美国RCC规范2006

1、美国陆军工程兵团 工程技术与设计 RCC EM 1110-2-20061. 导言1-1. 目的本手册为坝工或其它工程使用碾压混凝土（RCC）提供资料和指导, 其内容包括材料的勘查与选择、配合比、设计与施工、施工设备和工艺及质量检测等。本手册是工程师手册（EM）1110-2-2000“混凝土应用标准”的补充内容, 本手册的使用者应同时备有EM1110-2-2000及其所列参考文献。本手册不适用于路面碾压混凝土工程。1-2. 适用范围本手册适用于所有美国陆军工程兵团或总工程师办公室, 大部分下一级指挥部、工区、试验室和所负责的所有土木工程的现场施工。1-3. 参考文献参考文献列于附录A。1-4.

2、定义美国混凝土学会（ACI）对碾压混凝土（RCC）的定义是：“碾压混凝土是一种用碾压方法压实的混凝土, 在其未硬化状态下, 能支撑压实施工时使用的碾压设备”（ACI1990）。硬化后的碾压混凝土与常态混凝土类似。ACI对“碾压”（Roller compation）一词的定义是：“使用碾压设备（通常是振动碾压设备）压实混凝土的过程”（ACI1990）。“Rollcrete”和“Rolled concrete”两个名词均不再使用。1-5. 应用可使用土石方填筑设备来运输、浇筑和压实无塌落度混凝土的工程均可采用碾压混凝土。理想的碾压混凝土工程的特点是浇筑面积大, 很少或没有钢筋和金属埋件, 以及不存

3、在其他不连续点, 如墩等结构。当碾压混凝土与其他施工方法比较, 有明显经济上的竞争力时, 应考虑使用碾压混凝土。岸坡保护的石笼或块石护坡等, 可考虑用碾压混凝土结构代替, 特别是在块石不足地区。大体积底座、护坦或路基面、大体积露天基础, 底板、围堰、大体积回填, 紧急抢修和堤坝漫顶保护等都可考虑采用碾压混凝土。碾压混凝土可替代常态混凝土浇筑混凝土重力坝。如果基础允许的话, 碾压混凝土可以用来建筑大堤, 也可以用来作为防波堤心堤帽, 以减少石料用量。实践证明, 采用碾压混凝土可使工程布置更经济, 如可以将侧槽式溢洪道改为坝顶溢流布置方式。附录B是碾压混凝土应用实例表。1-6. 应用目标和建造常态

4、混凝土结构一样, 碾压混凝土建筑物也希望有较高的效益率和质量。设计和施工的目标有：碾压混凝土的填筑应尽量象使用大型土方设备施工一样快；应尽量少的使用劳动力；设计上尽量避免使用多个配合比, 尽量避免对碾压混凝土施工有干扰的其他施工措施或模板要求, 设计上还应避免复杂的施工程序。1-7. 主要优点碾压混凝土施工技术可使碾压混凝土重力坝比常态混凝土或填筑坝更有竞争力。下列因素可使碾压混凝土坝比其他坝型更有优越性：a. 成本碾压混凝土和常态混凝土坝的施工成本过程线表明, 每立方码碾压混凝土的成本单价明显低于常态混凝土, 大约低2550%。这一点主要是取决于施工简化程度和碾压混凝土用量的多少。采用碾压混

5、凝土节约成本, 主要是由于降低了模板、浇筑和压实的费用, 同时也缩短了施工工期。图1-1是世界各地不同规模的工程使用碾压混凝土和常态混凝土的成本比较。表1-1是一个碾压混凝土的成本分析细目表（每立方码）。表1-1. 典型RCC成本分析项 目成本, $/立方码（$/m3）波特兰水泥4.13（5.41）粉煤灰1.14（1.49）WRA0.30（0.39）收缩缝0.58（0.76）铺筑14.00（18.32）垫层砂浆（$0.27/平方码）（$0.32/m2）总计20.15（26.37）b. 快速施工快速施工工艺（与常态混凝土坝或填筑坝比较）和减少材料用量（与填筑坝比较）是碾压混凝土坝节约成本的主要方

6、面。碾压混凝土的最高浇筑速度已达到5,80012,400立方码/天(4,4319,474m3/d), 这个速度可以使大坝浇筑在一个施工期完成, 甚至大的建筑物也可完成。和填筑坝或常态混凝土坝比较, 规模较大的工程可减少12年。快速施工带来的其他效益, 包括减少管理成本、工程提前发挥效益和可能利用对施工期有限制的坝址等。碾压混凝土在坝工建设中的优越性通常均与工期有关。c. 溢洪道和附属建筑物碾压混凝土坝的溢洪道可直接与坝体相结合, 典型的布置是通过坝顶并沿坝体下游面溢流。相反，填筑坝的溢洪道一般是布置在大坝端部或在附近的垭口上另设。一般情况下，填筑坝的溢洪道可能更贵一点。因考虑水量控制或水库淤积

7、，需要在多个不同高程布置取水口时, 取水结构物往往被锚固在坝体上游面。对填筑坝来说, 就得在水库中或坝岸独立修建取水塔。而碾压混凝土坝的取水建筑物费用就低较多, 在高地震区尤其如此。和填筑坝相比, 碾压混凝土坝断面小, 泄水孔和水电站的输水管的断面和长度均会减小。d. 导流和围堰碾压混凝土坝施工期导流也有降低成本的优势，并且可以减少围堰漫顶的风险和损失，和填筑坝相比, 其导流管（渠）缩短。由于缩短工期, 减少了遭遇丰水年的机率, 碾压混凝土坝施工所需的导流管（渠）和围堰高度比常态混凝土坝或填筑坝施工时都要小。因此, 设计导流建筑物时可能仅仅需要考虑一个季节性洪峰流量, 而无需考虑多年洪水。因碾

8、压混凝土抗冲蚀能力强, 即使是真正发生围堰漫顶, 由此而造成的损失也要小得多。e. 其他优点和填筑坝比较, 碾压混凝土坝体积小, 使得施工用料减少, 这是坝址选择中的主导因素之一, 进一步说, 料源开采会显著减少, 同时在环境上也会更另人容易接受。碾压混凝土坝在抗内部侵蚀、洪水漫顶和地震地壳运动等方面也有潜在的安全度。2. 原材料勘查和选择2-1. 原则混凝土材料的勘查和勘查范围的有关原则要求与常态混凝土相同, 见EM1110-2-2000。在个别情况下, 为建碾压混凝土坝可能会适当增加勘查工作量。2-2. 胶凝材料选择碾压混凝土胶凝材料的方法与常态混凝土相同, 也应遵守EM1110-2-20

9、00。在碾压混凝土中掺入火山灰或磨细矿渣, 有特别的益处, 它既是一种矿物充填物, 又具有胶凝特性, 并且在碾压混凝土压实过程中能产生一定程度的润滑作用。型波特兰水泥因可碾压的时间缩短和增加早期析热量而一直未用于碾压混凝土中。2-3. 骨料a. 一般规定选择适当的骨料料源是决定混凝土质量和经济性的最重要因素之一。这一点碾压混凝土和常态混凝土是完全相同的。骨料的勘查也应遵守EM1110-2-2000有关规定。b. 碾压混凝土骨料碾压混凝土骨料的质量和级配评价方法与标准和常态混凝土相同。在发生紧急情况和质量差的骨料并不妨碍混凝土质量满足设计等特殊情况下, 适当降低质量要求是可能的。级配和质量要求的

10、改变必须有试验室和现场试验成果, 并有书面文件表明使用所推荐的材料生产出的混凝土满足工程对强度、耐久性、抗渗性和经济性要求。陆军工程兵团施工使用过的碾压混凝土的标称骨料最大粒径（NMSA）为75mm（3英寸）, 日本和塔贝拉（Tarbela）坝曾成功地使用过更大粒径的骨料, 使用最大粒径大于75mm的骨料, 对大多数陆军工程兵团的建筑物来说, 并无技术上的合理性和经济上的可行性。大粒径骨料会增加碾压混凝土在运输和摊铺过程的分离, 推荐使用最大粒径大于75mm的骨料时, 应提供包括避免产生分离、可压实性确能降低成本等内容的设计文件。通过75m（200号筛）筛的细骨料含量增加时, 碾压混凝土比常态

11、混凝土更能接受这一点, 增大细料通常可以增加拌合物中灰浆含量, 用以充填空隙和增加可碾性。外掺细料可以是无粘性淤泥和粉砂, 或是人工(机制)细砂。在蒙特街海伦尾矿坝（the Mount St. Helens Sediment Retaining）施工中, 曾成功地用超量外掺粉煤灰替代通过75m（200号筛）筛的天然细粉。2-4. 水评价拌合与养护用水水源的水质标准按EM1110-2-2000执行。2-5. 化学外加剂a. 减水和缓凝剂根据CRD-C87*（ASTM C414），B或D型的减水缓凝剂或缓凝剂应能应用于所有碾压混凝土浇筑施工中。减水剂和缓凝剂能延长碾压混凝土可浇筑时间至少1少时,

12、在下层碾压混凝土浇筑前保证层面处于非硬化状态, 因此而保证层间结合良好和增加形成不透水缝的可能性。在高温天气和浇筑层厚为24英寸（61mm）时, 化学外加剂可显著增加碾压混凝土的工作度（和易性）。掺用减水剂和缓凝剂, 在增加工作度（用改良维勃仪衡量）的同时, 可减少用水量。碾压混凝土所需减水剂和外加剂的掺量是常态混凝土的几倍, 外加剂掺量应根据试验室内进行的拌合物配合比研究确定。Vb值较高时（通常是单位用水量低, 工作度小），减水和缓凝效用一般会降低。 * 所有CRD-C规定均在美国水道试验站的砼和水泥手册一书中。b. 引气剂碾压混凝土拌合物中掺用引气剂, 试图使碾压混凝土中产生适当大小的气泡

13、和孔隙, 以便在临界饱和状态中阻止因冻融循环对混凝土的损伤。为弄清在碾压混凝土中是否和怎样形成适当的空气空隙系统, 美国陆军工程兵团水道试验站（USAEWES）曾进行了连续不断的研究。结果表明, 碾压混凝土所需的引气剂掺量比常态混凝土大的多。和浇筑常态混凝土一样, 掺用引气剂在减少拌合用水量的同时可显著改善碾压混凝土的工作度。3. 配合比3-1. 一般规定获得经济、耐久的大体积或结构混凝土, 其碾压混凝土拌合物的配合比选择是一个重要步骤, 配合比的选择在分部试验室（Division Lab.）中完成。和常态混凝土一样, 碾压混凝土拌合物配合比主要是根据结构的强度和耐久性要求来确定的。3-2.

14、基本因素a. 耐久性在临界饱和状态下, 非引气碾压混凝土在冻融条件下抗冻性是差的, 若不在临界状态, 即使在恶劣气候下, 碾压混凝土的抗冻性也是另人满意的。研究表明, 在试验室内可成功地生产混凝土, 然而, 现场生产和浇筑引气碾压混凝土还只在试验中。目前, 测定碾压混凝土的含气量还没有标准方法, CRD-C41（ASTM C231）中的压力法曾被使用过, 但用棒振捣和内部振动方法都不能捣实钵内的混凝土。试验时, 通常用一个符合CRD-C7（ASTM C138）要求的金属、玻璃或丙烯隔板, 置于混凝土顶面。试样的单位重和含气量按CRD-7和41规定的程序进行。拌合物中骨料最大粒径为3英寸（75m

15、m）时, 应用1立方英尺的量器测定单位重, 并用风动捣棒捣实混凝土, 风动捣棒可能是唯一能有效振实混凝土的工具。若碾压混凝土规定有含气要求, 应在试验室和现场来进一步研究和确定所选引气剂的效果和掺量、含气量对碾压混凝土工作度和用水量的影响、运输和压实对空气孔隙系统参数的影响, 以及做进一步的试验, 验证碾压混凝土的质量能否达到要求。碾压混凝土的最大允许水灰比（W/C）应根据建筑物或其部分结构将来所处的环境条件, 按EM1110-2-2000的要求来确定。b. 强度对大体积内部碾压混凝土, 很少有高强度要求。但若碾压混凝土用于建筑物的外部、结构底座、桥墩基础或其他承载结构时, 其强度要求与常态混

16、凝土没有差别。和其他混凝土一样, 碾压混凝土强度主要取决于水灰比（W/C）。CRD-C 10（ASTM C 192）规定了成型低用水泥混凝土（但能靠外部振动和表面加重而压实）圆柱体试件的程序。未了有效压实混凝土, 建议在试验中使用的加重量远远超过10磅（4.5kg）。在没有数据表明W/C与抗压强度的关系时, 可以分别根据图3-1、图32规定的曲线, 估算612英寸（15.2430.48cm）圆柱体试件不同水灰比的抗压强度和当量水泥用量。上述曲线由最大粒径为3英寸, 掺3040%（占胶凝材料绝对体积）F级粉煤灰的碾压混凝土的试验数据求得。根据上述曲线求得的估算值应通过试拌合验证, 以保证能达所要

17、求的平均强度fcr, W/C往往是由耐久性而不是强度要求所决定的。c. 工作度（和易性）碾压混凝土的工作度是反映碾压混凝土成功地摊铺和压实并不产生有害分离现象的性能的, 它含有可碾性、一定程度的可成型性和粘聚性的概念。影响碾压混凝土可碾性的因素与常态混凝土相同, 如骨料级配、颗粒形状、骨料组份, 水泥用量, 化学和矿物外加剂及含水量等。但每一种因素对碾压混凝土的影响程度与常态混凝土是不同的。碾压混凝土的工作度不能用常态混凝土的塌落度试验来测量和判断。在碾压混凝土拌合物配比研究中, 碾压混凝土工作度的主要判断方法是测量其稠度, 稠度用改良维勃数表示。维勃数的试验方法按CRD-C53进行*。大体积

18、碾压混凝土的Vb值一般为1224s。在试验室小型试验块试验中, 常用一种手扶碾来评价碾压混凝土的工作度。在大型试验块上, 使用与现场施工相同的运输、摊铺特别是压实设备是绝对必要的。试验块的尺寸要足够大, 以适应大型设备施工和使其稳定运转。在这些试验基础上, 进一步调整配合比, 若有必要, 可用最终试验确定的Vb值来控制碾压混凝土生产的质量。 *ASTM-C1170-91, 维勃仪压重为50磅(22.7kg)。b. 发热量在大体积碾压混凝土中, 因用水量低, 水泥用量也可降低。在满足强度、经济性及施工和其他要求条件下, 加大火山灰或磨细矿渣用量, 可促使进一步降低水泥用量。在初步施工设计阶段（P

19、ED）设计和试验人员必须紧密配合, 保证配合试验使用的参数与设计选定值一致。在配合比研究中, 火山灰或磨细矿渣的掺量（占绝对胶凝材料体积的百分比）。然后, 根据这些研究成果, 起草工程施工规定。并且试验室提供配比所用原材料的供应合同给承包商。现场浇筑温度影响新拌合硬化碾压混凝土的性能, 在配合比试验研究中应尽可能多的考虑这个因素。e. 骨料碾压混凝土中可以使用曾经使用过的最大粒径的骨料, 但若碾压混凝土骨料的最大粒径大于3英寸时, 就很难处理摊铺和压实过程出现的分离问题。粗骨料级配要求应与工业与民用建筑物使用的常态混凝土相同。各种粒径组份应接近表3-1所列的理想级配要求。细骨料级配应符合表3-

20、2规定。细骨料含量（占总骨料体积的百分比）的估算值见表3-3。用粒径小于75m的细粉来充填细骨料的空隙和增加拌合物粘聚性是必要的。这一种作为填充料的的细粉可以是粉煤灰、天然火山灰、磨细矿渣或天然细砂。掺入粉煤灰、天然火山灰或磨细矿渣还可减少总用水量, 降低W/C, 提高强度。碾压混凝土中使用略作处理的砂砾石毛料, 会加大用水量、降低耐久性和抗压强度, 层间结合情况也不如使用经认真加工处理骨料的碾压混凝土。略做处理的毛料会降低混凝土的性能, 除非经试验证明其满足工程所有技术和经济要求才可使用。f. 含水量表3-4给出了各种最大粒径骨料对应的拌合用水量估算值。表中数值是天然骨料和人工骨料配制的大体

21、积结构混凝土拌合物用水量的平均值。对于含有某一具体骨料组份的碾压混凝土用水量, 当胶凝材料用量变化较大时, 其变化相对很小。表3-4是Vb值随含水量变化而变化估算值。表3-5是含各种最大粒径骨料的碾压混凝土拌合物砂浆含量的估算值。表3-1 粗骨料理想级配筛 网 尺 寸通过筛网的累积百分数4.7575mm4.7537.5mm4.7519.0mm75.0mm（3英寸）10063.0mm（2-1/2英寸）8850.0mm（2英寸）7637.5mm（1-1/2英寸）6110025.0mm（1英寸）447219.0mm（3/4英寸）335510012.5mm（1/2英寸）2135639.5mm（3/8英

22、寸）1423414.75mm（4号筛）14-注：-表示数据无效。表3-2 细骨料级配限值筛网尺寸通过筛网的累积百分数级配限值天然砂人工砂人工+天然3/8英寸(9.5mm)1001004号 (4.75mm)5 95100 010010099988号 (2.36mm)25 7595 584898477877116号 (1.18mm)45 5588 1271856963804430号 (0.60mm)65 3560 4062825351733250号 (0.30mm)76 2440 60556143254926100号(0.15mm)88 1228 7217452083521200号(0.075mm

23、) 818 1134113615细度模数（FM）2.1 2.52.771.983.08表3-3 细骨料占总骨料体积比率的估算值标称最大粒径和粗骨料类型细骨料比率(占总骨料体积的百分比)75mm（3英寸）人工293675mm（3英寸）卵石273437.5mm（1-1/2英寸）人工394737.5mm（1-1/2英寸）卵石354519.0mm（3/4英寸）人工485919.0mm（3/4英寸）卵石41453-3. 选择碾压混凝土配合比的步骤a. 一般规定试验室应使用那些用于具体工程的代表性材料来配制碾压混凝土拌合物。碾压混凝土拌合物配制方法和特点与常态混凝土非常相似。其主要差别是由碾压混凝土用水量

24、相对低和无塌落度造成的。但一般不能用改变某一变量而重新配制常态混凝土的方法来生产碾压混凝土, 如单独减少用水量, 改变砂浆体积和粗骨料的组份, 减少W/C或增加细骨料含量等。碾压混凝土拌合物必须有足够的稳定性来支撑振动碾的重量和其它重型设备。同时碾压混凝土还应有足够的和易性来允许骨料有某种程度的重新定位。在压实过程中, 这种重新定位能使骨料颗粒间的空隙被灰浆充填。经验表明, 为充填骨料空隙, 最小灰浆/砂浆体积比为0.42。b. 步骤1, 确定与混凝土配合比相关的基本资料 设计强度和龄期； 预期的暴露条件； 水灰比限制值； 外加剂要求； 最大骨料粒径, 料源和质量； Vb值。c. 步骤2, 确

25、定材料的基本特性所有材料均应有足够量的代表性试样, 用来做试拌试验验证材料的特性。和常态混凝土相比, 因增加试拌试验和试验块, 试验用材料要增加。为进行配比研究, 应确定所提交原材料的下列特性： 所有骨料的筛分分析成果； 骨料的松散容重（ssd）和吸水量； 水泥和火山灰或磨细矿渣的物理、化学特性； 骨料质量。d. 步骤3, 若工程设计文件中未给出最大水灰比, 对预期的暴露条件, 根据EM1110-2-2000选取最大允许值。把这一水灰比值与按图3-1求得的满足fcr要求的估算值相比较, 在配合比计算中选用这两个水灰比值中的较小者。e. 步骤4, 根据Vb值和最大骨料粒径, 按表3-4估算碾压混

26、凝土的用水量和含气量。f. 步骤5, 用步骤3选定的水灰比值除以按步骤4选定的含水量值, 计算水泥重量。把求得的水泥重量和按图3-2确定的水泥用量相比较, 必要时对计算值进行调整。若使用火山灰或磨细矿渣, 应根据水泥绝对体积当量来计算水泥和火山灰或矿渣的重量。g. 步骤6, 确定粗骨料组份比例使粗骨料级配最大限度地接近表3-1中给出的理想级配。h. 步骤7, 把细骨料级配与表3-2中给定的推荐限值相比较。若细骨料粒径不适当, 可用承包商提供的火山灰、磨细矿渣或其他不含杂质的细料补充细骨料。按表3-3选择最大骨料粒径的细料含量。i. 步骤8, 根据步骤27所得的资料, 计算1立方码（0.764m

27、3）碾压混凝土所需的所有组份的绝对体积和饱和面干重量。j. 步骤9, 累加胶凝材料、小于4.75mm（4号筛）的细骨料、水和空气量的绝对体积, 计算拌合物中的砂浆含量。将砂浆含量与表3-5中的数值进行比较, 必要时调整细骨料用量, 使其接近与粗骨料种类最大粒径相对应的砂浆含量的平均值。k. 步骤10, 计算灰浆的绝对体积和灰浆与砂浆的绝对体积比Vp / Vm。灰浆包括小于75m（200号筛）筛孔的骨料和矿物充填细料、胶凝材料、水及空气量。Vp / Vm的最小值应为0.42, 以保证所有骨料粒径间空隙均被充填。必要时, 应采取增加胶凝材料用量、用小于75m（200号筛）筛孔的骨料作等量替代和增加

28、用水量等措施来使Vp / Vm达到最小值。l. 步骤11, 由试拌试验评价碾压混凝土拌合物的和易性和强度。进行混凝土Vb和含气量测试, 以及成型612英寸（15.230.4cm）圆柱体抗压强度试件。3-4. 例题在温和气候条件下, 修建48英寸（121.92cm）厚的溢流板。90天龄期设计抗压强度为1500psi（10.5Mpa）, 水流流速小于25英寸/秒（7.7m/s）, 混凝土浸在水中, 不配钢筋, 大型设备容易进入现场。浇筑条件允许使用大粒径骨料, 附近有一采石场可生产最大粒径为75mm的骨料。有F级粉煤灰可用。在设计研究阶段考虑使用碾压混凝土。表3-4, 各种最大粒径骨料用水量和含气

29、量估算值（非引气RCC）Vb（s）用水量（磅/立方码）*19.0mm37.5mm75.0mm10162522261902751552851725225270157225143200含气量的近似值* (%)1.52.70.22.230.53.1* 这些数值是供做试拌试验时估算用水量和含气量使用的。使用天然骨料或拌合物细骨料含量低时取较小值, 人工骨料或拌合物细骨料含量高时取较大值。1磅/立方码=0.59294kg/m3。 * 小于37.5mm（1-1/2英寸）那部分拌合物的含气量。表3-5, 砂浆含量估算值标称最大粒径和粗骨料类型砂浆含量(立方英尺/立方码)75mm（3英寸）人工10.315.3

30、75mm（3英寸）卵石10.114.937.5mm（1-1/2英寸）人工11.718.237.5mm（1-1/2英寸）卵石12.118.619.0mm（3/4英寸）人工17.321.319.0mm（3/4英寸）卵石- 注：-表示数据无效。1立方英尺/立方码=0.037m3/m3。a. 步骤1, 因无现场抗压强度试验结果, 因此, fcr=fc+1000=1500+1000=2500psi（17.5Mpa）（90天龄期）。（见EM 1110-2-2000）。 根据暴露条件和最小耐久性要求, 确定最大允许水灰比为0.65。（见EM 1110-2-2000）。 有关工程文件限定的混凝土最高浇筑温度为

31、85（29.4）气象资料表明在混凝土浇筑期本地日平均最高气温为78（25.6）。因此无冷却施工要求。 因结构浸在水中, 无冻融破坏, 因此, 无须使用引气剂。 拌合物中将使用型波特兰水泥和F级粉煤灰。胶凝材料中含有40%的粉煤灰（占绝对体积），这样可以减小混凝土成本和降低混凝土的温升和由此而产生冷却缝的可能性。 有关运行记录很好地表明含有料场骨料的混凝土性能相当优良。岩相分析和骨料试验表明料场的岩石是坚硬、致密和耐久性良好的玄武岩, 是相当合适的混凝土骨料, 粗骨料满足骨料级配要求, 然而, 生产者无法满足表3-2给出的细骨料级配限值。 用临近一个料坑中的天然细砂补足细骨料的不足。岩相分析表明

32、, 这种材料基本上是由粉煤灰和浮石碎片组成的火成岩屑。试验结果表明, 这种砂可用于混凝土中。 碾压混凝土中使用符合CRD-C87（ASTM C 494）标准的D型外加剂, 用来改善碾压混凝土拌合物的和易性和延缓凝结时间, 从而便于浇筑施工和改善层间结合。在初步试拌试验中, 外加剂掺量选定为每100磅胶凝材料中含10液量盎司（296 lm）（653 lm/100kg）。为使新拌合硬化后的混凝土性能达到预期要求, 需加大碾压混凝土的外加剂掺量, 初步试拌试验完成后, 应对一系列不同外加剂掺量的拌合物进行试验, 通过评价外加剂对Vb、用水量、凝结时间和抗压强度的影响来确定外加剂掺量。 Vb为1520

33、s时, 可提供有效摊铺和压实碾压混凝土所需的和易性。b. 步骤2, 在料场料堆和天然砂场提取拌合物配比研究所需的样品。 表3-6给出了骨料样品的试验结果。 波特兰水泥和F级粉煤灰的容重分别为3.15和2.26。c. 步骤3, 最大允许水灰比为0.65。90天龄期的fcr值为2500psi（17.5Mpa）, 根据图3-1可知水灰比的估算值为0.63, 确定拌合物配合比时应选较小的水灰比值。d. 步骤4, 对最大粒径为3英寸的骨料, 根据所选择的Vb值范围, 由表3-4可选定用水量为189磅/立方码（112kg/m3），含气量为1.0%。表3-6, 骨料试验结果筛 网 尺 寸通过筛网累积量（%）

34、37.575mm19.037.5mm4.7519.0mm细骨料天然细骨料75mm（3英寸）10063mm（2-1/2英寸）9050mm（2英寸）4610037.5mm（1-1/2英寸）49525mm（1英寸）03410019mm（3/4英寸）89812.5mm（1/2英寸）1599.5mm（3/8英寸）129100 4.75mm（4号筛）498 2 2.36mm（8号筛）185 151.18mm（16号筛）67 33600m（30号筛）42 58100300m（50号筛）42 5898150m（100号筛）22 788675m（200号筛）8 72.1细度模数 2.440.16松散比重ssd,

35、2.792.772.762.772.56吸水性（%）0.71.01.41.611.9e. 步骤5, 拌合物中的胶凝材料用量等于用水量除以水灰比。W/C=0.63用水量=189磅/立方码（112kg/m3）水泥重量=1890.63=300磅/立方码（178kg/m3）从图3-2可知, 要碾压混凝土拌合物90天龄期抗压强度达到2500psi（17.5Mpa），胶凝材料用量约为315磅/立方码（187kg/m3）。因为根据图3-1和图3-2选定的是近似值, 所以在试拌试验中使用的胶凝材料用量为300磅/立方码（178kg/m3）。胶凝材料中含有40%的F级粉煤灰（占绝对体积）。胶凝材料绝对体积=30

36、0磅=1.526立方英尺(43.2dm3)3.1562.4磅/立方英尺波特兰水泥绝对体积=0.61.526立方英尺 =0.916立方英尺（25.9dm3）粉煤灰绝对体积=0.41.526立方英尺 =0.610立方英尺（17.3dm3）波特兰水泥重量=0.916立方英尺62.4磅/立方英尺3.15 =180磅/立方码（108kg/m3）粉煤灰重量=0.610立方英尺62.4磅/立方英尺2.26 =86磅/立方码（51kg/m3）f. 步骤6, 7, 根据表3-1中给出的3英寸最大骨料粒径理想粗骨料级配, 决定粗骨料的组份, 使其最接近表中的估算值。细骨料的组份应满足其混合级配接近表3-2给定的级

37、配限值范围的中间值。根据表3-3选定细骨料含量为34%。粗骨料、细骨料的混合级配和总的混合骨料级配见表3-7。表3-7, 混合料级配筛 网 尺 寸通过筛网累积百分数粗骨料细骨料粗细骨料混合级配混合级配理想级配混合级配级配限值75mm（3英寸）10010010063mm（2-1/2英寸）96889750mm（2英寸）78768537.5mm（1-1/2英寸）60617425mm（1英寸）4344579.5mm（3/8英寸）1014100100414.75mm（4号筛）109895-100342.36mm（8号筛）8775-95301.18mm（16号筛）7155-8024600m（30号筛）49

38、35-6017300m（50号筛）3124-4011150m（100号筛）1712-28675m（200号筛）10.98-183.7细度模数2.472.1-2.75注：37.575mm为40%, 1937.5mm为26%；表3-1；88%为人工细骨料, 12%为天然细骨料；表3-2；66%粗骨料, 34%细骨料。骨料每一粒径组组份如下：37.575mm=（0.40）（100-34）=26.4%1937.5mm=（0.26）（100-34）=17.2%4.7519mm=（0.34）（100-34）=22.4%人工细骨料=（0.88）（100-66）=29.9%天然细骨料=（0.12）（100-6

39、6）=4.1%g. 步骤8, 确定拌合物中的每种组分的重量和绝对体积。 根据步骤5, 水=189磅/立方码=3.029立方英尺水泥= 180磅/立方码=0.916立方英尺粉煤灰=86磅/立方码=0.610立方英尺总计=4.555立方英尺（120dm3）颗粒细于1.5英寸（38mm）筛孔的那部分拌合物的含气量的估算值为1.0%。确定含气量体积, 可按下列试算方法进行：拌合物总含气量的估算值=0.212立方英尺（6dm3）空气、C、F、W的体积=0.2124.555=4.767立方英尺(135dm3)骨料体积=27.000-4.767=22.233立方英尺根据步骤6和7, 细于1.5英寸筛孔的细骨

40、料占全部骨料绝对体积的74%, 粗骨料为26%。因此, 颗粒细于1.5英寸（38mm）筛孔的那部分拌合物的体积为：27.0000.2622.233=21.219立方英尺（600dm3）或0.7422.2334.767=21.219立方英尺（600dm3）含气量估算值=颗粒细于1.5英寸那部分拌合物体积的1%=0.0121.219=0.212立方英尺（6dm3） 骨料总体积=22.233立方英尺, 根据步骤6和7, 每一骨料粒径组的绝对体积列于表3-8。 确定拌合物每一种成份的绝对体积和重量, 列与表3-9。h. 步骤9, 计算砂浆体积：砂浆体积=VcVfVwVkVs =0.9160.6103.

41、0290.2120.3422.233 =12.326立方英尺（349dm3）由表3-5可知, 砂浆含量在容许限值内。表3-8, 骨料绝对体积粒径体积百分比（%）绝对体积, 立方英尺（m3）37.575mm26.45.869（0.166）19.037.5mm17.23.824（0.108）4.7519.0mm22.44.980（0.141）人工细骨料28.96.648（0.188）天然细骨料4.10.912（0.026）总 计100.022.233（0.629）表3-9, 拌合物配合比实例 项目材料 单位体积比重重量立方英尺（m3）磅/立方码（kg/m3）粗骨料37.575mm5.869（0.1

42、66）2.791022（600.9）19.037.5mm3.824（0.108）2.77661（388.7）4.7519.0mm4.980（0.141）2.76858（504.5）细骨料人工6.648（0.188）2.771149（675.6） 天然0.912（0.026）2.56146（85.8）胶凝材料水泥0.916（0.026）3.15180（105.8）粉煤灰0.610（0.017）2.2686（50.6）水3.029（0.086）1.00189（111.1）空气0.212（0.006）NA*NA*D型外加剂NA*NA*42 fl.oz.总 计27.0004291（2523.1）i.

43、步骤10, 计算灰浆体积：灰浆体积=VcVfVwVkVs =0.9160.6103.0290.2120.03722.233 =5.590立方英尺（158dm3）检验灰浆与砂浆体积比：Vp/Vm=V灰浆V砂浆=5.59012.326=0.45 大于所需要的最小值0.42。j. 步骤11, 根据新拌碾压混凝土试验结果, 进行试拌试验调整配合比。第一次试拌结果如下：空气含量=1.2%Vb=5s表观现象表明, 除Vb值偏低外, 拌合物组合良好, 根据用水量变化3%将导致Vb变化10s的假定调整用水量, 按步骤211确定配合比。并做下列调整： 用水量：减少3 %=183磅/立方码； 水灰比：水泥用量不变

44、, 水灰比降到0.61； 骨 料：不变。k. 步骤12, 确定最终用水量后, 配置稍高或稍低于水灰比的拌合物。骨料的组份和细骨料的含量也需要做较小的改变, 同时还应对用水量作少量调整。通过这些试验成果, 绘制抗压强度与W/C或水泥用量关系曲线, 用来选择拌合物的配合比。3-5, 拌合物配合比的现场调整实践证明, 根据上述步骤确定的拌合物是可行的。和常态混凝土一样, 还需对配合比做较小的现场调整。应该利用初步试验段和工程试验段试验对配合比做必要的现场调整。在试验段试验中, 通过表观观察、Vb试验结果和核子密度仪检测结果来进一步调整配合比。Vb也是有效控制碾压混凝土稠度的手段。一旦确认拌合物太干或

45、太湿, 仅需在拌合物中增加或减少用水量, 直至混凝土用振动碾有振碾压3或4遍（即被压实）为止, 除非加水后使总用水量增加而导致W/C高于最大限定值, 否则不必改变水泥用量。若现场调整需使水灰比恢复到原定值, 则应在观察和易性和所定的Vb的基础上进行试算调整。4. 设计和施工4-1, 试验段a. 初步试验段在主体工程设计阶段, 应该在一个便利的地方完成初步试验段试验, 以此来确定碾压混凝土拌合物配合比的设计特性, 并观察碾压混凝土摊铺和压实的情况。这是评价拌合物配合比、骨料性能、层间浇筑间隔时间、浇筑层厚、摊铺和压实工艺及碾压混凝土升温特性的手段。设计阶段试验段的浇筑应雇佣有施工经验特别是有试验

46、段施工经验的承包商, 对较小规模的工程, 初步试验段施工时间往往稍早于合同生效期。b. 工程试验段对主题工程而言, 即使在设计阶段完成了初步试验段, 工程承包商进行工程试验段施工, 也是必不可少的。承包商通过试验段施工这个机会, 来研究和确定有效浇筑碾压混凝土的工艺和设备。工程试验段设计时, 应考虑验证承包商的生产能力, 是否满足合同文件规定的, 碾压混凝土质量和数量要求。在合同期内, 应允许承包商提前进行工程试验段施工。必要时, 应增加配料和拌合系统的规模, 改进卸料、铺料和压实工艺；或改进其它认为影响碾压混凝土施工质量的操作。c. 协作设计人员和分部实验室人员应严格控制每个试验段的施工,

47、并进行广泛的试验。每一个试验段都应有足够的规模, 来保证允许使用全部生产设备, 和允许达到试运转及连续稳定生产的状况。试验段的花费几乎完全可以从生产施工中增加的质量效益中成倍成倍地回收。任何试验段施工中, 使用的配料与拌合设备、振动碾和推土机等均应与工程施工中将要使用的设备相同或类似。4-2. 表面处理工艺a. 一般规定必要时, 可以用预制或现浇常态混凝土来覆盖碾压混凝土的垂直或接近垂直的暴露面, 用以增加暴露面的耐久性和约束碾压混凝土每一浇筑层的外边缘。碾压混凝土大坝的上游面可能特别需要这种处理, 下游面往往也需要。现浇常态混凝土将会增加上游面的抗渗性, 同时也增加抗侵蚀和抗冻融破坏的能力。

48、然而, 任何碾压混凝土挡水建筑物的设计, 不应该考虑主要依靠上游面系统来防渗。设计时, 抗渗应主要依靠碾压混凝土自身, 依靠恰当的配合比、层面处理和碾压混凝土卸料、摊铺和压实工艺。常态混凝土还能提供安装收缩缝止水和缝面排水的介质, 还可在其中布置温控或抗震钢筋、模板固定锚筋或埋设无法在碾压混凝土中埋设的仪器。b. 碾压混凝土和坝面常态混凝土或坝岸垫层混凝土同时浇筑当在碾压混凝土坝上游面现浇常态混凝土或在坝岸基岩上铺设常态混凝土时, 必须特别注意碾压混凝土与常态混凝土的交接面，保证碾压混凝土完全被压实, 和碾压混凝土与常态混凝土在交接面上相互混合。捣实应按某一顺序进行, 以便使整个交接面混合,

49、交接面本身和材料均无分离和空隙, 而形成整体坝块。推荐的顺序是先沿刚性模板或坝岸基岩面浇筑常态混凝土, 随后紧靠常态混凝土薄层浇筑碾压混凝土。每一层碾压混凝土都应该用推土机强有力地压入常态混凝土中, 直到达到一个完整浇筑层厚。两种类型的混凝土沿坝面的延伸施工应控制在设备所能满足的一个浇筑时间间隔内。任何一种混凝土初凝前, 在两种混凝土界面附近用强力内部混凝土振捣器插入混凝土中, 进行振捣是必不可少的。强力振捣器最好是振捣机组或类似设备, 而不希望用人工操作的手持式振捣器。在碾压混凝土、常态混凝土中掺入缓凝剂, 可以改变交接面上两种材料的和易性和延长初凝时间, 保证结合面胶结良好。交接面压实往往

50、是质量控制的难题, 要成功的压实交接面, 强调要使用强力振捣器和细心地剔除已产生分离的骨料。c. 道牙滑模系统在位于犹他州的上静水坝施工中, 美国垦务局（USBR）使用滑模在大坝上游和下游面各浇筑了引气常态混凝土面板结构。滑模沿大坝挤压成型一道牙面板结构, 用激光控制装置来保证结构的坡度和准线。大坝两边的每一层道牙结构有强度后, 在下一层道牙浇筑以前, 在上下游道牙之间沿坝面宽度方向以1英尺（30.48cm）层厚浇筑碾压混凝土, 用这种方法施工, 碾压混凝土和常态混凝土之间无混合, 但这套系统可以在上、下面形成笔直且相当美观的坝面。人们对这套系统关注的是碾压混凝土和道牙结合面的情况, 这个结合

51、面可能无任何胶结, 因此碾压混凝土和坝面间形成一个薄弱面, 同时结合面的碾压混凝土也可能存在分离和块石空穴等。当建筑物浇筑层厚不超过*1英尺时, 这套系统的使用会受到限制，因为2英尺（60.96cm）浇筑层厚要有44.5英尺（121.92137.16cm） * 编者认为“不超过”应为“超过”。编者在泰国塔丹坝（KHLONG THADAN DAM）有使用RCC层厚30cm的施工经验。2倍RCC层厚是道牙的有效高度, 而道牙的内侧高度是RCC层厚的3倍（90cm）。若在增加RCC层厚, 势必增加道牙混凝土的高度, 很快脱模的道牙混凝土（滑模速度为1.01.5m/min）会坍塌或者滑模速度很慢。高的

52、道牙来保持碾压混凝土有一个适当的浇筑速率。上静水坝采用1英尺层厚时, 道牙成型经常限制了碾压混凝土浇筑速率。加大层厚可能会产生额外工序问题。d. 预制面板系统有几个大坝曾使用预制板成型上游坝面。一些大坝并不想截断渗流, 而另外一些大坝面铺有连续的PVC薄膜, 用来完全堵塞渗水水流。在预制板上贴衬薄膜是切断碾压混凝土坝渗流的可靠方法, 预制板应合理和细心地安装。但长期运行记录表明这种方法不适用, 因此不能依靠这种方法提供永久的主要防渗措施。此外, 因为受薄膜成本和要细心密封所有接缝、避免搬运和铺设过程中的损伤等影响, 这一套系统的成本高。不管是否帖衬薄膜, 预制板既作为模板又作为坝的一部分, 可

53、以提供与耐久的引气常态混凝土一样的光滑表面。预制板倾斜时, 其伸高部分会妨碍碾压混凝土摊铺和压实，所以预制板仅在垂直面情况下使用。e. 非压实坡面若对碾压混凝土边坡不压实或少压实, 则坡面应为天然休止角度4045。大坝的坡面使用这个斜度, 就可以在不用特殊设备或模板条件下, 用非压实碾压混凝土形成非溢流的下游坝面。非压实面的外观呈天然粗糙砾石状, 且强度有限。使用非压实坡面时, 结构的横断面应稍微加宽（至少12英寸）, 用来考虑风化作用超过工程耐久性时所造成的损耗与剥落（见图 4-1）。坝体外部非压实部分（即废弃的混凝土）不应作为坝体结构剖面的一部分。4-3. 防渗碾压混凝土最重要的设计问题之一是防渗。从结构稳定、对耐久性有长期不利影响、影响下游面外观和经济性等方面来看, 不希望有超量渗漏。配合比适当及拌合、摊铺和压实良好的碾压混凝土结构的抗渗性应与常态混凝土一样。碾压混凝土的层间缝是坝体主要的潜在性渗漏通道。渗漏可以通过一些综合的有效设计或施工措施得到控制, 如在每一个浇筑层面全部铺设垫层砂浆, 在收缩缝设置止水, 设置排水和收集渗水的设施等。收集到的水可以被引入廊道或坝趾。收集方法包括在上游面设置带有止水的排水设施和打垂直排水孔通过靠近上游