水利工程大體積混凝土施工技術應用研究

鄒浩 惠州市惠陽區(qū)水利事務中心

水利工程大體積混凝土施工具有設計強度高、單方水泥用量少、結構斷面內的配筋數(shù)量多等特點，并且水泥水化熱反應下的混凝土內部溫度也比一般混凝土高。大體積混凝土施工技術在水利工程建設中的運用極為廣泛，但大體積混凝土結構所需的施工技術、施工組織設計較為復雜，需要現(xiàn)場施工人員始終保持認真嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，從源頭上預防大體積混凝土裂縫質量問題。

1.大體積混凝土概述

大體積混凝土指混凝土結構的體積較為龐大，并且其最短邊的尺寸不小于1m，該結構的橫斷面厚度比其他混凝土結構更寬，混凝土的比重也遠高于其他混凝土結構，所需的鋼筋數(shù)量也比一般混凝土結構多，因此大體積混凝土施工極容易受到各種影響因素的干擾，整個施工過程還涉及到復雜的技術措施。由于大體積混凝土具備結構強度大、承載力強、抗震性能優(yōu)良、適用性強的優(yōu)點，因此大體積混凝土在工程施工中有著廣泛的應用前景。在大體積混凝土中受水泥硬化釋放水化熱的影響，大體積混凝土結構內部的溫度將會急劇升高，但該結構卻有著龐大的體積，使得結構內部的溫度無法快速擴散到外界，從而導致大體積混凝土結構內部伴隨著溫度裂縫、變形等問題。在水利工程大體積混凝土結構施工中，通常需要結合水利工程結構整體的穩(wěn)定性，有針對性地選擇大體積混凝土澆筑施工技術，同時高度重視水利工程混凝土結構的后期養(yǎng)護工作，以免混凝土澆筑施工質量無法得到基本保障。

2.水利工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

首先，水泥水化熱反應產(chǎn)生的混凝土溫度應力。由于大體積混凝土結構內部的溫度無法及時向外界散發(fā)，而外層結構接觸空氣則會散發(fā)大量水分，從而導致溫度不斷下降，其與結構內部之間形成了溫度差，在擴張與收縮間力作用的影響下，混凝土結構表面極容易出現(xiàn)有害裂縫，這也是水利工程施工中必須考慮的重難點問題。在大體積混凝土結構施工中必須重視溫度測量、控制等工作，尤其在混凝土澆筑完畢后的養(yǎng)護階段，更需要重視有害裂縫，以免材料的應力超出承受范圍而影響結構本身的承載能力。其次，混凝土收縮特性同樣會引起開裂問題?；炷敛牧暇哂械氖湛s性，極容易被水分變化所影響，這種變化尤其體現(xiàn)在大體積混凝土結構施工中，因此在水利工程建設過程中必須控制這類裂縫問題，通過科學可行的技術措施處理收縮造成的結構裂縫。最后，大體積混凝土內部約束條件帶來的影響。盡管混凝土材料可以對結構變形產(chǎn)生一定的應力，但這種應力有限，一旦應力在相互作用下被完全抵消，很可能使得大體積混凝土內部出現(xiàn)裂縫問題，這也意味著有害裂縫主要與混凝土材料的強度有關，并且這類因素同樣會影響大體積混凝土結構的承載力。

3.水利工程大體積混凝土施工技術應用

3.1 優(yōu)化混凝土配比

為減少水泥水化熱反應的發(fā)生，可以選擇低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥，通過控制水泥用量來保證混凝土后期使用的強度。在正式施工前，應積極選用顆粒大、性能良好的粗骨料，使用粉煤灰與減水劑的技術改善混凝土的和易性，在調整水灰比的同時，有效降低水化熱反應帶來的不良影響。在水利工程項目施工中，應指派專門的工作人員在施工現(xiàn)場測量混凝土的坍落度，以120mm的混凝土坍落度為最佳，禁止使用坍落度達到130mm以上的混凝土。在工程基礎內部還可以預埋冷卻水管，利用冷卻循環(huán)水嚴格把控混凝土的水化熱溫度。在條件允許的前提下，現(xiàn)場施工人員還可以在閘墩基礎施工中摻加10%～15%的石塊，從整體上減少水泥的用量，并達到降低水化熱反應的目的。

在大體積混凝土施工前，必須開展多組混凝土試配工作，通過優(yōu)化混凝土配比設計，確保混凝土充分滿足現(xiàn)場性能設計及施工要求，積極采用低砂率、低坍落度、摻高效減水劑以及高粉煤灰摻量的混凝土，確保生產(chǎn)出的混凝土具有低熱、高抗拉值、粘聚性強、不離析、不泌水的優(yōu)勢。結合現(xiàn)場施工要求，應盡可能選擇初始坍落度小的混凝土，并將混凝土初凝時間控制在8～12h以內，同時嚴格把控粉煤灰的摻量配比，盡可能減少水和水泥的用量，保證混凝土具有良好的抗?jié)B性、耐久性，大幅度降低膠凝材料帶來的水化熱反應，在改善混凝土泌水現(xiàn)象的同時，綜合提高混凝土的抗拉強度。當混凝土澆筑后，進一步延長溫度高峰出現(xiàn)的時間，從而將混凝土內外部溫差控制在允許范圍內。在大體積混凝土施工中必須注意水泥水化熱反應，結合大體積混凝土蓋梁的測溫結果，混凝土澆筑后的溫度高峰時段主要集中于70～84h左右，在此過程中應盡可能延長放熱高峰出現(xiàn)的時間。經(jīng)過設計單位允許后，可以將混凝土設計強度設定為60d齡期的強度，通過延長混凝土強度保持的時間來減少水泥用量。

3.2 混凝土攪拌及運輸

在水利工程大體積混凝土生產(chǎn)過程中，必須嚴格按照規(guī)范要求開展混凝土試驗檢測工作，確保大體積混凝土的強度等級、坍落度、水化熱、收縮等指標達到國家規(guī)定的水利工程施工標準。在混凝土運輸過程中則需要做好防風、防曬、防雨、防寒等工作，使用專門的混凝土攪拌運輸車避免顛簸、振動等動力作用帶來的不良影響，甚至出現(xiàn)混凝土拌合物中的粗骨料下沉、細骨料居中、水泥漿上浮的分層離析現(xiàn)象。在混凝土運輸過程中應重點關注離析和初凝等問題，在混凝土正式使用前做好二次攪拌工作，確保其處于最佳的狀態(tài)再開展混凝土澆筑施工。一旦發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場中使用的混凝土坍落度不足或存在嚴重的離析問題，應禁止將其應用于澆筑作業(yè)，以免水利工程施工的質量無法得到基本保障。

由于混凝土溫度變化會直接影響最終的施工效果，因此在混凝土攪拌過程中必須遵循相應的攪拌原則，對原材料和攪拌過程采取降溫處理，在混凝土出機前將溫度控制在合理范圍內。由于混凝土原材料主要包括石頭和石砂等，在原材料堆放前必須保證選址的合理性，在攪拌容器內通入冷風或加入冰塊來達到降溫的目的，確保混凝土攪拌達到水利工程施工的溫度要求。在混凝土運輸前，應指派專門的工作人員檢查車輛是否完好，并及時沖洗裝料車輛，在實際運輸過程中遮擋車上裝載的混合料，以免混合料水分流失。其中車輛運輸?shù)臅r間應控制在混合料初凝前，第一時間將混合料投入工地使用，反之則需要對混合料進行廢棄處理。

由于混凝土攪拌環(huán)節(jié)涉及大量混雜的砂、石含泥量，使得混凝土收縮的同時，其抗壓強度也不斷下降。因此，在混凝土攪拌過程中應精準把控砂、石中的含泥量，如水利工程中的砂含泥量不應超出2%，石含泥量不應超過1%，最大限度地降低泥沙含量對混凝土抗裂帶來的不良影響。在混凝土維護的初期階段可以使用二次投料法和振搗法，當澆筑工作結束后應及時清除混凝土表面的水跡，并刮去混凝土表面的浮漿層，同時采取二次抹光處理。當收漿作業(yè)結束后，還需要覆蓋各種養(yǎng)護物質，切實提高混凝土的抗拉強度。在大體積混凝土的表層和內部之間，可以加入適量的混度配筋，實時調整應力分布，從而有效預防混凝土裂縫問題。

3.3 混凝土澆筑

在混凝土澆筑前，必須提前檢查各個工具的實際運行狀態(tài)，從源頭上預防機械設備在后續(xù)使用中出現(xiàn)故障問題，同時全方位檢查各澆筑部位的模板、鋼筋、預埋件等。在混凝土澆筑過程中必須重視溫度控制，10℃以上為最佳，最低不應超過5℃。在此過程中必須保證混凝土澆筑的連續(xù)性，嚴格把控每個位置的澆筑順序。在混凝土澆筑過程中還需要避免影響鋼筋狀態(tài)，尤其在剪力墻混凝土澆筑過程中，必須安裝用于輸送混凝土的軟管，或者將木板鋪設在混凝土澆筑面上，從而有效避免混凝土在澆筑過程中撞擊鋼筋。最后，在混凝土澆筑過程中必須控制泌水問題，在混凝土澆筑部位預留一定的泄水孔，一旦發(fā)生泌水問題，及時從泄水孔中排除多余水分，從而有效預防骨料下沉、收縮裂縫等問題。大體積混凝土澆筑作業(yè)主要包括分層連續(xù)澆筑、推移式連續(xù)澆筑兩種方式，其中前者又進一步分為全面分層、分段分層、斜向分層等形式。但無論選擇哪一種澆筑方式都需要減少混凝土澆筑間隔的時間，并在混凝土初凝前完成澆筑作業(yè)。在大體積混凝土澆筑過程中必須按照由低到高的順序，從混凝土結構的長邊朝著短邊一側澆筑，在保證混凝土持續(xù)供應的基礎上，還可以采用多點多邊同時澆筑的方式。由于大體積混凝土澆筑作業(yè)極容易在自身重力因素的影響下形成澆筑斜坡，因此必須加大澆筑橫截面，釋放大體積混凝土中的熱量，并在澆筑過程中采用逐步向前的分層澆筑施工工藝，同時嚴格把控交接縫部位的混凝土振搗工作，以此取得理想的施工效果。在大體積混凝土澆筑過程中應加強分層厚度控制，如泵送混凝土的分層厚度應控制在60cm，非泵送混凝土分層澆筑的厚度應控制在40cm以內，從而有效避免分層澆筑厚度過大而影響混凝土振搗的效果。

當大體積混凝土澆筑工作結束后，工程技術人員還需要控制現(xiàn)場作業(yè)的溫度條件，禁止在高溫環(huán)境下開展?jié)仓ぷ?。在夏季時節(jié)開展水利工程施工時，應盡可能選擇溫度較低的氣候環(huán)境，通過地下水攪拌的方式降溫，并在骨料運輸、澆筑等環(huán)節(jié)做好遮陽措施，從而有效控制材料入模時的溫度。在混凝土入模過程中可以加入適量的緩凝型減水劑，采用通風的方式快速排除模內的熱量。當混凝土澆筑作業(yè)結束后，施工人員應及時對混凝土做好保養(yǎng)工作，在夏季做好防曬與保濕措施，而冬季則需要覆蓋混凝土，以此起到良好的保溫效果，以免溫度急劇變化而引起混凝土裂縫問題。在混凝土保養(yǎng)過程中，還需要選擇適合的拆模時機，盡可能延長混凝土降溫的速度和時間，同時充分發(fā)揮混凝土的應力松弛效果。施工單位應有意識地開展溫度監(jiān)測管理工作，利用信息化手段加強溫度控制，針對各道施工工序做好組織規(guī)劃，確?；炷猎跐仓^程中處于均勻上升的狀態(tài)，以免堆積過多而產(chǎn)生高差。在大體積混凝土基礎部分和墊層之間可以添加一個滑動層，并將發(fā)熱瀝青作為滑動層，通過這種方式減少約束應力、突破嵌固力量。

3.4 外加劑的使用

近年來混凝土已在我國各類工程施工中得到了廣泛應用，特別是外加劑的使用使得混凝土具有高效、濃縮、多功能等優(yōu)點，在混凝土施工技術實際應用過程中，還能體現(xiàn)出良好的節(jié)能、增體、環(huán)保等功能。目前較為常見的外加劑主要包括普通減水劑、增強阻裂粉、早強劑等，這些外加劑的使用可以有效改善混凝土的和易性，調整混凝土的凝結時間，同時不斷提高混凝土的耐久性及物理性能，切實提高混凝土在施工環(huán)境中的適應性。

3.5 特殊時期的管理工作

在特殊氣候環(huán)境下開展大體積混凝土施工管理工作時，應采取技術性措施應對低溫、高溫、大風等惡劣條件，確保大體積混凝土作業(yè)的施工質量達到國家要求和標準。在炎熱的作業(yè)環(huán)境中可以使用地下水進行物理降溫，確保混凝土溫度維持在30℃以下。而低溫天氣則需要使用熱水進行攪拌，并對集合材料進行加熱，在混凝土入模前將溫度控制在5℃以上。當混凝土澆筑工作結束后，還可以使用恒溫材料或塑料薄膜做好恒溫保護工作。在大風天氣下開展大體積混凝土施工時，應適當提高抹壓工作的頻率，借助現(xiàn)有材料做好擋風工作，并在混凝土澆筑結束后立即覆蓋材料表面，以免材料被風烘干。

在大體積混凝土施工的后期階段必須做好養(yǎng)護工作，通過保溫保濕的方式避免混凝土裂縫問題。在大體積混凝土后期養(yǎng)護過程中，可以將塑料薄膜、麻袋覆蓋到混凝土澆筑的表面，或者通過擋風遮陽的方式維持大體積混凝土的溫度。在現(xiàn)場施工前，可以在局部區(qū)域利用測溫管控制現(xiàn)場溫度，確保施工現(xiàn)場的環(huán)境溫度達到實際的施工要求。一旦大體積混凝土的表面溫度低于30℃，應立即拆除保溫塑料薄膜。而大體積混凝土的保濕時間應控制在兩個星期以上，在此過程中需要實時檢查塑料薄膜是否完好無損，確保大體積混凝土始終保持著溫潤的狀態(tài)。

4.結語

大體積混凝土指結構最小斷面大于1m的混凝土結構，該混凝土具有結構尺寸大、澆筑量大、內部鋼筋分布數(shù)量多的特點，因此大體積混凝土施工極容易受到各種影響因素的干擾?；炷翝仓鳂I(yè)結束后，由于混凝土的施工體積相對到大，在水泥水化熱、溫度應力變化的影響下極容易發(fā)生混凝土裂縫問題。而水利工程中的混凝土大壩、水閘、涵洞等施工項目均對大體積混凝土的使用提出了較高的要求，因此在實際施工中施工單位必須高度重視混凝土裂縫問題，全面保障水利工程項目整體的施工質量及項目建成后使用的安全性。