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寒冷地区全断面碾压混凝土坝的试验研究

寒冷地区全断面碾压混凝土坝的试验研究主要针对在低温环境下，如何有*施工和保证碾压混凝土坝的质量与耐久性。这一研究结合了寒冷地区的气候特点、材料性能及施工工艺，通过试验验证技术方案的可行性，并为实际工程提供科学依据。

全断面碾压混凝土坝（RCC坝）是一种经济**的水工结构形式，其特点是快速施工、节省模板和水泥用量。然而，在寒冷地区，低温环境可能对混凝土的早期强度发展、抗冻性能以及施工连续性造成不利影响。因此，该试验研究重点围绕以下几个方面展开：

1.低温条件下混凝土配合比优化：通过调整胶凝材料组成、掺合料比例及外加剂类型，确保混凝土在低温环境下的工作性能和力学性能满足设计要求。例如jts 103-1-2019 桥梁通航安全影响论证报告编制规定，添加早强剂以促进混凝土早期强度增长，同时减少水分蒸发导致的干缩裂缝。

2.防冻措施与保温技术：研究合理的保温覆盖方式，如采用聚苯乙烯板或土工布等材料进行表面防护，防止混凝土因温度骤降而受损。此外，还探索了热风加热、暖棚法等手段提*施工区域温度，保障冬季施工顺利进行。

3.碾压工艺改进：针对寒冷气候下混凝土易失水硬化的问题，试验分析了不同振碾参数（如碾压遍数、速度和振动频率）对密实度的影响，提出了适应低温条件的**施工参数组合。

4.长期耐久性评估：通过对试件进行冻融循环测试、抗渗性和抗碳化能力评价，验证所选材料配方及施工方法是否能够满足寒冷地区特殊环境下的耐久性需求。

5.监测系统应用：引入智能监测技术，实时跟踪混凝土内部温度变化规律，指导现场温控措施实施，降低热应力引发的潜在风险。

综上所述，本项试验研究不仅解决了寒冷地区RCC坝建设中的关键技术难题，还为类似工程提供了宝贵经验，推动了碾压混凝土坝技术在更广泛地域的应用与发展。

寒冷地区全断面碾压混凝土筑坝

随着技术的发展，对100m以上的碾压混凝土坝 已进行了*量的研究，全断面碾压混凝土坝优于”金 包银“型式，已为坝工界所确认.据桃林口水库和温泉 堡水库工程实践，在非寒冷地区采用二级配富胶凝材 料自身直接防渗实现全断面碾压经验是成功的.*量 试验研究表明，碾压混凝土本身的渗水性很小，其渗透 系数可达到10”～10”cm/s.抗冻等级达F150以 上. 已建的碾压混凝土坝坝体防渗方式*体可分为： (1)坝体上游部位设常态混凝土防渗层；(2)富胶凝材 料二级配碾压混凝土防渗层；（3)一般碾压混凝土自 身防渗；(4)在上游坝面喷刷涂料或贴土工膜以及浇 钢筋混凝土面板等多种防渗措施 目前在寒冷地区采用富胶凝材料二级配作为防

渗层的坝*尚未超过50m.河北省温泉堡水库为碾压 混凝土单曲拱坝，**坝*48.5m，坝体在死水位以 下采用二级配碾压混凝土和PVC土工膜联合防渗，在 死水位以上采用二级配碾压混凝土，设计标号90d强 度为C20W6F150，坝体内部采用三级配碾压混凝土 设计标号90d强度为C15W4F50.坝体下游为C20 W4F150:基础垫层为常态混凝土设计标号90d强度 C20W6F50上游坝面的防渗层，除二级配碾压混凝 土外，近模板周边，每层摊铺碾压前，注入水泥浆，用插 入式振捣器捣实，死水位以下与PVC土工膜紧密联 接，形成可靠的防渗系统 在寒冷地区水胶比在0.5～0.6.掺粉煤灰33%

时，抗压强度（90d）可超过28MPa以上，抗拉强度 (90d)可超过3.35MPa以上，抗冻达到F200（快冻 法），抗渗等级可达到W8以上.上游面死水位以上采 用90d龄期C20W6F150.水胶比0.6.胶凝材料总用 量为178kg/m”，其中粉煤灰用量为68kg/m；死水位 以下采用90d强度C20W6F50.水胶比0.55.胶凝材 料总量为195kg/m”，其中粉煤灰用量100kg/m. 水胶比为0.6.掺粉煤灰55%时，抗压强度（90d） 超过17.8MPa.抗拉强度（90d）超过1.53MPa,抗冻 达F50（快冻法），抗渗等级超过W4混凝土试块*型 抗剪（断）试验时抗剪断摩擦系数为1.39～1.64.凝聚 力为0.82~1.19MPa

碾压混凝土自身防渗抗冻试验

碾压混凝土自身防渗抗冻试验表明，在碾压混凝 土内掺用复合外加剂，即木钙+引气剂，含气量4% 6%，抗冻等级能够达到F200F150、F50抗渗等级* 于W6，采取加强层间结合及浇灌特制的胶凝剂等措 施使坝体抗渗性能增强

2.1掺加引气剂是提*抗冻性的重要途径

（1）掺加引气剂使含气量在3.5%以上的碾压混 凝土抗冻性可以达到常态混凝土水平；（2）掺加30% 粉煤灰的碾压混凝土抗冻性可达到F150以上；掺加 50%的粉煤灰，碾压混凝土抗冻性可达F100以上；但 掺气量增加到一定值后，抗冻强度随之而降低.所以在 增加抗冻性与抗压强度之间存在一个平衡点，此点为 **含气量.当无试验资料时，对于二级配碾压混凝土 含气量可选用4%三级配可选用3%

混凝土水胶比**限值：外部水位以上区域为 0.6；外部水位以下区域为0.55；外部水位变化区为 0.50:水流冲刷区为0.5；内部为0.7.由此可见，水胶 比增*，抗冻性下降，因此对有抗冻性要求的碾压混凝 土.水胶比必须加以严格限制

碾压混凝土配合比及强度试验成果表明，在死水 位以下，水胶比为0.55.胶凝材料164kg/m，其中水 泥82kg/m”，砂643kg/m”，石1512kg/m”，含气量 4.6%；死水位以上，水胶比为0.5，胶凝材料 186kg/m”，其中水泥93kg/m，粉煤灰93kg/m，砂 634kg/m”，石1480kg/m”，含气量为5%.二级配碾压 混凝土耐久性，以控制含气量5%±1.0%为宜.90 龄期的极限拉伸值分别为1.10×10及0.92×10 抗压弹模分别为32544MPa及29775MPa

3配合比主要参数的选择与试验

3.1粗集料级配的选择

碾压混凝土采用石子**粒径40mm.选用小石 和中石比例以50350为宜

3.2外加剂掺量的选择

注：W/（C+F）=0.5:F/（C+F）=30%：木钙0.25%

在固定水胶比和用水量的条件下，拌和物稠度VC 与砂率关系的试验结果见图1.试验表明，在一定的水 胶比和胶凝剂材料用量下，试验确定的砂率与粗集料 振动压实后的空隙率*体接近

图1稠度与砂率关系曲线

3.4稠度VC与单位用水量的关系

碾压混凝土中掺入粉煤灰改善了其和易性，在 VC=10s时，P.0.52.5水泥掺30%、50%粉煤灰比末 掺粉煤灰的用水量分别减少6.5kg/m和8.0kg/m”. 在VC为定值时，混凝土中掺引气剂可显著改善其和 易性，在保持含气量为5%±1%时，引气剂能减少单 位用水量约10kg/m（如图2）.

3.5水胶比和粉煤灰掺量的试验设计

目的是使选定的水胶比和粉煤灰掺量既能满足强

冷地区全断面碾压混凝土坝的试验

图2水泥稠度与用水量关系曲线

度要求，也能满足耐久性的要求，同时能节约水泥.按 抗冻要求粉煤灰掺量选30%，混凝土的设计强度等级 为C15,龄期90d经由R=15MPaCv=0.15、P= 85%（t=1.04)计算，混凝土的保证强度为17.8MPa 考虑含气量对抗压强度的影响选用P.0.52.5水 泥，W/(C+F）=0.60,F/(C+F）=50%，求得R90= 2.54MPa

=ARe2 C+F R90 W D

图3相对弹性模量与冻融循环次数 关系曲线（龄期：90d)

关系曲线（龄期：90d）

3.8特性试验与绝热温升

抗渗等级一般均*于0.6MPa.极限拉伸值与常 态混凝土*体相同，其值在0.83×10～0.95×10 之间：抗压弹性模量在26～33GPa之间，较常态混凝 土稍*.碾压层的允许间隔时间宜控制在混凝土的初 凝时间以内. 混凝土在绝热条件下，由水化热试验可以计算出 碾压混凝土28d的绝热温升.即

施工组织设计_026*体积砼的蓄热养护3.6强度试验结果与分析

各种拌和物在满足施工稠度VC=10±5s,含气量 5%±1%的条件下，测其湿容重与VC值、含气量，对 混凝土进行试拌调整 选用P.0.52.5水泥，对混凝土的抗压强度90d 进行统计分析，得出90d抗压强度与水胶比W/（C+ F)、粉煤灰掺量F/（C+F）（%）含气量A（%）的三 元线性回归方程为

(C+F)Q2s P

中 T28一28d绝热温升（C）； Q2s—28d胶凝材料的水化热(J/g); C、F—分别为水泥和粉煤灰用量（kg/m²）; 混凝土热比容，取c=0.96[J/(kgK)]： P一混凝土密度db22∕t 5136-2023 既有建筑幕墙可靠性鉴定标准，取2400（kg/m²）.

全相关系数R=0.996.回归均方差S=1.39MPa 由回归方程可知，R随水胶比的减小而增加；随 粉煤灰掺量的增加而降低.增加含气量会降低其强度 含气量每增加1%.强度约降低4%左右

采用如极限拉伸等的成型方法制作试件.试模尺 寸为100mm×100mm×400mm.粒径D>40mm的粗 集料用湿筛法筛除.相对动弹性模量及重量损失与冻 融循环次数的关系曲线如图3 在水胶比相同[W/（C+F）=0.55]，含气量*体 相近（5%±1%）的情况下，抗冻性随粉煤灰掺量的增 加而降低.在粉煤灰掺量相同，含气量*体相近的情况 下，抗冻性随水胶比的增*而降低.在水胶比与粉煤灰 掺量相同及含气量相近的情况下，P.0.52.5硅酸盐* 坝水泥混凝土的抗冻性优于P.0.42.5矿渣硅酸盐* 坝水泥混凝土