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。

　　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 HVFARCC存在的问题

　　目前我国碾压混凝土存在的主要问题是：

　　（1）碾压混凝土拌和物的凝结特性适应工程建设要求的问题。

　　碾压混凝土中掺用大量的掺和材料,而且一般都掺如入缓凝剂，因此，碾压混凝土的初凝时间都比常态混凝土要长。

　　（2）进一步降低碾压混凝土的绝热温升问题。

　　碾压混凝土胶凝材料水化热温峰的推迟以及碾压混凝土坝的连续铺筑施工，使得碾压混凝土坝利用表面散热的效果极其有限。甚至没有效果或出现温度倒灌现象。如何进一步降低碾压混凝土的绝热温升问题是碾压混凝土进一步推广的需要。

　　（3）劣质掺和材料的利用及替代材料的使用问题。

　　目前，我国碾压混凝土中的掺和材料品种比较单一，除了云南大朝山坝以凝灰岩及磷矿渣的混合物作为掺和材料外，其他碾压混凝土均使用粉煤灰。对所用的粉煤灰一般的质量要求都要符合《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》DL/T5055——1996。在实际上都采用二级以上的，很少使用三级及其低于三级的。粉煤灰掺和料的替代品也是目前研究的热点。

　　（4）碾压混凝土的长龄期性能与耐久性问题。

　　低水泥用量、高粉煤灰掺量碾压混凝土的早期强度较低，但随着龄期的增长，强度得到发展，其他各种性能也有所变化。由于碾压混凝土的发展仅仅二十多年，这种龄期较长的混凝土更长龄期的性能会是如何？这是一个很值得研究的问题。

　　综合以上所述，本实验主要探讨：进一步增大水胶比、粉煤灰掺量的碾压凝土的性能，主要是对它的抗压强度性能的研究，即：在高水胶比、高粉煤灰掺量这种情况下，究竟强度低到哪种程度，来给它以量化。通过这种方法，以期达到降低混凝土内部的绝热温升；还主要讨论这种低强度下它的利用价值之所在。并提出一些体会见解。

　　1.4 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。

　　还有文献认为，在碾压混凝土中保证胶凝性的前提下，掺用大量的低质量粉煤灰，可以大大改善混凝土的抗侵蚀性。

　　部分文献认为，HVFARCC中粉煤灰的细度对混凝土的流动性和强度有着较为显著的影响，粉煤灰的细度较细时，混凝土的流动性和强度都有所提高。

　　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。

　　碾压混凝土筑坝从概念的形成到成为现实，仅仅用了不足十年的时间。1980年，第一座碾压混凝土坝——日本岛地川（Shimajgawa）坝诞生。该坝高89米，上下游面用3米厚的常态混凝土做防渗或保护面层，坝体内部碾压混凝土中胶凝材料用量为120千克每立方米，其中粉煤灰占30%。1982年，美国建成世界上第一座全碾压混凝土重力坝——柳溪（Willow Creek）坝。该坝高52米，坝轴线长543米，不设纵横缝。坝体上游面碾压混凝土水泥用量为104千克每立方米，下游面碾压混凝土胶凝材料用量为151千克每立方米，其中粉煤灰47千克每立方米，坝体内部碾压混凝土胶凝材料用量仅为66千克每立方米，其中粉煤灰占19千克每立方米。该坝采用30厘米厚的薄层连续浇筑上升方法，在17个星期里完成33.1万立方米碾压混凝土的铺筑，比常态混凝土重力坝缩短工期1~1.5年，造价仅相当于常规混凝土重力坝的40%、堆石坝的60%左右。柳溪（Willow Creek）坝的建设，充分显示了碾压混凝土坝所具有的施工快速和经济的巨大优势。它的建成极大的推动了碾压混凝土筑坝在世界各国的迅速发展。

　　表0-1 我国已/在建主要碾压混凝土坝