探究水利水電工程中大體積混凝土施工養(yǎng)護(hù)要點

黃偉

水利水電工程作為經(jīng)濟、社會發(fā)展的基礎(chǔ)工程之一，施工中的大體積混凝土的裂縫以及溫度控制是重要內(nèi)容，能夠在保障大體積混凝土工程施工質(zhì)量的同時，避免大體積混凝土裂縫問題的出現(xiàn)。本文基于水利水電工程中的大體積混凝土施工要點研究，簡單分析了水利水電工程大體積混凝土施工養(yǎng)護(hù)工作的意義，結(jié)合水利水電工程大體積混凝土出現(xiàn)的具體裂縫問題分類以及背后的成因，分別從包括混凝土原料、配合比設(shè)計、澆筑溫度控制等在內(nèi)的施工環(huán)節(jié)以及后續(xù)的養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)提出了有關(guān)水利水電工程大體積混凝土的施工養(yǎng)護(hù)具體策略。

作為在工程項目建設(shè)中體積、厚度數(shù)值較大的混凝土，大體積混凝土的實體尺寸通常都在一米以上?；炷梁苡锌赡軙驗槟z凝材料水化反應(yīng)的溫度效應(yīng)出現(xiàn)裂縫問題。與小體積的混凝土相比，大體積混凝土因其表面系數(shù)相對較小，水泥水化的熱量釋放相對較為集中，在混凝土內(nèi)部和外部溫度數(shù)值差距相對較大的情況下，很容易產(chǎn)生溫度裂縫，對于混凝土結(jié)構(gòu)的安全性以及工程質(zhì)量都會產(chǎn)生明顯的影響。本文通過研究水利水電工程大體積混凝土的施工養(yǎng)護(hù)工作要點，以便為今后水利水電工程的大體積混凝土施工、養(yǎng)護(hù)工作優(yōu)化提供參考。

一、水利水電工程大體積混凝土施工養(yǎng)護(hù)控制的意義

第一，保障大體積混凝土的結(jié)構(gòu)安全。大體積混凝土因為水泥水化熱量釋放十分集中，在與外部環(huán)境溫度數(shù)值相差較大的情況下，很容易引發(fā)溫度裂縫這類問題。大體積混凝體裂縫問題的出現(xiàn)很有可能會隨著時間推移而逐漸擴張，必然會影響到大體積混凝土結(jié)構(gòu)的工程施工質(zhì)量。大體積混凝土施工養(yǎng)護(hù)工作的落實能夠分別從混凝土的原材料質(zhì)量、配合比數(shù)值設(shè)計等方面保障大體積混凝土澆筑各個工作環(huán)節(jié)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作的實施則能夠在保障內(nèi)外溫度基本均衡以及緩慢收縮的情況下，降低大體積混凝土的裂縫問題發(fā)生概率。

第二，有利于提高施工企業(yè)的經(jīng)濟效益。大體積混凝土施工作為整個水利水電工程的重要組成部分，需要投入的資金、人力規(guī)模相對較大。在大體積混凝土施工和養(yǎng)護(hù)工作落實不到位的前提下，裂縫問題的發(fā)生概率將會明顯增加。裂縫問題的出現(xiàn)意味著施工企業(yè)必須要在發(fā)掘背后原因的前提下，采取針對性的措施進(jìn)行改進(jìn)。返工問題的出現(xiàn)必然會帶來工程時間、資金、人力投入方面的增加，尤其是施工工期會明顯延誤，這對于施工企業(yè)的經(jīng)濟效益將會帶來明顯的影響。大體積混凝土施工養(yǎng)護(hù)工作的落實可以督促施工企業(yè)嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和工作流程的要求落實混凝土的攪拌、配比、澆筑以及養(yǎng)護(hù)各個工作環(huán)節(jié)，保障大體積混凝土部分的施工質(zhì)量，減少返工問題帶來的時間、人力和資金成本方面的投入，以最小的經(jīng)濟成本換取最大的經(jīng)濟利益。

二、水利水電工程大體積混凝土裂縫問題的分類及原因分析

1. 混凝土裂縫分類

從水利水電工程的大體積混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)看來，其截面數(shù)據(jù)相對較大，因為外部荷載或者次應(yīng)力影響出現(xiàn)裂縫問題的概率相對較小，但考慮到大體積混凝土的結(jié)構(gòu)截面相對較大，并且水泥水化反應(yīng)過程中釋放的熱量集中，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部和外部的溫度差距相對較大，很容易產(chǎn)生溫度方面的梯度收縮應(yīng)力，從而帶來大體積混凝土的裂縫問題。這種裂縫問題具體可以分為如下兩種：第一，表面裂縫。在完成大體積混凝土澆筑工作之后，水泥會因為水化效應(yīng)而產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的溫度持續(xù)上升，最終形成一種混凝土結(jié)構(gòu)從中心到表面溫度逐漸下降的曲線。這種溫度梯度應(yīng)力方面的變化很容易帶來混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓應(yīng)力，而表面會產(chǎn)生拉應(yīng)力，在混凝土表面拉應(yīng)力明顯超過混凝土自身抗拉強度極限數(shù)值的情況下就會出現(xiàn)表面裂縫。第二，貫穿裂縫問題。在大體積混凝土澆筑工作的初級階段，意味著混凝土內(nèi)部溫度處于一種逐漸上升的狀態(tài)，并且具備良好的可塑性，彈性模量范圍相對較小，因為形變所引發(fā)的應(yīng)力數(shù)值較小，且溫度應(yīng)力一般可以忽略不計。但在澆筑完成之后的幾天時間內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)的溫度會逐漸下降，溫差降低會引發(fā)明顯的形變問題。同時，混凝土內(nèi)部多余水分在逐漸蒸發(fā)中也會明顯出現(xiàn)體積收縮的現(xiàn)象。如果大體積混凝土結(jié)構(gòu)在受到邊界條件約束或者是地基工程結(jié)構(gòu)影響的情況下，同樣會出現(xiàn)拉應(yīng)力，在拉應(yīng)力數(shù)值超出混凝土抗拉強極限數(shù)值時，整個截面就會出現(xiàn)貫穿裂縫現(xiàn)象。

2. 混凝土裂縫成因

結(jié)合大體積混凝土在澆筑溫度和具體施工過程中的特點看來，導(dǎo)致其出現(xiàn)裂縫問題的原因總結(jié)如下。

第一，混凝土的原料問題。混凝土作為一種包含了多種施工建材的混合材料，需要施工企業(yè)在正式施工之前將水泥、骨料、添加劑等按照固定的比例進(jìn)行混合。在水泥和水分混合時，部分熱量會被釋放，但絕大部分熱量會在混凝土內(nèi)部直接產(chǎn)生作用，在外部環(huán)境溫度出現(xiàn)變化的情況下，混凝土很容易因為向內(nèi)的壓應(yīng)力和表面拉應(yīng)力的共同影響出現(xiàn)裂縫。

第二，混凝土結(jié)構(gòu)澆筑完成之后的收縮現(xiàn)象。混凝土結(jié)構(gòu)收縮是導(dǎo)致其出現(xiàn)裂縫的主要原因，沉降和干燥收縮是混凝土澆筑完成之后兩種主要的收縮形式。在混凝土澆注的初級階段，混凝土出現(xiàn)明顯的水化熱現(xiàn)象，因為混凝土本身的熱度傳導(dǎo)性相對較低。大體積混凝土的表面系數(shù)數(shù)值相對較小，水泥水化熱會在混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部逐漸聚集，從而形成較大的內(nèi)外環(huán)境溫度差值。在混凝土凝固的初級階段，如果其內(nèi)外部環(huán)境的溫差數(shù)值明顯較大，裂縫問題的發(fā)生概率明顯增加。在水利水電工程施工、建造的過程中?；炷翝仓糠值乃客ǔ３^水泥需水量的三倍左右，帶來了數(shù)量較多的游離水，這些水分在澆筑完成之后會隨著外界溫度的增加快速蒸發(fā)，從而帶來收縮現(xiàn)象。

第三，后期的養(yǎng)護(hù)工程落實不到位。養(yǎng)護(hù)工作的有效實施對于水利水電工程的運營而言有著十分重要的作用。養(yǎng)護(hù)工作的定期實施能夠在有效地防止裂縫問題發(fā)生的同時，延長水利水電工程的使用壽命。在完成混凝土澆筑工作之后，混凝土的表面將會釋放出數(shù)量較多的水化熱，隨后逐漸硬化，在水化熱釋放時，混凝土表面的水會直接蒸發(fā)，如果覆蓋和濕潤工作實施不到位，就會形變問題。

三、水利水電工程大體積混凝土部分的施工控制要點

1. 混凝土原料的質(zhì)量控制

混凝土的原材料作為導(dǎo)致裂縫問題出現(xiàn)的主要原因，在今后大體積混凝土施工質(zhì)量控制的過程中，需要施工企業(yè)針對原材料的質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)控制。大體積混凝土的施工澆筑環(huán)節(jié)中，水化熱反應(yīng)的存在將會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度的持續(xù)快速升高，從而引發(fā)對應(yīng)的溫度裂縫現(xiàn)象。在混凝土生產(chǎn)過程中所用的水泥品種以及具體數(shù)量，需要相關(guān)人員在綜合考慮其強度指標(biāo)的同時，選擇熱量較低的水泥材料。骨料作為混凝土生產(chǎn)的基礎(chǔ)原材料之一，粗骨料的最大直徑不僅需要滿足混凝土生產(chǎn)中的性能指標(biāo)要求，并且需要綜合考慮結(jié)構(gòu)的尺寸、鋼筋間距等多種因素，石子的直徑最佳數(shù)值為80毫米或者是150毫米。細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)最佳數(shù)值為2.98。在粗細(xì)骨料內(nèi)部泥沙含量較大的情況下，不僅會進(jìn)一步加快混凝土的收縮，并且混凝土最終凝固之后的結(jié)構(gòu)耐久性和抗裂性也會受到一定的削弱。故此，在混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的粗骨料和細(xì)骨料的含泥量需要分別≤1%和≤2%。粉煤灰及磨細(xì)礦渣作為混凝土生產(chǎn)過程中的主要摻合料，帶有明顯的形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)，能夠?qū)炷帘旧淼男阅苤笜?biāo)、和易性以及泌水性進(jìn)行改善。為了保證混凝土自身的強度指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，通?？梢允褂枚壍姆勖夯易鳛閾胶狭希谔娲糠炙嘤昧康耐瑫r降低水化熱的數(shù)值，進(jìn)一步提高混凝土的裂縫抵抗能力。

2. 混凝土的配合比設(shè)計及攪拌控制

水利水電工程中的大體積混凝土施工，混凝土的配合比數(shù)值要嚴(yán)格遵循國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求?；炷恋奶涠刃枰跐M足泵送工作要求時，選擇最小的坍落度數(shù)值，以此控制混凝土收縮過程中的形變量。在拌制生產(chǎn)混凝土的環(huán)節(jié)中，相關(guān)人員需要嚴(yán)格執(zhí)行已經(jīng)確定的配合比數(shù)值，確?；炷羶?nèi)部的原材料數(shù)量和水灰比與既定的數(shù)值保持一致。經(jīng)過攪拌機處理生產(chǎn)之后，混凝土的坍落度需要控制在16～20cm的范圍之內(nèi)，并且其溫度需要控制在32℃以下。用于水利水電工程建設(shè)的大體積混凝土初凝時間需要控制在3～4小時的范圍內(nèi)，混凝土再從攪拌機運送到施工現(xiàn)場的過程中，時長需要控制在30分鐘之內(nèi)，并且不允許在混凝土施工的過程中進(jìn)行加水。在混凝土到達(dá)工程施工現(xiàn)場之后，需要相關(guān)人員進(jìn)行取樣分析確保到達(dá)施工現(xiàn)場的混凝土材料坍落度符合工程建設(shè)的具體要求。如若坍落度和工程實際要求之間存在著一定的差距，可以通過適當(dāng)添加減水劑等措施改善混凝土材料的配合比。

3. 混凝土澆筑溫度的有效控制

混凝土生產(chǎn)過程中的水化溫度升高和澆筑過程中的溫度數(shù)值有著密切的關(guān)聯(lián)。如果大體積混凝土澆筑過程中溫度過高，最高水化溫度必然會明顯增加，混凝土內(nèi)外的溫度差值也會進(jìn)一步加大，出現(xiàn)溫度裂縫現(xiàn)象。在混凝土澆筑溫度控制的過程中，需要對混凝土的入模溫度進(jìn)行有效的控制。有關(guān)混凝土入模溫度的控制工作，具體包括攪拌的原材料溫度、攪拌和運輸過程中的溫度控制。在混凝土進(jìn)入攪拌機生產(chǎn)之前，砂子和石子需要堆放在陰涼處避免接受陽光暴曬，同時需要盡可能地避免使用溫度過高的熱水泥。攪拌臺以及運輸混凝土的主要路線需要沿路建立涼棚，避免在運輸過程中長時間地接受陽光暴曬。

四、水利水電工程大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)工作質(zhì)量控制

在完成水利水電工程大體積混凝土施工之后，需要施工單位安排專業(yè)人員結(jié)合工程具體狀況落實養(yǎng)護(hù)工作，對混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外的溫度差值進(jìn)行有效控制，降低溫度應(yīng)力的作用水平。相關(guān)人員需要結(jié)合附近的環(huán)境溫度以及具體的混凝土完成施工時間科學(xué)確定拆模時間，并將養(yǎng)護(hù)時間適當(dāng)延長，更好地發(fā)揮大體積混凝土澆筑完成之后的應(yīng)力松弛效應(yīng)。施工人員需要在其表面覆蓋塑料薄膜、濕草帶和干草帶，形成完善的三層保溫、保濕體系。在完成大體積混凝土的澆筑和振搗工作后的8～12小時內(nèi)，需要覆蓋麻袋在其上，適當(dāng)?shù)刈⑷胨?，確保整個注水深度不低于80毫米。大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)工作周期需要控制在14天以上，并關(guān)注對于混凝土測溫和溫度調(diào)控方面的管理工作。在澆筑大體積混凝土之前，需要相關(guān)人員結(jié)合工程設(shè)計方案科學(xué)確定測溫管的數(shù)量以及位置，保障能夠及時對澆筑完成之后的大體積混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度變化狀況掌握，結(jié)合內(nèi)部的溫度變化數(shù)值進(jìn)行覆蓋物增減等方面的調(diào)整。在大體積混凝土養(yǎng)護(hù)工作環(huán)節(jié)中，養(yǎng)護(hù)工作人員需要結(jié)合大體積混凝土的實際溫度，針對養(yǎng)護(hù)工作措施合理進(jìn)行調(diào)整，保障結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫度差值控制在25℃以內(nèi)。

五、總結(jié)

總體而言，大體積混凝土施工和養(yǎng)護(hù)方面的質(zhì)量控制，能夠在降低大體積混凝土裂縫問題發(fā)生的同時，提高工程的施工建設(shè)質(zhì)量以及效率。施工企業(yè)需要從混凝土的原材料、配合比設(shè)置、溫度控制三方面入手，保障施工過程中的混凝土溫度保持在合理的水平線上。養(yǎng)護(hù)工作則需要相關(guān)人員結(jié)合混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度數(shù)值的變化，合理調(diào)整養(yǎng)護(hù)工作措施，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫度差值維持在合理的范圍內(nèi)。