水利水电工程混凝土的施工特点及设计存在问题

摘　要： 本文笔者根据自身实践经验,首先分析了水电工程混凝土的特点及其在施工和设计中存在的问题,阐述了高性能混凝土的配制,列举了几种典型的高性能混凝土特点及应用,包括硅粉混凝土,微塌落度混凝土,聚丙烯纤维混凝土,钢纤维混凝土。

关键词：水利水电;工程;高性能;混凝土
1. 存在的问题
　　1.1施工和设计存在的问题
　　(1)一些施工单位和监理单位现场施工人员对混凝土的性能不是很熟悉,对影响混凝土质量的要素不是十分了解,现场难以控制工程质量;
　　(2)偏远地区新材料、新技术的应用不多。一些对提高混凝土质量比较有效且相对成熟的技术,比如掺加外加剂、掺合料等,在工程中应用不是很普遍,应大力提高施工工艺水平和发展商品混凝土;
　　1.2生产过程中存在的主要问题
　　1.2.1原材料问题
　　(1)水泥。主要表现在抗压强度、抗折强度和安定性没有达到技术要求;水泥仓库的防雨、防潮措施不到位。
　　(2)骨料。混合粗骨料的颗粒级配、堆积密度及空隙率、针片状颗粒含量和超径含量在施工过程中差别比较大,给混凝土施工质量带来比较大的波动,骨料岩质的硬度和含泥量不符合质量要求。
　　1.2.2配合比误差较大
　　由于现场多为人工投料,尽管施工现场多备有配合比投料标牌,但混凝土生产过程中投料误差还是比较大,主要有两个方面的问题,一是拌和用水量控制不好,水灰比偏大;二是混凝土的砂率偏大。如上所述,由于混合粗骨料的颗粒级配、堆积密度及空隙率、针片状颗粒含量和超径含量变化较大,为了满足混凝土的施工性能,混凝土的砂率就必然要增大,按照混凝土的填充包裹理论,就应适当调整配合比,增加水泥和用水量,而受技术能力和生产成本所限,这些都难以做到,混凝土的质量就必然下降了。尤其是浇筑泵送混凝土时,为了使骨料不塞管而将混凝土顺利输送到仓面,有的工地不是从掺加高效减水剂、泵送剂、粉煤灰和选择合适的骨料等技术手段着手,而是尽可能加大混凝土的砂率和用水量,以此来满足混凝土施工性能的要求。因此,经常使用泵送混凝土的水工结构等混凝土质量相对较差。
　　1.2.3混凝土拌和不均匀
　　应采用效果较好的强制式搅拌机,提高搅拌效果;一些工地盲目赶进度,混凝土拌和时间不足,拌和不均匀。
　　1.2.4钢筋
　　钢筋网位移或变形较严重,有的钢筋保护层不足,甚至露筋。
　　1.2.5混凝土结构
　　混凝土构件的外观质量存在一些缺陷,如蜂窝、麻面、跑模、错台、钢筋外露、裂缝和渗漏等。其中比较难处理的是混凝土的渗漏,主要是温度裂缝渗漏,施工层面处理不好或由于施工间歇太长。渡槽伸缩缝处理不好导致渗漏的现象也时有发生。
　　2. 几种典型混凝土的特点、配制及应用
　　2.1硅粉混凝土
　　水工高性能混凝土的配制技术途径之一是:采用高活性混合材———硅粉和粉煤灰取代水泥,以减少水泥用量;优选高效减水剂,尽量降低水泥用量和采用具有早期微膨胀作用但不影响后期强度的膨胀剂取代水泥以补偿掺用硅粉和高效减水剂引起的早期收缩。
　　与普通混凝土相比,硅粉混凝土虽具有较高的强度和耐久性,但由于其水胶比小、水泥用量大且不易泌水,因而比普通混凝土更容易发生塑性收缩,其早期干缩率和自身体积变形也比普通混凝土更大,导致硅粉混凝土在施工中往往出现早期开裂的技术难题。为此,在进行配和比设计时,考虑通过以粉煤灰等活性矿物料取代部分水泥及掺加高效减水剂等手段,在满足各项技术要求的前提下,尽可能减少水泥用量,降低混凝土绝热温升,从而减轻温控负担,降低混凝土出现裂缝的风险。通过掺加高效减水剂和粉煤灰,还可使硅粉混凝土具有良好的和易性及流动性,以满足该工程现场泵送施工的要求。对于掺加粉煤灰的混凝土,应当充分利用其后期强度增长较快的特点,在不影响工程运行期限的前提下,可适当延长混凝土设计龄期。
　　2.2微坍落度混凝土
　　微坍落度混凝土(其VC值为1s～3s,坍落度SL为0cm～0.5cm)是一种稠度介于常态混凝土和碾压混凝土之间的一种混凝土,硬化后与常规混凝土或碾压混凝土的力学和热学性能指标相近,温度变形相近或相容。
　　2.2.1微坍落度混凝土的优点
　　①良好的经济性。在水胶比和粉煤灰掺量相同的情况下,微坍落度混凝土比常态混凝土和流态混凝土胶凝材料分别少40kg/m3和80kg/m3,而且微坍落度混凝土90d胶强比比常态混凝土和流态混凝土均低,因此工程造价低;②良好的抗裂性。微坍落度混凝土的抗拉强度最大,拉压比最大,而且极限拉伸值也最大;其次为常态混凝土;碾压混凝土和流态混凝土最小。表明微坍落度混凝土的抗裂性能优于碾压混凝土、常态混凝土和流态混凝土;③良好的抗剪强度。微坍落度混凝土的抗剪性能明显优于碾压混凝土,并且能达到常态混凝土抗剪性能;④良好的抗冻性能。微坍落度混凝土抗冻性能明显优于碾压混凝土,并能达到常态混凝土的抗冻性。达到同样含气量,微坍落度混凝土引气剂掺量与碾压混凝土相近。在微坍落度混凝土中只要掺入足够的引气剂,其混凝土就能具有良好的抗冻性;⑤良好的抗渗性。微坍落度混凝土的抗渗性能优于碾压混凝土,大约比碾压混凝土提高2倍,而且能够达到常态混凝土的抗渗性能。因此利用微坍落度混凝土作为碾压混凝土坝面的防渗措施,既减少了施工干扰,加快了施工进度,又具提高了坝面防渗;⑥具有良好的微观结构。与碾压混凝土相比,微坍落度混凝土在集料—水泥石界面区Ca(OH)2含量少,絮凝状和网状C-S-H凝胶较多,消弱了
Ca(OH)2在界面富集。
　　2.2.2在碾压混凝土坝中的应用
　　由于碾压混凝土具有超干硬性、灰浆量少,在施工中不可避免地产生骨料分离,层间结合较薄弱,容易形成微小渗漏通道等缺点。尤其在碾压混凝土坝体上下游坝面靠近模板、河槽岸坡、止水片、通气孔及廊道等部位,振动碾无法靠近,此处的压实效果差,形成了坝体结构防渗的薄弱部位,也影响了坝体混凝土结构安全和耐久性,如何提高坝体的防渗性和耐久性一直是碾压混凝土推广应用中的一个难题。此前,常采取的防渗措施归纳为:①常规混凝土防渗;②富胶凝材料碾压混凝土防渗;③坝面或坝上游面薄膜防渗;④沥青混合料防渗;⑤变态混凝土防渗等。为进一步发挥碾压混凝土筑坝快速施工的技术优势,简化全断面碾压混凝土坝的防渗措施,消除施工干扰,加快施工进度,在同一仓面的坝体内部大体积碾压混凝土和上、下游坝面靠近模板部位及其它难以碾压的部位,采用与坝体内部碾压 混凝土同层入仓的微坍落度混凝土,使用振捣棒振捣密实,可取得良好效果。
　　2.3钢纤维混凝土
　　近年来钢纤维混凝土在水电行业中也有广泛应用,技术上已较成熟。在混凝土中掺入钢纤维后,改变了混凝土的破坏形态,由无纤维的脆性断裂向纤维含量较高时的延性破坏,初裂强度和极限强度明显提高,改善钢筋混凝土结构的性能。
　　钢纤维质量要求及掺量要有明确的规定,比如钢纤维长径比为60左右,掺量45kg左右等。
　　钢纤维在拌和料中的分散均匀性,不仅与原材料的组成有关,而且与搅拌工艺密切相关。钢纤维搅拌是保证钢纤维在混凝土中均匀分布的重要环节,必须通过现场拌和工艺试验,确定最适合的投料顺序和拌和时间。拌和时,钢纤维混凝土其组成材料的投放方法和顺序与普通混凝土不同,钢纤维混凝土拌和时,拌和站采用先干拌后湿拌的方法,即将水泥、粉煤灰、小石、砂、钢纤维投入搅拌罐内,先进行干拌,使钢纤维均匀分散于拌和料中,然后加水和外加剂溶液进行湿拌。钢纤维没有结团现象。最适合的投料顺序为:砂——小石——钢纤维——水泥——粉煤灰——水——外加剂。
　　3. 结语
　　本文分析了水利水电工程混凝土的特点及其在施工和设计中存在的问题,阐述了高性能混凝土的配制,列举了几种典型的高性能混凝土特点、配制及应用,包括:硅粉混凝土、微塌落度混凝土、聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土。通过这些对比和阐述,对水利水电工程的混凝土应用技术希望能够起到一些借鉴作用。