水利工程大體積混凝土施工技術(shù)探討

李鑄石

(吉林省磐石市亞吉水庫(kù)灌區(qū)管理處，吉林 磐石132300)

隨著近幾年，河流水壩防護(hù)工程、南水北調(diào)工程的不斷實(shí)施建設(shè)，國(guó)家對(duì)加大了水利工程建設(shè)速度。而在水利工程中，常出現(xiàn)一些體積龐大的結(jié)構(gòu)(如堤壩基礎(chǔ))，其具有很好的穩(wěn)定性能，使得大體積混凝土廣泛應(yīng)用在水利工程的施工建設(shè)中。但是由于大體積混凝土的結(jié)構(gòu)體積較大，且比一般混凝土結(jié)構(gòu)較厚實(shí)，導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)中水泥在水化硬化過程中釋放出來(lái)的水化熱較多，這就容易造成大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生溫度快速升高，使得結(jié)構(gòu)的內(nèi)外出現(xiàn)較明顯的溫度差，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)較明顯的裂縫，嚴(yán)重影響水利工程的混凝土施工質(zhì)量，降低水利工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、耐久性。

1 水利工程中大體積混凝土及質(zhì)量問題、原因

1.1 大體積混凝土

所謂大體積混凝土，則指混凝土結(jié)構(gòu)的體積比較龐大，其最短邊的尺寸不小于1m的結(jié)構(gòu)稱為大體積混凝土，如圖1所示，即結(jié)構(gòu)的橫斷面厚度相比其他混凝土結(jié)構(gòu)較寬一些，同時(shí)混凝土的比重大于其他混凝土結(jié)構(gòu)，布置的鋼筋較一般混凝土結(jié)構(gòu)較多，受到的影響因素較復(fù)雜，且施工技術(shù)也比較復(fù)雜。由于其具有結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)、抗震性能好、可適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以得到越來(lái)越多的應(yīng)用。同時(shí)大體積混凝土中水泥硬化釋放水化熱的時(shí)間比較集中，則造成結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度升高，且因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)的體積較龐大，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度不能及時(shí)的傳遞到外界，很容易造成大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫、變形等問題。因此，為了保障水利工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，確保水利工程結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，一般需要采用合適的大體積混凝土澆筑施工技術(shù)，且還要特別注意水利工程混凝土結(jié)構(gòu)的后期的養(yǎng)護(hù)問題，確保混凝土澆筑施工質(zhì)量不受到影響。

圖1 河壩大體積混凝土圖

1.2 大體積混凝土出現(xiàn)的質(zhì)量問題、原因

在大體積混凝土澆筑施工后，由于水泥釋放較多的水化熱，且無(wú)法及時(shí)的傳遞外界，導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)明顯的裂縫，影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，以及對(duì)水利工程的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的破壞。

1.2.1 水泥水化熱的影響

由于大體積混凝土在混凝土澆筑7d后水泥水化硬化中會(huì)釋放出大量的熱量，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度快速的驟升。經(jīng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度試驗(yàn)可知，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度可達(dá)70℃左右，尤其是大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大，內(nèi)部溫度向外界傳遞的速度較慢，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度持續(xù)高溫，結(jié)構(gòu)內(nèi)外出現(xiàn)較大的溫度差，在混凝土結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外產(chǎn)生較明顯的溫度梯度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫度膨脹壓應(yīng)力，而結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉極限強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

1.2.2 混凝土收縮的影響

混凝土收縮主要是在混凝土結(jié)構(gòu)后期的硬結(jié)階段，整體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生體積逐漸減小的趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土結(jié)構(gòu)中水泥水化用水量約占水泥重量的20%，在混凝土硬化階段，混凝土拌合用水水化剩余量在蒸發(fā)作用影響下，將導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)體積逐漸減小趨勢(shì)。據(jù)相關(guān)資料顯示，混凝土硬化收縮大約需要4個(gè)月的漫長(zhǎng)的時(shí)間，之后混凝土才緩慢減少體積減小。然而在混凝土體積減小時(shí)，若混凝土結(jié)構(gòu)不受外界的約束，則將會(huì)自由的收縮變形，若外界受到較大的約束，則將在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)裂縫。

1.2.3 其他因素的影響

由于水利工程基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，也可能會(huì)導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的裂縫，且這種裂縫寬度將會(huì)隨沉降量的增大而逐漸增大，直到基礎(chǔ)趨于穩(wěn)定后，沉降引發(fā)的裂縫將不會(huì)再發(fā)生增寬。

2 水利工程大體積混凝土施工技術(shù)的控制要點(diǎn)

2.1 優(yōu)化混凝土拌合物的材料

2.1.1 適宜的地?zé)崴?/p>

選擇合適的水泥品種，適宜選用低熱的水泥品種。研究發(fā)現(xiàn)，在水利工程大體積混凝土施工材料選取時(shí)，盡量選用低熱或中低熱的水泥，比如粉煤灰水泥、礦渣硅酸鹽硅水泥或火山礦渣水泥，如表1所示。且在混凝土拌合階段，禁止水泥發(fā)生結(jié)塊而攪拌不均勻現(xiàn)象，還需盡可能的減少混凝土水泥的用量，應(yīng)該控制在450 kg/m3以下。

表1 普通硅酸鹽水泥與礦渣硅酸鹽水泥的總釋放熱量比較

2.1.2 合適的骨料和砂子

由于在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中骨料占結(jié)構(gòu)體積的80%左右，且由于不同的骨料的干縮率不同，如表2所示，因此要選擇干縮率小，且骨料強(qiáng)度高、顆粒級(jí)配好的骨料。在選用的砂子時(shí)，應(yīng)首先選用中砂作為拌合物材料，同時(shí)要控制砂子中含泥量(在3%以下)。

表2 混凝土干縮率與不同類型骨料的關(guān)系

2.1.3 外加劑

為了提高大體積混凝土的施工質(zhì)量，減少混凝土結(jié)構(gòu)中水泥用量，適宜添加合適的外加劑，如粉煤灰，這樣不僅可以有效的減少水泥用量，降低水泥水化釋放的熱量，且可以有效的推遲水泥水化熱峰值的時(shí)間，且摻加粉煤灰不僅不會(huì)降低水利工程的承載能力，且談價(jià)適量的粉煤灰還可以增強(qiáng)拌合物的粘塑性、和易性，對(duì)防止混凝上收縮裂縫起到了顯著的作用。

2.3 合理控制大體積混凝土澆筑施工技術(shù)

2.3.1 拌合

在優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要控制水泥用量，添加適量的粉煤灰，同時(shí)在混凝土混合料的攪拌生產(chǎn)時(shí)，要適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)攪拌時(shí)間，有效的確?；炷涟韬衔锏暮鸵仔裕韬衔镌诎韬蜆莾?nèi)的拌和時(shí)間控制在60～90 s以內(nèi)，如表3所示，確?；炷恋臄嚢柽^程中均勻攪拌，保證混凝土拌合物有較好的和易性。

表3 混凝土攪拌的最短時(shí)間(s)

2.3.2 澆筑

在水利工程的大體積混凝土澆筑時(shí)，主要有推移式連續(xù)澆筑和分層澆筑法兩種澆筑方式。同時(shí)，為了在澆筑混凝土階段避免在結(jié)構(gòu)中間設(shè)置施工縫，則需要根據(jù)混凝土和易性、澆筑方式以及振搗器的作用深度合理控制混凝土澆筑攤鋪厚度，采用泵送時(shí)，應(yīng)控制在600 mm以下混凝土攤鋪厚度，而采用非泵送時(shí)，不應(yīng)大于400 mm。

2.3.3 模板

模板易選用木模板，有利于快速發(fā)大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，減少混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。同時(shí)，要延遲拆模時(shí)間，因延長(zhǎng)帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間，可以有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性，從而減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，提高水利工程的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

在水利工程大體積混凝土施工過程中，要選用合適的施工材料、施工工藝，確保水利工程的施工質(zhì)量，加快水利建設(shè)的發(fā)展速度。

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