淺議高性能混凝土在水利工程中的應用

1、<p>　　淺議高性能混凝土在水利工程中的應用</p><p>　　摘 要：高性能混凝土具有高抗?jié)B性、高體積穩(wěn)定性、適當?shù)母呖箟簭姸?、良好的施工性在水利工程廣泛應用。本文將對高性能混凝土在水利工程建設(shè)中材料的選擇和施工工藝進行闡述。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高性能：混凝土：水利 </p><p>　　中圖分類號：TV431文獻標識碼：A 文章編號：

2、</p><p>　　隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，國家加大了對水利建設(shè)投資力度，特別是在2011年中央1號文件出臺以后，大量的以保障民生、防洪減災為主的水利項目不斷開工建設(shè)，促進了基層水利事業(yè)的蓬勃發(fā)展。為了能夠最大限度提高水利工程使用壽命，充分發(fā)揮基層水利設(shè)施效益，就必須提高水利工程建筑材料性能和創(chuàng)新施工工藝，最主要是提高混凝土耐久性、強度、穩(wěn)定性等性能，這就形成了高性能混凝土。高性能混凝土是當前混凝土技術(shù)發(fā)展

3、的導向，被譽為21世紀的混凝土，具有高抗?jié)B性(高耐久性的關(guān)鍵性能)、高體積穩(wěn)定性(低干縮、低徐變、低溫度變形和高彈性模量)、適當?shù)母呖箟簭姸取⒘己玫氖┕ば?高流動性、高粘聚性、自密實性)，在新拌狀態(tài)下具有良好的工作性，即高流動性而不離析，不泌水、溫升低，硬化過程干縮小，以達到無初始裂縫，硬化后的滲透性低。慶陽市屬亞熱帶季風氣候，降水量小，水資源不足，地形溝壑交錯，目前主要實施的項目為山區(qū)水庫，中小河流治理、高邊坡處理、復雜地形處理等技術(shù)

4、難點較為常見，合理運用高性能混凝土來滿足各種設(shè)計指標是解決這些問題的關(guān)鍵。 </p><p>　　1 高性能混凝土出現(xiàn)的原因 </p><p>　　水工建筑物不僅承受靜水壓力，還要承受各種動水壓力、地震震蕩力等多種不同的外部荷載，受力較為復雜；同時水工建筑物內(nèi)部及其地基內(nèi)還會產(chǎn)生滲流，進而產(chǎn)生對建筑物穩(wěn)定不利的滲透壓力，還有可能引起地基的滲透變形；高速水流通過泄水建筑物時產(chǎn)生的強烈沖蝕作用

5、和沖刷作用，對構(gòu)成水工建筑物主體結(jié)構(gòu)的混凝土強度、抗凍性、抗?jié)B性等指標提出了相當高的要求。當今有許多重要結(jié)構(gòu)不僅要求其混凝土為高強度，工作性和耐久性好，在超載下有延性，還要熱反應低，滲透率小，耐火、自重輕、耐磨損、收縮小、內(nèi)部抗拉性能高、蠕變小、抗疲勞的持久性強和析水少等高性能，而普通混凝土不能滿足這些要求，常出現(xiàn)混凝土建筑物破壞失效甚至崩塌，工程結(jié)構(gòu)的開裂、塌方等事故，造成巨大損失。因此現(xiàn)代水利工程對混凝土的工作性要求愈來愈高，傳統(tǒng)的

6、單一高強化的主流思想受到批判，高性能混凝土逐漸成為合理的、科學的發(fā)展路線。 </p><p>　　2 高性能混凝土配制技術(shù) </p><p><b>　　2.1 設(shè)計思路 </b></p><p>　　高性能混凝土是把混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性作為一個重要的技術(shù)指標，根據(jù)混凝土在不同階段對其性能要求也有所不同的特點，設(shè)計配制出能滿足各階段性能要求的特殊

7、混凝土。設(shè)計高性能混凝土的目的，在于通過對混凝土材料諸多性能的改善，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和可靠性。 </p><p>　　2.2 實現(xiàn)水工混凝土高性能的技術(shù)途徑 </p><p>　　高性能混凝土一般水灰比在35％以下，采用525#硅酸鹽水泥或普通水泥，以礦物質(zhì)超細粉取代部分水泥，摻入高效減水劑，使坍落度適合施工要求，混凝土的強度一般為70MPa左右?；炷僚渲弥斜仨殐?yōu)選優(yōu)質(zhì)原材料，如優(yōu)

8、質(zhì)水泥與粉煤灰，超細礦渣與礦粉，與所選水泥具有良好適應性的優(yōu)質(zhì)高效減水劑，具有優(yōu)異的力學性能且粒形級配良好的骨粒等；配合比設(shè)計方面，在滿足設(shè)計要求的情況下，盡可能降低水泥用量并限制水泥漿體的體積，根據(jù)工程的具體情況摻用一種以上礦物摻合料，在滿足流動度要求的前提下，通過優(yōu)選高效減水劑的品種與劑量，盡可能降低混凝土的水膠比，一般在0.4以下；正確選擇施工方法，合理設(shè)計施工工藝并強化質(zhì)量控制意識與措施，是高性能混凝土由試驗室配合比轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足實

9、際工程結(jié)構(gòu)需求的重要保證。 </p><p>　　2.3 高性能混凝土的原材料 </p><p>　　2.3.1 水泥。不是所有的水泥都可以用來配制高性能混凝土，高性能混凝土使用的水泥必須是：①標準稠度用水量要低，從而使混凝土在低W/C時也能獲得大流動性；②水化放熱量和放熱速度要低，以避免因混凝土的內(nèi)外溫差大而造成混凝土產(chǎn)生裂紋；③水泥的強度要高，以保證使用較少的水泥用量獲得高強混凝土。中

10、熱硅酸鹽水泥，球狀水泥、調(diào)粒水泥等均可用來配制高性能混凝土。 </p><p>　　2.3.2 礦物質(zhì)摻合料。在完全水化的水泥石中，Ca(OH)2約占25％，具有可溶性，在硬化混凝土中分布極不均勻，呈多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)，強度很低，從而影響砂漿與粗骨料之間的粘結(jié)強度。為了改善其界面結(jié)構(gòu)，在混凝土中摻入超細礦物質(zhì)摻合料，與其進行二次反應生成難溶的水化硅酸鈣凝膠沉積在界面的孔隙內(nèi)，降低Ca(OH)2的富集及定向排列，因而可以提

11、高界面強度，還提高混凝土的抗?jié)B性。常用的礦物質(zhì)摻合料主要有：①硅粉；②磨細礦渣；③優(yōu)質(zhì)粉煤灰；①超細沸石粉等．它們的主要活性成分都是活性SiO2，其主要反應過程為：xCa(0H) 2+SiO2+mH2O=xCaO.SiO2?nH20 </p><p>　　2.3.3 粗細骨料 </p><p>　　細骨料宜選用石英含量高、顆粒渾圓潔凈、具有平滑篩分曲線的中粗砂，細度模數(shù)在2.6―3.2之間

12、。粗骨料的形狀和表面特征對混凝土強度影響很大，較大表面積的角狀骨料也意味著將會得到較大的粘結(jié)強度，但是針片狀骨料將會影響混凝土的流動性和強度，因此其含量不宜大于5％。一般而言強度中等的或適當?shù)偷墓橇戏炊欣?</p><p>　　高性能混凝土的粗骨料最大粒徑的大小對混凝土強度影響較大，加大骨料尺寸會使混凝土強度下降，且強度等級愈高愈明顯，主要原因是骨料尺寸愈大，粘結(jié)面積愈小，造成混凝土的不連續(xù)性的不利影響愈大，

13、特別是水泥用量多的高性能混凝土更為明顯。因此，高性能混凝土的粗骨料宜選用最大粒徑大于15mm的碎石，還可以降低高強混凝土的脆性。 </p><p>　　2.3.4 高性能減水劑。為了獲得高強度、高性能混凝土就必須采用高性能減水劑（AE減水劑），其特點是既具有高的減水率(20―30％)，又有控制塌落度損失的性能，從而使混凝土能按指定性能進行設(shè)計和控制。目前，我國生產(chǎn)的普通高效減水劑都不同時具備高性能AE減水劑的性能

14、，因此，通常將普通高效減水劑與緩凝劑復合起來使用，如將萘磺酸鹽甲醛縮合物與多羥羧酸鹽復合以后基本上就可具備高性能AE減水劑的性能。 </p><p>　　2.4 高性能混凝土參數(shù)選擇和范圍 </p><p>　　參數(shù)選擇和范圍與高性能混凝土強度等級和工作度要求有關(guān)，目前常用的60～100MPa，中等及高流動度的高性能混凝土的參數(shù)選擇與范圍建議如下：①膠凝材料漿體體積Vs。國內(nèi)設(shè)計配合比較少

15、使用這一參數(shù)，Va主要與混凝土的體積穩(wěn)定性(收縮與徐變等)密切相關(guān)，Mehta具體提出Vc值不應超過35％，根據(jù)工作經(jīng)驗，配制骨料最大粒徑不超過40mm的C60～C100高性能混凝土，Va值宜取28％～32％；②水泥用量C。實際工程中水泥用量超過500kg/m3的實例較少，較多介于330～450kg/m3之間；③高效減水劑。高效減水劑用量通常介于0.5％～2.0％(以含固量占膠凝材料總重量計)，摻有硅粉的混凝土需要較高劑量的高效減水劑；

16、④摻合料。粉煤灰(1、Ⅱ級)用量為15％～30％，磨細礦渣為20％～30％，硅粉為5％～15％，F(xiàn)礦粉或石粉為5％～10％，UEA為8％～12％，當強度等級要求降低時，粉煤灰與礦渣的摻量可進一步加大；⑤水膠比。多數(shù)高性能混凝土摻有一種以上的摻合料，其強度與水膠比之間基本成線性關(guān)系，C60～C100混凝土的水膠比較多介于0.25～0.35之間，一般不超過0.4；⑥最大用水量Ⅳ。據(jù)</p><p>　　3 高性能混凝

17、土施工 </p><p>　　在施工方案中事先確定施工縫預留位置，不能隨意變更，施工縫的接槎處理一般情況下應在混凝土強度達到1.2MPa以上時，在已硬化的混凝土表面清除水泥浮漿和松動石子，將施工縫處混凝土表面鑿毛，并用水沖洗干凈，不得積水，再用高標號水泥砂漿澆抹表面后用混凝土細致?lián)v實，使新舊混凝土結(jié)合密實。 </p><p>　　3.1 振搗方式的質(zhì)量控制。施工方要根據(jù)設(shè)計圖紙及其施工規(guī)范

18、等做好施工方案，并且及時向所有操作人員做好技術(shù)交底，預防因振搗方式不對而造成混凝土分層、離析、表面浮漿、麻面等質(zhì)量問題，進而盡可能降低混凝土成型硬化后出現(xiàn)裂縫的概率，保證混凝土的耐久性。 </p><p>　　3.2 二次振搗或多次搓壓表面。高強、高性能混凝土在拌制過程中，摻加多種外加劑及摻和料，一般情況下緩凝4h左右，這段時間已澆混凝土表面因環(huán)境及水泥水化作用失水較多，容易產(chǎn)生收縮裂縫，經(jīng)初凝前二次振搗或多次搓

19、壓表面，能有效防止表層裂紋，且通過留置的混凝土試塊進行強度試驗，強度提高5％左右。 </p><p>　　3.3 保障混凝土澆筑質(zhì)量。對在施工過程中不能保證混凝土振搗密實或?qū)λそㄖ聿焕绊懙募壟溴e誤的混凝土料、長時間凝固或超過規(guī)定時間的混凝土料、下到高等級混凝土澆筑部位的低等級混凝土料應挖出混凝土重新澆筑。在澆筑埋石混凝土的時候應該嚴格控制施工單位的埋石量、埋石大小并保證埋石潔凈以及埋石與模板的距離，杜絕施

20、工單位為了單純提高埋石率而放棄質(zhì)量。在施工中努力確保埋石垂直和水平距離，以不影響振搗為原則，提高埋石混凝土質(zhì)量。 </p><p>　　3.4 澆筑完的混凝土必須遮蓋以保溫或者防雨。高性能混凝土的特點是低水膠比、高礦物摻和料、復摻外加劑，這與普通混凝土是不同的，這使得高性能混凝土在施工的質(zhì)量控制、養(yǎng)護措施都與普通混凝土不同，低水膠比決定于混凝土的粘性變大，在混凝土的運輸、澆注、振搗工藝上必須嚴格控制，嚴禁施工人員

21、為方便施工而摻水。高礦物摻和料要求混凝土的養(yǎng)護必須到位，普通混凝土早期強度高水化快，對養(yǎng)護不是很敏感，但高性能混凝土則不同，高性能混凝土用水量低，易發(fā)生自身收縮而產(chǎn)生裂縫，所以澆筑搗實后，蓋上濕布或草簾進行早期養(yǎng)護，保證水化反應的正常進行是保證高性能混凝土高性能的重要工藝措施。在混凝土澆筑完畢后12小時以內(nèi)，通過濕潤養(yǎng)護，使混凝土在良好的條件下進行水化反應。 </p><p><b>　　4 結(jié)語 &l

22、t;/b></p><p>　　混凝土作為水利工程建設(shè)中用量最大的建筑材料，對民生水利建設(shè)、防水害、興水利、促進基層社會經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮重要作用，但其使用壽命較短，拆除后形成建筑垃圾對環(huán)境破壞嚴重。而高性能混凝土在水利建設(shè)項目中的運用，可以提高建筑壽命和使用率，降低工程造價，減少資源和能源的損耗，是名符其實的綠色混凝土，代表著未來混凝土的方向。 </p><p><b>　　參

23、考文獻： </b></p><p>　　[1] 鄭志祿．混凝土砌塊護坡在水利工程中的應用[J]．中國水運(下半月刊)，2011(3)． </p><p>　　[2] 劉秉金．混凝土技術(shù)[M]．北京：人民交通出版社，2004． </p><p>　　[3] 劉明萍，楊志帥．水利工程大壩護坡混凝土施工方法質(zhì)量控制[J]．民營科技，2009(9)． </

24、p><p>　　[4] 李湘州.21世紀混凝土技術(shù)展望 [J]. 山西建材，2000（1）：35-38. </p><p>　　[5] 中華人民共和國國家標準編寫組．GB50204 92混凝土結(jié)構(gòu)工程及驗收規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992． </p><p><b>　　作者簡介： </b></p><p>