黄花寨水电站碾压机具比较试验
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提要：振动碾是碾压混凝土施工必不可少的施工机械，在黄花寨水电站现场碾压试验中，采用了德国宝马BW202AD型及日本SD451型两种振动碾进行现场碾压试验。德国BW202AD型振动碾对铺层厚度75cm、50cm进行碾压，质量均不能达到要求，国内多个工程采用BW202AD型振动碾，铺层厚度均在35cm左右。日本SD451型振动碾在铺层厚度100cm时，碾压质量能达到质量要求。选用先进的碾压机具，对加快碾压混凝土坝的施工速度，使工程提前完工投入运行，发挥效益将起到积极的作用。
关键词：碾压混凝土 碾压机具 铺层厚度 现场试验
黄花寨水电站枢纽由挡水大坝、引水道、发电厂房等建筑物组成。其中大坝为110m高的碾压混凝土双曲拱坝。
通过进行现场碾压试验，对德国宝马BW202AD及日本SD451两种碾压设备的性能进行比较，选择适合该工程的碾压设备，确定合理的施工工艺和参数（摊铺方式、平仓厚度、碾压厚度、碾压遍数等），为大坝浇筑做好前期准备工作。
材料及混凝土配合比
现场试验采用的混凝土配合比列于表1
现场碾压试验混凝土配合比表1
试验编号 混凝土设计强度等级 水胶比 1m3混凝土材料用量（kg）
水 水泥 粉煤灰/掺量 减水剂 砂/
砂率 碎石
5~20
mm 20~40
mm 40~80
mm
1 C2820 0.5 87 87 87/50% 1.305 736/33% 598 598 748
备注 减水剂ADD掺-4量为胶材重量的0.75%，砂、碎石以饱和面干状态为基准。
注：骨料为灰岩轧制，粗骨料为三级配，细骨料为人工砂（细度模数2.90，石粉含量15.8%），水泥为大方水泥厂生产的筑宇牌P.O42.5普硅水泥粉煤灰为安顺电厂Ⅱ级灰，外加剂为北京科宁外加剂厂出品的高效缓凝型减水剂。
2、碾压混凝土拌合
本次现场碾压试验采用的拌合系统为2×15m3自落式拌和机,投料顺序中石大石砂小石水泥粉煤灰水外加剂，拌和时间150s,每次拌和量1.5 m3，生产强度45 m3/h,变态混凝土也由拌和楼拌制, 拌和楼距试验场地约50~60 m,由15t自卸卡车将拌和好的混凝土运至试验现场。
3、现场碾压试验工艺
3.1 试验场地布置在落脚河电站拟建的综合楼址，日本SD451振动碾试验场地为11.5 m×30 m为A号仓，德国宝马BW202AD振动碾试验场地为11.5 m×30 m为B号仓，A号B号均分为3组条带，分别进行不同碾压遍数试验，每组条带宽3.5 m，A号B号仓周边立3m×3m大块钢模板，模板周边50cm浇筑变态混凝土。见图1
0.5
2-8-2 A号仓 27cm×4
B号仓 27cm×23.5
B号仓 27cm×3
2-10-2 A号仓 27cm×4
B号仓 27cm×23.5
B号仓 27cm×3
2-12-2A号仓 27cm×4
B号仓 27cm×23.5
B号仓 27cm×3
0.5
单位：m
说明：2-8-2表示先静压2遍，振动碾压8遍，再静2遍
2-10-2、2-12-2以次类推
3.2每次自卸卡车卸料后，采用推土机摊铺平仓，每组条带先静碾2遍，再分别碾压8、10、12遍，最后再静碾2遍，（碾压遍数的计算：振动碾往返一次算2遍），A号仓碾压厚度100cm，分4次摊铺平仓，每次平仓厚度27cm，共进行3次试验，总计压实厚度为300cm。
B号仓进行两次碾压试验，第一次碾压厚度50 cm，每层平仓厚度27 cm，两层摊铺完毕，分3个条带，分别碾压8、10、12遍，碾压完成后，继续进行第2次试验碾压厚度75 cm，分3次摊铺平仓，每层平仓厚度27 cm，为保证平仓厚度的准确，用红漆将平仓厚度划线在钢模板内侧，以便控制。日本SD451振动碾宽度搭接50cm，行速速度2.0km/h，德国宝马BW202AD振动碾宽度搭接15~20cm，行速速度1.0~1.5km/h。
模板周边50cm宽的变态混凝土，待碾压混凝土碾压完毕后，用插入式振捣器振捣密实。
3.3当混凝土拌和完毕后，在机口取样制取15cm立方体试件以检测强度，并测定VC值，碾压完毕10min内即布置测点进行密度检测，A号仓（用日本SD451振动碾碾压）用插入性RI密度仪检测密度；B号仓（用德国宝马BW202AD振动碾碾压）用国产HSMD-2000核子快速密度水份仪检测密度，每一条带布置6个测点，待碾压混凝土龄期达到28d后，每条碾压条带均匀布置3个钻孔，用XY-100型地质勘探钻机，钻芯取样进行试验并进行压水试验，以检查评定混凝土的匀质性和力学性能、抗渗性及密实性。
4、试验结果评述
4.1在机口取样共测定碾压混凝土VC值27次，在3.8~10s之间，平均6.3s，与期望值比较均小于5s的偏差，变态混凝土坍落度检测4cm。
4.2在机口取样制取15cm立方体试件检测抗压强度龄期7d强度达到20MPa，28d强度达到43 MPa，碾压混凝土可满足大坝强度要求。
4.3 B号仓BW202AD型振动碾碾压试验，碾压厚度分别为50 cm（分两层摊铺）和75 cm（分三层摊铺），当完成50cm厚度碾压后，由于HSMD-2000型核子快速水份仪发生故障，待5d后，再进行密度测定，无论碾压8遍、10遍、12遍的条带，相对密实度均未达到要求，一般低于92%。
碾压厚度75cm（分三层摊铺），碾压完毕后10min内即进行密实度检测，相对密实度也未达到要求，相对密实度只达86~94.6%，只有少部分碾压12遍的表面混凝土相对密实度超过98%。国内多个工程采用德国宝马BW202AD型作碾压机具的工程，压实厚度多为30cm左右，摊铺厚度均在35cm左右，现我们压实厚度达到50cm和75cm，摊铺厚度达到54 cm 和81cm，显然偏厚，摊铺厚度过厚，碾压不密实，故相对密实度达不到要求。
4.4 A号仓日本SD451型振动碾碾压试验，碾压厚度100 cm，共碾
压了3层，累计碾压厚度300cm。第一层碾压完毕后，每个碾压条带布置测点6点，共布置测点18点，用插入式RI密度仪检测密度，相对密实度除碾压12遍的除1点相对密度为96.8%外，其余均在97.4~100.6%之间。第二层共布置测点10点，相对密实度在96.2~101.2之间。碾压8遍的条带共布置测点4点，其中2点的相对密实度小于97%，分别为96.6%及96.2%。第三层共布置6点，碾压8遍的2个测点相对密实度未达到97%，只达到83.6%及94%。
通过三层碾压试验，碾压遍数12遍的共布置测点12点，只有一点相对密实度略小于97%，达到96.8%，采用日本SD451型振动碾，压实厚度达100cm（分四层摊铺，每层厚度27 cm）碾压遍数12遍，可作为浇筑坝体内部混凝土的碾压机具。
4.5在机口所取碾压混凝土立方体试件强度满足设计要求。
4.6碾压混凝土龄期达到28d后，用地质勘探钻机钻取芯样（芯样直径120mm）进行抗压试验并在钻孔进行压水试验。
本次A号仓取芯样37个，芯样强度未达到强度等级的2个（19.0MPa、19. 9MPa ）占5.4%，强度超过30 MPa的27个占73%，强度超过40MPa的17个占45.9%，强度超过50MPa的9个占24.3%。未达到强度的试件，抗压强度也达到设计强度的95%和99.5%。
A号仓芯样试验结果 表2
部位 芯样数
（n） 抗压强度（Mpa） 标准差 离差系数
最小值 最大值 平均值
A号仓碾压8遍条带 11 19.0 33.6 25.3 4.8 0.19
A号仓碾压10遍条带 13 33.4 52.2 42.3 7.8 0.184
A号仓碾压12遍条带 13 26.3 51.3 44.7 7.8 0.174
芯样高径比为2：1
本次B号仓取芯样20个，芯样强度未达到强度等级的2个（12.6MPa、14.8MPa ）占10%，强度超过30 MPa的9个占45%，
强度超过40MPa的1个占5%。未达到强度的试件，抗压强度达到设计强度的63%和74%。这与B号仓在进行浇筑时遇雨有关。试验结果见表3。
B号仓芯样试验结果 表3
部位 压实厚度
（cm） 抗压强度（Mpa） 平均值（Mpa）
B号仓碾压8遍条带 50 24.9 26.7 25.8 25.8
B号仓碾压10遍条带 50 36.4 31.5 41.6 36.5
B号仓碾压12遍条带 50 34.9 35.7 39.4 36.7
B号仓碾压8遍条带 75 12.6 12.6 22.6 27.0 18.7
B号仓碾压10遍条带 75 31.6 24.8 25.0 25.1 26.6
B号仓碾压12遍条带 75 33.2 33.6 27.6 31.5
芯样高径比为2：1
注：在进行压实厚度75cm的试验时间歇下雨。使混凝土水灰比有所增大，振动碾碾压后，低凹处出现积水，这对混凝土强度有一定的影响。
根据芯样强度检测结果，A号仓所取芯样强度高于B号仓芯样强度，说明宝马BW202AD型振动碾压实功能不及日本SD451型振动碾。宝马BW202AD型振动碾的起振力，低84KN，高126KN，振幅低0.35mm，日本SD451型振动碾的起振力低167KN，高226KN，振幅低，0.9mm，高1.4mm，几乎是宝马的一倍。
在B号仓碾压10遍和12遍条带的4个钻孔进行压水试验，透水率分别为0.47、0.47、0.47、0.28Lu，平均0.42Lu；A号仓钻孔试验，平均透水率0.092~0.112 Lu。可以认为本次试验的碾压混凝土有良好的抗渗性能。
5.结语
5.1通过对碾压混凝土外观的评定，VC值测定已经所取试样及芯样以及压水试验的检测结果，碾压混凝土配合比可满足大坝强度、抗渗及施工要求。
5.2经现场密实度检测，采用德国宝马BW202AD型振动碾压碾压实厚度50cm、75cm偏厚，碾压后不能保证质量要求，应减薄压实厚度重新进行碾压试验。
5.3根据钻孔芯样检测，钻孔压水试验以及相对密实度的检测结果，日本SD451振动碾的压实厚度可达100cm（分四层摊铺，每层厚度27 cm，碾压12遍），可作为浇筑坝体内部混凝土的碾压机具。采用新型的碾压机具，可大大提高碾压混凝土浇筑速度，进一步加快工程进度,缩短建设周期。
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