堆石混凝土技术白皮书

堆 石 混 凝 土 技 术 白 皮 书北京华实水木科技有限公司2011年9月15日目录1. 堆石混凝土技术简介 (1)2. 堆石混凝土系列技术解决方案 (4)2.1普通型堆石混凝土 (4)2.2抛石型堆石混凝土 (5)2.3专用自密实混凝土 (7)2.4水下自密实与堆石混凝土 (7)3. 堆石混凝土原材料的基本要求 (9)3.1专用自密实混凝土原材料 (9)3.2堆石料 (10)4. 堆石混凝土主要施工环节 (11)4.1堆石入仓 (11)4.2模板工程 (12)4.3专用自密实混凝土施工 (12)1. 堆石混凝土技术简介堆石混凝土（Rock-Filled Concrete，简称RFC）技术是由清华大学水利水电工程系发明并获得国家发明专利授权的新型大体积混凝土施工技术，其技术特征是利用专用自密实混凝土（Self-Compacting Concrete，简称SCC）充填堆石空隙形成完整密实的混凝土，具有低碳环保、低水化热、工艺简便、造价低廉、施工速度快等特点，包括普通型堆石混凝土和抛石型堆石混凝土。

图1.1 普通型堆石混凝土示意图图1.2 抛石型堆石混凝土示意图图1.3 堆石混凝土构造示意图堆石混凝土中堆石的体积比例一般可以达到55%~60%，能够充分利用初级开采的石料或者开挖料中的大块石，最大限度地降低了胶凝材料用量的同时还在骨料破碎、混凝土生产浇筑等施工环节上大大的节约了能源，减少了二氧化碳的排放；因此堆石混凝土技术是一种新型低碳环保的混凝土施工方法。

堆石混凝土技术用于大体积混凝土施工还具有以下特点。

（1）低水泥用量与低水化热堆石混凝土可以充分利用粉煤灰、矿渣粉、石粉等活性或惰性掺和料，因此对于水泥的用量显著降低，C20等级堆石混凝土中的水泥含量一般不超过80kg/m3，绝热温升不超过15℃。

在大体积混凝土施工中可以显著简化甚至取消温控措施。

（2）工艺简便，施工快速堆石混凝土施工主要包括两道工序：堆石入仓和专用自密实混凝土的生产浇筑。

通过合理的施工组织设计，两道工序均可以通过大规模的机械化施工来完成，减少了工人的参与，避免了人为的干扰。

在完成一定堆石仓面后堆石入仓和混凝土生产浇筑可以平行进行，工序间干扰小，生产效率成倍提升的同时还降低了设备生产强度的要求。

简化消除温控措施、混凝土生产运输浇筑量减半且无需振捣等都为加快建设速度、缩短工期提供了强有力的保证。

（3）显著降低施工成本堆石混凝土施工的综合成本在相同条件下较常态混凝土可降低10%~20%，主要通过三个方面实现：大量使用堆石减少胶凝材料用量，堆石混凝土的材料成本较常态混凝土有所降低；由于专用自密实混凝土的用量不高于45%，所以在混凝土生产、运输以及浇筑等工序的施工成本更能够显著降低；堆石混凝土施工机械化程度高，简化或消除了温控措施，浇筑过程免去了振捣工序减少了人工成本的投入。

（4）综合性能稳定，安全系数高堆石混凝土是由相互搭接的堆石骨架和用于胶结堆石的专用自密实混凝土构成的。

堆石骨架在提高材料抗压、抗剪强度，抑制干缩变形，提高结构体积稳定性等方面都有着显著的效果；而专用自密实混凝土混凝土独特的设计与工艺，使其具有卓越的流动性能、充填性能和抗离析性能，在浇注过程中不离析不泌水既保证了专用自密实混凝土的充填均匀性，又避免了混凝土与骨料胶结面过渡区薄弱层的产生。

试验研究和工程应用证明：堆石混凝土容重通常可以达到2500kg/m3以上；各项力学性能均能满足设计要求，特别是在抗压、抗剪强度方面有足够的安全富余系数；抗渗性能方面堆石混凝土渗透系数可达到10-11m/s，工程钻孔压水检测透水率能够满足低于1Lu的要求；在抑制收缩、抵抗开裂方面堆石混凝土在工程应用中也表现出了优异的性能。

2. 堆石混凝土系列技术解决方案2.1 普通型堆石混凝土先将满足一定粒径要求的块石（或卵石）自然堆满仓面，然后在堆石体表面浇注满足特殊要求的专用自密实混凝土，无需振捣仅依靠其自重充填堆石体的空隙所形成的完整密实的混凝土。

2.1.1 普通型堆石混凝土技术的适用范围普通型堆石混凝土适合于浇筑大仓面混凝土施工：混凝土重力坝、拱坝坝体；各种基础回填，混凝土换基部位；尾水区消力池、海曼、护坦、边墙等构筑物；混凝土围堰；各种堤防工程；各种挡土墙工程。

2.1.2 普通型堆石混凝土施工流程图2.1 普通型堆石混凝土施工流程普通型堆石混凝土的质量控制关键环节主要包括：（1）堆石料自身的力学耐久性能，施工中对石料粒径和含泥量的控制，堆石厚度一般为1.5~2.0m；（2）提高模板或浆砌石墙的刚度、支撑强度和密闭性，以防专用自密实混凝土侧压力较大造成模板变形、爆模以及漏浆等问题；（3）专用自密实混凝土生产稳定性与入仓前的工作性能控制；（4）应注重对浇筑完成的堆石混凝土进行养护。

2.2 抛石型堆石混凝土先将抗离析型专用自密实混凝土浇注入仓面，然后将石料均匀抛入专用自密实混凝土中自然堆积，无需振捣所形成的完整密实的混凝土。

2.2.1 抛石型堆石混凝土技术的适用范围抛石型堆石混凝土适合于深度较大部位的混凝土施工：沉井回填；抗滑桩回填；高边墙、挡墙等部位。

2.2.2 抛石型堆石混凝土施工流程图2.2 抛石型堆石混凝土施工流程抛石型堆石混凝土的质量控制关键环节主要包括：（1）堆石料自身的力学耐久性能，施工中对石料粒径可放宽要求，但应严格控制含泥量；（2）根据浇筑高度，确保模板或替代方案具有足够的刚度、支撑强度和密闭性，以防专用自密实混凝土侧压力较大造成模板变形、爆模以及漏浆等问题；循环施工 至浇筑完成（3）须采用抗离析型专用自密实混凝土，并根据抛石的方案和高度估算堆石料对混凝土的冲击，从而设定专用自密实混凝土缓冲层的厚度；（4）专用自密实混凝土浇注与堆石抛填应交替进行。

2.3 专用自密实混凝土除具有一般自密实混凝土所具有的高流动性、不离析不泌水的特点外，具有超强的空隙充填能力，在自重下能够有效充填毫米级空隙，同时具有水泥用量低、水化热低等特点。

专用自密实混凝土适用于浇筑空间狭小、配筋密集、空间结构复杂、不易布置浇筑点需要长距离流动的浇筑部位：各种洞径的隧洞衬砌；竖井、斜井回填；病险水库充填砼加固；不规则的岩溶洞回填；较发育的岩体裂隙；防渗墙等。

2.4 水下自密实与堆石混凝土在静水（低流速）环境中，水下自密实混凝土具有高流动、抗离析并且遇水不分离的特点，能够充填水下的堆石体空隙并且胶结紧密，在水下形成完整密实的堆石混凝土。

水下堆石混凝土技术包括普通型堆石混凝土施工方法和抛石型堆石混凝土施工方法，可以根据工程情况选择相应的工法。

z水下自密实混凝土适用于低流速或者静水环境中人工无法作业、充填路径复杂、空间狭小等不易振捣的部位，以及地下水丰富的基础裂隙处理。

z水下堆石混凝土适用于低流速或者静水环境中人工无法作业、无法振捣的部位。

3. 堆石混凝土原材料的基本要求堆石混凝土技术所需要的原材料与常规混凝土基本一致，结合其自身特点仍有以下特殊要求。

3.1 专用自密实混凝土原材料专用自密实混凝土原材料除应满足国家和行业的相关规范标准外，还应结合堆石混凝土施工特点进行要求。

3.1.1 水泥水泥较为复杂的矿物组成和化学成分极易引发水泥与外加剂不相容，从而引发外加剂用量过高、工作性能损失过快、缓凝甚至不凝、以及混凝土静止泌水等问题。

为降低相应问题出现的概率，在选择水泥品种时宜选用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥；可以使用矿渣硅酸盐、火山灰硅酸盐、粉煤灰硅酸盐以及复合硅酸盐等水泥品种，但应特别注意水泥与外加剂的相容性。

不宜使用铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥以及早强型水泥，由于水泥凝结速度较快，易引发自密实混凝土外加剂掺量高、流动性损失快等问题，无法实现自密实施工。

3.1.2 掺合料专用自密实混凝土的掺合料包括粉煤灰、矿渣粉、硅粉等活性掺合料，也可以使用石粉等惰性掺合料。

一般粉煤灰的使用较为普遍，粉煤灰原则上应满足2级灰的标准。

3.1.3 细骨料用于配制专用自密实混凝土的细骨料应首选2区中砂或中粗砂，既有利于实现自密实性能，又易于优化配合比降低成本。

使用细砂或粗砂配制专用自密实混凝土时，配合比设计难度提高，不易进行优化设计。

3.1.4 粗骨料专用自密实混凝土的粗骨料最大粒径不宜大于20mm。

3.1.5 专用外加剂在堆石混凝土施工中，对专用自密实混凝土的工作性能要求很高，不仅要具有卓越的流动性、抗离析性和强充填性，而且要具有较长时间的自密实性能保持时间。

在水利工程中，由于胶凝材料的地区差异性较大，须针对工程选用的水泥、粉煤灰等胶凝材料进行专用外加剂配方设计，确保其能够满足相应要求。

3.2 堆石料堆石混凝土所用的堆石料应满足新鲜、完整、质地坚硬、不得有剥落层和裂纹的要求。

在普通型堆石混凝土施工中，堆石料的粒径原则上大于300mm；抛石型堆石混凝土施工时则不需要对堆石料的粒径进行特殊要求。

堆石料的强度应根据设计标准满足表3.1中的要求。

表3.1 堆石料的饱和抗压强度要求堆石混凝土强度标号≥C15 ≥C20 ≥C25 ≥C30 ≥C35 堆石料饱和抗压强度(MPa)≥40 ≥50 ≥60 ≥70 ≥804. 堆石混凝土主要施工环节4.1 堆石入仓堆石入仓主要包括堆石料的预处理、运输（水平、垂直）、堆放平仓、局部处理等环节。

4.1.1 堆石料的来源在已经实施的堆石混凝土工程中，堆石料的来源主要包括以下方式：（1）工程自有料场爆破开采；（2）基岩开挖料、洞挖料，渣场回采料；（3）河道内卵石；（4）戈壁土中的砾卵石；（5）砂石料厂超径块石等。

4.1.2 堆石料的预处理堆石料的预处理主要指堆石料筛分和清洗。

堆石料筛分可以通过钢筛、钢轨筛等方式进行筛分，满足粒径要求的用作堆石料，逊径料可用于加工1级配、2级配混凝土骨料。

当经过筛分的堆石料附着较多泥土时，必须加以清洗，也可在筛分的同时增设水洗工序。

4.1.2 堆石料的运输（1）具备交通道路时：自卸汽车直接将堆石运至仓面自然堆积；（2）不具备交通道路时：设置塔机、卷扬机等垂直起重设备，配合吊斗或者钢筋笼装运堆石，对于高度不高的施工部位也可使用挖掘机或者装载机直接将石料堆放入仓。

4.1.3 堆石料的堆放与平仓堆石料运至仓面后应遵循自然堆积的原则，可以使用挖掘机进行辅助的堆石仓面的平仓与简单压实紧密的工作。

4.1.4 堆石料的局部处理在模板、止水带、大坝分缝等部位附近0.5~1.0m的位置，宜进行辅助的人工堆石入仓，以避免机械施工对这些部位的损伤。

4.2 模板工程由于专用自密实混凝土具有卓越的流动性能，其对模板的侧压力较大，一般可按照2.5倍水压力计算，所以模板及其支护应具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能可靠地承受浇筑专用自密实混凝土的侧压力。

4.3 专用自密实混凝土施工专用自密实混凝土必须使用强制式拌合机进行生产，运输必须使用混凝土搅拌车。