黄花寨水电站碾压机具比较试验

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

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

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

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

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。