工或小型机械施工，路面质量难以提高。因此，这一时期的 6

研究成果主要为采用人工或中小型配套机械施工的各种复合式碾压混凝土路面或用于较低等级公路的全厚式碾压混凝土路面施工技术。随着高等级公路的迅速发展，进口的高密实度摊铺机、振动压路机等大型设备越来越多，国内的一些筑路机械生产厂家也纷纷研制或引进技术生产施工机械，因此公路工程单位的大型机械保有量迅速增加，再加上京津塘高速公路等一些工程明确规定水泥稳定基层必须采用“厂拌机铺”，改变了一些工程技术人员的认识，从而为我国高等级公路碾压混凝土路面施工中采用高密实度摊铺机等大型机械创造了条件。1991年在国家“八五”重点科技项目(攻关)《高等级公路水泥混凝土路面材料及应用开发研究》中，交通部组织交通部公路科学研究所、山西省交通厅和广西壮族自治区交通厅等单位进行了碾压混凝土路面成套技术的研究，以应用于高等级公路为目标，从材料、施工技术、抗滑技术、接缝技术等方面进行了系统研究，在路面平整度、抗滑及接缝等方面取得了突破性进展，并取得了一系列配套成果，初步形成了高等级公路碾压混凝土路面施工成套技术。

2.5 桥梁工程中的应用

1995年在美国佛罗里达州的一座海边高架桥下部的混凝土中采用了HVFARCC，用粉煤灰取代了50%的水泥。日本采用粉煤灰、矿粉复合材料在名石跨海大桥的预应力桥墩中应用了70%以上的高掺量粉煤灰碾压混凝土。我国在建的滨州黄河公路大桥的钻孔灌注桩和承台均为C25~C30普通混凝土。采用等量取代法，最大粉煤灰掺量为30%。

参考文献

1．高等级公路碾压混凝土路面施工成套技术的研究(课题总报告).1996，2

2．高等级公路碾压混凝土路面施工技术的研究(85—403—01—03专题总报告).1996，2

3．高等级公路碾压混凝土路面材料的研究(85—403—01—02专题总报告).1996，2

4．高等级公路碾压混凝土路面施工技术指南(课题共用分报告).1996，2

5．碾压混凝土施工工艺及施工组织微机管理系统（发表日期：2003-9-11 来源：山西省交通厅

6．《黄河规划设计》高掺量粉煤灰对碾压混凝土耐久性影响研究 张涛 韩志广