1.降雨对碾压混凝土可碾性影响的分析
降雨模拟试验表明,雨水降落在处于碾压施工的混凝土拌和物上,随降雨强度的不同,碾压混凝土拌和物的含水状态也随之发生不同程度的改变,这种改变由表层至混凝土内部一定深度范围。碾压混凝土拌和物的用水量少,属干硬性混凝土,所以对降雨引起的含水量增加比常态混凝土更加敏感,主要特征是碾压混凝土拌和物工作度的改变。在碾压混凝土施工中,混凝土拌和物工作度包括可塑性、稳定性以及易密性等性质。所以碾压混凝土拌和物工作度的好坏,直接影响到混凝土拌和物的可碾性及其硬化后的各项物理力学性质。
图3-3-19 碾压混凝土单位体积用水量与VC值的关系曲线
在碾压混凝土坝施工过程中,当原材料及配合比确定时,衡量碾压混凝土拌和物工作度的量化指标是碾压混凝土的单位体积用水量W(kg/m3)或VC值。为了说明两者之间的关系,依据龙滩水电站重力坝碾压混凝土配合比,经试验可确定碾压混凝土单位体积用水量W 与其拌和物VC值之间的关系,如图3-3-19所示。
碾压混凝土特定的施工方法,要求拌和物具有良好的工作度。这就是要求碾压混凝土拌和物既能承受振动碾在其上行走不沉陷,又不至于过于干硬而难以碾压密实。在碾压混凝土坝施工前,一般依据碾压混凝土的设计配合比和使用的原材料,在相同的施工环境条件下,通过现场碾压试验,确定碾压混凝土拌和物的最优单位体积用水量Wop或最优稠度VC值(或基准VCop 值),在最优单位体积用水量Wop或最优稠度VC值条件下,碾压混凝土拌和物最易于碾压密实,达到最大压实密度值。图3-3-20是依据龙滩碾压混凝土配合比,经碾压试验而得到的单位体积用水量和压实密度的实测关系曲线。
降雨对碾压混凝土拌和物含水量、VC值的影响及其范围见表3-3-23。降雨强度与碾压混凝土压实层内单位体积含水量、VC值的关系如图3-3-21和图3-3-22所示。
图3-3-20 碾压混凝土压实密度与单位体积用水量关系曲线(压实厚度30cm)
结果表明,在降雨条件下施工的碾压混凝土,因雨水渗入碾压混凝土拌和物内,使其单位体积含水量增加,增加的含水量为ΔW(kg/m3)。因此,受降雨影响后,碾压混凝土拌和物的实际含水量变化为Wop+ΔW。需要说明的是,由于雨水逐渐下渗,随降雨强度的变化、拌和物摊铺后搁置时间的长短,降雨对碾压混凝土铺筑层的影响范围不同。降雨强度越大,受雨时间(碾压混凝土拌和物摊铺后至碾压完毕的时间)越长,降雨对碾压混凝土的影响深度就越大。
表3 3 23 混凝土层内含水量均值及VC值均值
图3-3-21 降雨强度与碾压混凝土压实层内单位体积含水量关系曲线
图3-3-22 降雨强度与碾压混凝土VC值关系曲线
在降雨条件下施工的碾压混凝土拌和物,适当减少拌和用水量,对于减小降雨对碾压混凝土可碾性的影响,是一种可行的施工技术措施。需要特别指出的是,在碾压混凝土施工过程中,遭遇到大于5mm/h的降雨强度(大雨)时,雨滴足以产生对碾压混凝土拌和物表面砂浆的冲刷影响,使得表面包裹的砂浆剥离。因此,当雨强超过5mm/h时,应停止碾压施工,而不宜采用减少拌和用水量的方式来继续施工。
2.降雨对碾压混凝土压实密度的影响分析
根据降雨条件下碾压混凝土施工的模拟试验结果,对于不同的降雨强度,碾压混凝土压实层内各测点压实密度ρ的实测值如表3-3-24所示,表3-3-25为碾压混凝土拌和物减少拌和用水量后,在不同降雨强度条件下碾压混凝土压实层内各测点压实密度ρ的实测值。
表3-3-24 不同降雨强度条件下碾压混凝土压实密度实测值 单位:kg/m3
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表3-3-25 减少拌和用水量后碾压混凝土压实密度实测值 单位:kg/m3
相对密实度是评价碾压混凝土压实质量的指标。相对密实度是指碾压混凝土施工仓面,实测压实密度值与碾压混凝土配合比室内试验获得的平均基准密度(即密度大值平均值)之比的百分数。在碾压混凝土施工中,原材料和配合比一经确定,碾压混凝土配合比理论密度是一个常数,它与基准密度值接近,有时相对密实度也用实测密度与配合比理论密度之比表示,即ρ测/ρ配(%)。 施工中碾压混凝土的实际压实密度,随着施工条件的变化而变化,所以相对密实度的大小与施工质量的好坏密切相关。碾压混凝土的相对密实度越接近100%,表明它的压实质量越高。
碾压混凝土的相对密实度对其物理力学性能有着极其显著的影响。已有的研究成果表明,碾压混凝土相对密实度降低1%,则混凝土强度降低约8%~10%。日本的实测资料也表明,碾压混凝土相对密实度降低1%,90d龄期的混凝土强度降低2MPa。因此,在规定的施工条件下,一定要保证达到设计要求的相对密实度。
在降雨条件下施工的碾压混凝土,由于降雨引起碾压混凝土拌和物含水量增加,使实际压实密度偏离正常情况较远,也就是使得碾压混凝土的相对密实度产生波动。不同降雨强度时碾压混凝土的实测相对密实度如表3-3-26所示(碾压混凝土配合比理论密度ρ配=2500kg/m3)。减少拌和用水量后,在降雨条件下施工的碾压混凝土相对密实度实测值如表3-3-27所示。结果表明,降雨强度达到5mm/h以上时,测得的碾压混凝土相对密实度已不能满足规范要求的压实质量;减少一定数量拌和用水后施工的碾压混凝土,仍可得到令人满意的压实效果。
表3-3-26 不同降雨强度的碾压混凝土相对密实度实测值
表3-3-27 减少拌和用水量后的碾压混凝土相对密实度实测值
3.降雨对于碾压混凝土施工层面结合质量的影响分析
为了分析降雨对于碾压混凝土坝施工层面结合质量的影响,并能较真实地反映现场施工的实际情况,在模拟试验中进行了两种施工工况的试验研究。第一种工况,在碾压混凝土施工过程中,碾压混凝土已碾压完毕,并形成施工层面,施工层面受不同降雨量作用后,在其允许的时间间隔内铺筑上层混凝土;第二种工况,在碾压混凝土拌和料摊铺及碾压过程中受到不同降雨量作用后,连续进行碾压混凝土施工。在上述两种情况下,分别对不同降雨强度的作用,测试碾压混凝土层间抗剪断强度参数c′和f′值。层间抗剪断强度参数的测试采用多点峰值法,实测数据如表3-3-28所示。
碾压混凝土层间剪应力τ(MPa)、抗剪断强度参数凝聚力c′(MPa)和内摩擦系数f′按库仑公式计算,即
式中 σ——层面上的正应力,MPa。
表3-3-28 层间抗剪断强度参数试验成果
由实测数据,按库仑公式用最小二乘法原理拟合可得到碾压混凝土层面剪应力与正应力间的关系曲线,如图3-3-23所示。
图3-3-23 碾压混凝土层面τ—σ关系图
(a)降雨强度0mm/h;(b)降雨强度3mm/h;(c)降雨强度5mm/h;(d)降雨强度8mm/h
降雨条件下施工的碾压混凝土层面在第一种工况下,已碾压成型的碾压混凝土层面,受不同降雨量作用时,只要在层面允许的间隔时间范围内,铺筑上层碾压混凝土拌和料,其层面抗剪断强度参数指标所受影响不显著。当降雨达到8mm/h时,实测的层面抗剪断强度参数c′和f′值,仍能达到设计所要求的规定值,如对设计规定要求的c′=3.24MPa,f′=1.56,表3-3-28中的实测值均满足设计要求。在所有测试试件中,并非所有试件均沿层面被剪断。在第二种工况条件下,由于未碾压的混凝土拌和物受降雨作用后,含水量有显著增加,碾压混凝土层面抗剪断强度参数指标,受降雨作用影响较显著。当降雨强度大于3mm/h时,测得的层间抗剪断强度参数c′和f′值,均低于设计所规定的要求值。这主要是由于降雨增加了碾压混凝土拌和物的含水量,特别是随着降雨强度的增大,碾压混凝土层面泛浆愈加严重,致使层面出现较厚的砂浆,并产生泌水,成为结合层面的薄弱部位。这从被剪断试件中也可看出,在第二种工况下的抗剪断试件,基本上都是沿层面破坏被剪断的。
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