固结砂砾料混凝土（CSGC）是继碾压混凝土（RCC）之后的又一新型筑坝修堰材料。采用固结砂砾料混凝土筑坝，是用少量水泥将砂砾料散粒体固结成整体作坝体，用混凝土或沥青混凝土覆盖坝面作防渗体，形成一种新坝型．其特点是水泥用量少（一般40～80 kg／m³），混凝土设计强度低（通常28d抗压强度在1．5～8．0 MPa之间），特别适合在中、小型水利工程中使用。
　　日本1992年在长岛坝上游临时围堰施工时首次使用了固结砂砾料混凝土（Cemented Sand andGravelConcrete，日文叫CSG料），1994年又使用固结砂砾料混凝土为久妇须川坝修筑了临时围堰，1995年还使用固结砂砾料混凝土修建了水无川1号泥石流坝的翼坝，见表1。

　　采用固结砂砾料混凝土筑坝修堰，在选材方面，可充分利用坝址区附近河床原状砂砾料或坝基开挖的弃料作骨料，骨料不做筛分处理，使混凝土成本大石坝陡，减少施工方量；允许坝顶汛期漫水，汛期过后可接续施工，因此适合小型水利工程农忙时间歇施工的特点。另外，这种坝型对地形、地质条件适应性比碾压混凝土坝要好。
　　中国的水利工程建设，在重视大型水利项目的同时，也应该重视中、小型水利工程的建设，尤其是西部小型水利设施的建设。作者结合中国实际情况，对固结砂砾料混凝土的配合比设计参数和材料性能进行了试验研究，取得了一些初步成果。

1　试验原材料及试验方法
　　试验用水泥为425号矿渣水泥；骨料为小浪底库区原状砂砾料．因为地处黄河中下游，库区砂砾料中砂子多，砂率高达49％，砂砾料级配见表2；粉煤灰为郑州热电厂Ⅱ级粉煤灰；拌和水为城市自来水。试验方法参照《水工碾压混凝土试验规程（SDJ10－86）》和《水工混凝土试验规程（SD105－82）》进行。

2 水灰比对固结砂砾料混凝土强度和弹性模量的影响
水灰比是混凝土配合比设计的关键参数。水灰比大，混凝土的强度和耐久性就降低，因此，在进行普通混凝土配合比设计时，提出了“最大水灰比限制理论”，以保证混凝土的强度、耐久性和施工性都能满足工程要求。试验了水灰比对固结砂砾料混凝土强度和弹性模量的影响，结果列入表3。

从表3中数据可以看出，水灰比仍然是影响固结结砂砾料混凝土强度和弹性模量的主要因素。和普通混凝土不同的是，随着水灰比的增大，固结砂砾料混凝土的强度和弹性模量也增大；但是，当水灰比增大到一定程度时，水灰比再增大，固结砂砾料混凝土的强度和弹性模量反而都开始下降。也就是说，随着水灰比的增加，固结砂砾料混凝土的强度和弹性模量由低到高，再由高到低，中间出现了明显的“峰值”。因此，要想使固结砂砾料混凝土强度取得最大值，对应的水灰比就有一个“最佳值”。这是试验发现的主要成果之一。这意味着，在进行固结砂砾料混凝土配合比设计时，不是寻找“最大水灰比”，而是寻求“最佳水灰比”。本次试验得出的固结砂砾料混凝土的“最佳水灰比”为1．0。
3　砂率对固结砂砾料混凝土强度和弹性模量的影响　　
　　骨料含砂率，是指骨料中细骨料含量的多少。砂率的大小，影响混凝土的密实性和水泥用量的大小，进而影响混凝土的强度、耐久性和成本。利用河床原状砂砾料作骨料，是固结砂砾料混凝土的主要特点，原状砂砾料的天然成层分布，往往含砂率变幅较大。为了寻找固结砂砾料混凝土的合理砂率，试验了砂率从0～100％变化时，固结砂砾料混凝土的强度和弹性模量值，见表4。

　　从表4中试验结果看，砂率20％时，固结砂砾料混凝土的抗压强度和弹性模量最大。就是说，固结砂砾料混凝土的“合理砂率”为20％。然而，普通混凝土的“合理砂率”大约在30％～35％之间，比固结砂砾料混凝土的“合理砂率”大。原因是固结砂砾料混凝土水泥用量少，属于贫混凝土，水泥浆量少。砂率增大，骨料中细颗粒增多，骨料的总表面积就增大，固结砂砾料混凝土的水泥浆量本来就少，因此骨料表面上和骨料间的水泥浆层就会变薄，胶结力降低，从而使固结砂砾料混凝土的强度和弹性模量变粉煤灰，而中国的坝工混凝土几乎都掺用了粉煤灰，对此，试验研究了固结砂砾料混凝土中掺用粉煤灰后的力学性能。
4．1　超量取代法，粉煤灰对固结砂砾料混凝土力学性能的影响　　
　　研究前期，用“等量取代法”，也就是在混凝土中由粉煤灰取代等重量的水泥，对固结砂砾料混凝土进行了试验，发现掺入粉煤灰后使固结砂砾料混凝土的强度、特别是早期强度降低很多。后来改用“超量取代法”，也就是在混凝土掺入的粉煤灰数量大于所取代水泥的数量，其中一部分粉煤灰代替等重量的水泥，超量部分的粉煤灰代替砂子，后者所获得的强度增长效应，可以补偿粉煤灰取代水泥所降低的早期强度，从而保持粉煤灰掺入前后混凝土的早期强度基本等效，后期强度有提高。试验时粉煤灰取代水泥率10％，粉煤灰超代系数2，配合比见表5，力学性能见表6。

　　试验结果表明，用“超量取代法”掺粉煤灰后，固结砂砾料混凝土的强度增加，尤其是90 d龄期强度增加明显。掺粉煤灰后的固结砂砾料混凝土（C－2）比不掺灰的对比固结砂砾料混凝土（C－1），90 d龄期抗压强度增加46％，轴拉强度增加36％，劈拉强度增加23％。另外，极限拉伸值也增加了10％，对坝体抗裂有利。
4．2　粉煤灰代砂法，粉煤灰对固结砂砾料混凝土力学性能的影响　　
　　还有一种粉煤灰掺入方法，叫“粉煤灰代砂法”，就是混凝土中水泥用量保持不变，掺入粉煤灰代替砂子，目的一是提高混凝土强度，二是节约砂料资源。本文也进行了试验研究，结果列入表7。

　　试验结果表明，用粉煤灰代替50％砂子，固结砂砾料混凝土90 d龄期强度基本上没有改变（D－3与D－1比较）；代替30％砂子，固结砂砾料混凝土90 d龄期强度有所提高（D－2与D－1比较）。所以，在固结砂砾料混凝土施工时，掺入粉煤灰代替30％的砂子，既能节约30％砂料，又可使固结砂砾料混凝土的强度提高，同时还可减少粉煤灰对环境的污染。
5　结　语
　　水灰比和砂率是混凝土配合比设计的2个关键参数，固结砂砾料混凝土的“最佳水灰比”为1．0，“合理砂率”为20％。在固结砂砾料混凝土内掺入粉煤灰，可以提高固结砂砾料混凝土的强度，节约砂料资源，同时还能减少粉煤灰对环境的污染。建议用“超量取代法”或“粉煤灰代砂法”。
　　固结砂砾料混凝土是一种新型筑坝材料，在日本应用已有几年的历史。中国在这方面的研究和应用刚刚开始，但从上面的试验、研究和分析看，采用固结砂砾料混凝土修筑中、小型坝体或修建水利工程临时围堰，还是可行的。建议尽快开展固结砂砾料混凝土在水利工程中的应用研究和技术开发，为中国水电建设事业做出贡献。

［1］　新村孝行．长岛ダムの施工およびCSG工法の概要について［J］．ダム日本，1995，611（9）：71－87．
［2］　松长敏美．久妇须川ダムの概要とCSG工法の材料试验结果について［J］．ダム日本，1995，612（10）：53－76．
［3］　松井宗广．RCC工法，CSG工法による水无川1号砂防ダムの着手［J］．土木施工，1996，37（6）：17－21．
［4］　村松正明．长岛贮砂ダムのCSG工法について［J］．ダム日本，1999，658（8）：63－71