水利工程大体积混凝土施工技术探讨

2014-12-15李铸石

地下水 2014年6期

李铸石

(吉林省磐石市亚吉水库灌区管理处，吉林磐石132300)

随着近几年，河流水坝防护工程、南水北调工程的不断实施建设，国家对加大了水利工程建设速度。而在水利工程中，常出现一些体积庞大的结构(如堤坝基础)，其具有很好的稳定性能，使得大体积混凝土广泛应用在水利工程的施工建设中。但是由于大体积混凝土的结构体积较大，且比一般混凝土结构较厚实，导致大体积混凝土结构中水泥在水化硬化过程中释放出来的水化热较多，这就容易造成大体积混凝土结构内部发生温度快速升高，使得结构的内外出现较明显的温度差，甚至会导致结构物出现较明显的裂缝，严重影响水利工程的混凝土施工质量，降低水利工程整体结构的稳定性、耐久性。

1 水利工程中大体积混凝土及质量问题、原因

1.1 大体积混凝土

所谓大体积混凝土，则指混凝土结构的体积比较庞大，其最短边的尺寸不小于1m的结构称为大体积混凝土，如图1所示，即结构的横断面厚度相比其他混凝土结构较宽一些，同时混凝土的比重大于其他混凝土结构，布置的钢筋较一般混凝土结构较多，受到的影响因素较复杂，且施工技术也比较复杂。由于其具有结构整体的强度高、承载能力强、抗震性能好、可适用性强等优点，所以得到越来越多的应用。同时大体积混凝土中水泥硬化释放水化热的时间比较集中，则造成结构内部的温度升高，且因为混凝土结构的体积较庞大，结构内部的温度不能及时的传递到外界，很容易造成大体积混凝土结构出现温度裂缝、变形等问题。因此，为了保障水利工程大体积混凝土结构施工质量，确保水利工程结构整体的稳定性，一般需要采用合适的大体积混凝土浇筑施工技术，且还要特别注意水利工程混凝土结构的后期的养护问题，确保混凝土浇筑施工质量不受到影响。

图1 河坝大体积混凝土图

1.2 大体积混凝土出现的质量问题、原因

在大体积混凝土浇筑施工后，由于水泥释放较多的水化热，且无法及时的传递外界，导致大体积混凝土结构表面出现明显的裂缝，影响混凝土结构的耐久性，以及对水利工程的整体稳定性产生较大的破坏。

1.2.1 水泥水化热的影响

由于大体积混凝土在混凝土浇筑7d后水泥水化硬化中会释放出大量的热量，导致混凝土结构内部温度快速的骤升。经对混凝土结构内部温度试验可知，混凝土结构内部的温度可达70℃左右，尤其是大体积混凝土结构，由于结构尺寸相对较大，内部温度向外界传递的速度较慢，导致结构内部温度持续高温，结构内外出现较大的温度差，在混凝土结构由内向外产生较明显的温度梯度，导致结构内部产生较大的温度膨胀压应力，而结构表面出现拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉极限强度时，混凝土表面就会出现裂缝。

1.2.2 混凝土收缩的影响

混凝土收缩主要是在混凝土结构后期的硬结阶段，整体结构会发生体积逐渐减小的趋势。研究发现，在混凝土结构中水泥水化用水量约占水泥重量的20%，在混凝土硬化阶段，混凝土拌合用水水化剩余量在蒸发作用影响下，将导致大体积混凝土结构出现体积逐渐减小趋势。据相关资料显示，混凝土硬化收缩大约需要4个月的漫长的时间，之后混凝土才缓慢减少体积减小。然而在混凝土体积减小时，若混凝土结构不受外界的约束，则将会自由的收缩变形，若外界受到较大的约束，则将在结构内部产生较大的拉应力，当拉应力达到一定程度时，则会出现裂缝。

1.2.3 其他因素的影响

由于水利工程基础出现不均匀沉降，也可能会导致大体积混凝土结构出现明显的裂缝，且这种裂缝宽度将会随沉降量的增大而逐渐增大，直到基础趋于稳定后，沉降引发的裂缝将不会再发生增宽。

2 水利工程大体积混凝土施工技术的控制要点

2.1 优化混凝土拌合物的材料

2.1.1 适宜的地热水泥

选择合适的水泥品种，适宜选用低热的水泥品种。研究发现，在水利工程大体积混凝土施工材料选取时，尽量选用低热或中低热的水泥，比如粉煤灰水泥、矿渣硅酸盐硅水泥或火山矿渣水泥，如表1所示。且在混凝土拌合阶段，禁止水泥发生结块而搅拌不均匀现象，还需尽可能的减少混凝土水泥的用量，应该控制在450 kg/m3以下。

表1 普通硅酸盐水泥与矿渣硅酸盐水泥的总释放热量比较

2.1.2 合适的骨料和砂子

由于在大体积混凝土结构中骨料占结构体积的80%左右，且由于不同的骨料的干缩率不同，如表2所示，因此要选择干缩率小，且骨料强度高、颗粒级配好的骨料。在选用的砂子时，应首先选用中砂作为拌合物材料，同时要控制砂子中含泥量(在3%以下)。

表2 混凝土干缩率与不同类型骨料的关系

2.1.3 外加剂

为了提高大体积混凝土的施工质量，减少混凝土结构中水泥用量，适宜添加合适的外加剂，如粉煤灰，这样不仅可以有效的减少水泥用量，降低水泥水化释放的热量，且可以有效的推迟水泥水化热峰值的时间，且掺加粉煤灰不仅不会降低水利工程的承载能力，且谈价适量的粉煤灰还可以增强拌合物的粘塑性、和易性，对防止混凝上收缩裂缝起到了显著的作用。

2.3 合理控制大体积混凝土浇筑施工技术

2.3.1 拌合

在优化混凝土配合比设计时，要控制水泥用量，添加适量的粉煤灰，同时在混凝土混合料的搅拌生产时，要适当地延长搅拌时间，有效的确保混凝土拌合物的和易性，拌合物在拌和楼内的拌和时间控制在60～90 s以内，如表3所示，确保混凝土的搅拌过程中均匀搅拌，保证混凝土拌合物有较好的和易性。

表3 混凝土搅拌的最短时间(s)

2.3.2 浇筑

在水利工程的大体积混凝土浇筑时，主要有推移式连续浇筑和分层浇筑法两种浇筑方式。同时，为了在浇筑混凝土阶段避免在结构中间设置施工缝，则需要根据混凝土和易性、浇筑方式以及振捣器的作用深度合理控制混凝土浇筑摊铺厚度，采用泵送时，应控制在600 mm以下混凝土摊铺厚度，而采用非泵送时，不应大于400 mm。

2.3.3 模板

模板易选用木模板，有利于快速发大体积混凝土结构内部产生的热量，减少混凝土结构出现温度裂缝。同时，要延迟拆模时间，因延长带模养护时间，可以有效提高混凝土结构的密实性，从而减少混凝土结构裂缝的产生，提高水利工程的稳定性。