淺議高性能混凝土在水利工程中的應(yīng)用

1、<p>　　淺議高性能混凝土在水利工程中的應(yīng)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(dāng)?shù)母呖箟簭?qiáng)度、良好的施工性在水利工程廣泛應(yīng)用。本文將對(duì)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(jìn)行闡述。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高性能：混凝土：水利 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TV431文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

2、</p><p>　　隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家加大了對(duì)水利建設(shè)投資力度，特別是在2011年中央1號(hào)文件出臺(tái)以后，大量的以保障民生、防洪減災(zāi)為主的水利項(xiàng)目不斷開工建設(shè)，促進(jìn)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(qiáng)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(dāng)前混凝土技術(shù)發(fā)展

3、的導(dǎo)向，被譽(yù)為21世紀(jì)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(dāng)?shù)母呖箟簭?qiáng)度、良好的施工性(高流動(dòng)性、高粘聚性、自密實(shí)性)，在新拌狀態(tài)下具有良好的工作性，即高流動(dòng)性而不離析，不泌水、溫升低，硬化過程干縮小，以達(dá)到無初始裂縫，硬化后的滲透性低。慶陽(yáng)市屬亞熱帶季風(fēng)氣候，降水量小，水資源不足，地形溝壑交錯(cuò)，目前主要實(shí)施的項(xiàng)目為山區(qū)水庫(kù)，中小河流治理、高邊坡處理、復(fù)雜地形處理等技術(shù)

4、難點(diǎn)較為常見，合理運(yùn)用高性能混凝土來滿足各種設(shè)計(jì)指標(biāo)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(dòng)水壓力、地震震蕩力等多種不同的外部荷載，受力較為復(fù)雜；同時(shí)水工建筑物內(nèi)部及其地基內(nèi)還會(huì)產(chǎn)生滲流，進(jìn)而產(chǎn)生對(duì)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(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖蝕作用

5、和沖刷作用，對(duì)構(gòu)成水工建筑物主體結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度、抗凍性、抗?jié)B性等指標(biāo)提出了相當(dāng)高的要求。當(dāng)今有許多重要結(jié)構(gòu)不僅要求其混凝土為高強(qiáng)度，工作性和耐久性好，在超載下有延性，還要熱反應(yīng)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(qiáng)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(duì)混凝土的工作性要求愈來愈高，傳統(tǒng)的

6、單一高強(qiáng)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(xué)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(jì)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(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)混凝土在不同階段對(duì)其性能要求也有所不同的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)配制出能滿足各階段性能要求的特殊

7、混凝土。設(shè)計(jì)高性能混凝土的目的，在于通過對(duì)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(shí)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(xì)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(qiáng)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(xì)礦渣與礦粉，與所選水泥具有良好適應(yīng)性的優(yōu)質(zhì)高效減水劑，具有優(yōu)異的力學(xué)性能且粒形級(jí)配良好的骨粒等；配合比設(shè)計(jì)方面，在滿足設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)施工工藝并強(qiáng)化質(zhì)量控制意識(shí)與措施，是高性能混凝土由試驗(yàn)室配合比轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足實(shí)

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(biāo)準(zhǔn)稠度用水量要低，從而使混凝土在低W/C時(shí)也能獲得大流動(dòng)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(qiáng)度要高，以保證使用較少的水泥用量獲得高強(qiáng)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(qiáng)度很低，從而影響砂漿與粗骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度。為了改善其界面結(jié)構(gòu)，在混凝土中摻入超細(xì)礦物質(zhì)摻合料，與其進(jìn)行二次反應(yīng)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(qiáng)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(xì)礦渣；③優(yōu)質(zhì)粉煤灰；①超細(xì)沸石粉等．它們的主要活性成分都是活性SiO2，其主要反應(yīng)過程為：xCa(0H) 2+SiO2+mH2O=xCaO.SiO2?nH20 </p><p>　　2.3.3 粗細(xì)骨料 </p><p>　　細(xì)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(xì)度模數(shù)在2.6―3.2之間

12、。粗骨料的形狀和表面特征對(duì)混凝土強(qiáng)度影響很大，較大表面積的角狀骨料也意味著將會(huì)得到較大的粘結(jié)強(qiáng)度，但是針片狀骨料將會(huì)影響混凝土的流動(dòng)性和強(qiáng)度，因此其含量不宜大于5％。一般而言強(qiáng)度中等的或適當(dāng)?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(duì)混凝土強(qiáng)度影響較大，加大骨料尺寸會(huì)使混凝土強(qiáng)度下降，且強(qiáng)度等級(jí)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(qiáng)混凝土的脆性。 </p><p>　　2.3.4 高性能減水劑。為了獲得高強(qiáng)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(diǎn)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(jìn)行設(shè)計(jì)和控制。目前，我國(guó)生產(chǎn)的普通高效減水劑都不同時(shí)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(fù)合起來使用，如將萘磺酸鹽甲醛縮合物與多羥羧酸鹽復(fù)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(qiáng)度等級(jí)和工作度要求有關(guān)，目前常用的60～100MPa，中等及高流動(dòng)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(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)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(yīng)超過35％，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，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(shí)際工程中水泥用量超過500kg/m3的實(shí)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(jì))，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(jí))用量為15％～30％，磨細(xì)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(dāng)強(qiáng)度等級(jí)要求降低時(shí)，粉煤灰與礦渣的摻量可進(jìn)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(qiáng)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(yù)留位置，不能隨意變更，施工縫的接槎處理一般情況下應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到1.2MPa以上時(shí)，在已硬化的混凝土表面清除水泥浮漿和松動(dòng)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(biāo)號(hào)水泥砂漿澆抹表面后用混凝土細(xì)致?lián)v實(shí)，使新舊混凝土結(jié)合密實(shí)。 </p><p>　　3.1 振搗方式的質(zhì)量控制。施工方要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及其施工規(guī)范

18、等做好施工方案，并且及時(shí)向所有操作人員做好技術(shù)交底，預(yù)防因振搗方式不對(duì)而造成混凝土分層、離析、表面浮漿、麻面等質(zhì)量問題，進(jìn)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(qiáng)、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(shí)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(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，強(qiáng)度提高5％左右。 </p><p>　　3.3 保障混凝土澆筑質(zhì)量。對(duì)在施工過程中不能保證混凝土振搗密實(shí)或?qū)λそㄖ聿焕绊懙募?jí)配錯(cuò)誤的混凝土料、長(zhǎng)時(shí)間凝固或超過規(guī)定時(shí)間的混凝土料、下到高等級(jí)混凝土澆筑部位的低等級(jí)混凝土料應(yīng)挖出混凝土重新澆筑。在澆筑埋石混凝土的時(shí)候應(yīng)該嚴(yán)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(diǎn)是低水膠比、高礦物摻和料、復(fù)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(hù)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(yùn)輸、澆注、振搗工藝上必須嚴(yán)格控制，嚴(yán)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(hù)必須到位，普通混凝土早期強(qiáng)度高水化快，對(duì)養(yǎng)護(hù)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(shí)后，蓋上濕布或草簾進(jìn)行早期養(yǎng)護(hù)，保證水化反應(yīng)的正常進(jìn)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(shí)以內(nèi)，通過濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，使混凝土在良好的條件下進(jìn)行水化反應(yīng)。 </p><p><b>　　4 結(jié)語(yǔ) &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(duì)民生水利建設(shè)、防水害、興水利、促進(jìn)基層社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(duì)環(huán)境破壞嚴(yán)重。而高性能混凝土在水利建設(shè)項(xiàng)目中的運(yùn)用，可以提高建筑壽命和使用率，降低工程造價(jià)，減少資源和能源的損耗，是名符其實(shí)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(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 鄭志祿．混凝土砌塊護(hù)坡在水利工程中的應(yīng)用[J]．中國(guó)水運(yùn)(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(hù)坡混凝土施工方法質(zhì)量控制[J]．民營(yíng)科技，2009(9)． </

24、p><p>　　[4] 李湘州.21世紀(jì)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編寫組．GB50204 92混凝土結(jié)構(gòu)工程及驗(yàn)收規(guī)范[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992． </p><p><b>　　作者簡(jiǎn)介： </b></p><p>