基于水利施工中控制水灰比的重要性

聶 方

(四川雅安電力集團股份有限公司滎河電廠，四川雅安625007)

1 前言

混凝土是一種由水泥、砂、石骨料、水及其它外加材料按一定比例均勻拌和，經(jīng)一定時間硬化而形成的人造石材。在混凝土中，砂石起骨架作用稱為骨料，水泥與水形成水泥漿，水泥漿包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥漿起潤滑作用，賦予拌和物一定的和易性，便于施工。水泥漿硬化后，則將骨料膠結(jié)成一個堅實的整體。

施工過程中影響混凝土強度的重要因素有水泥的標號、施工方法及施工質(zhì)量、水灰比、骨料的種類和級配、骨料的含水量，水的品質(zhì)，養(yǎng)護條件和齡期。水泥的標號及骨料等可因設(shè)計要求而確定，養(yǎng)護則在工程后期進行，而施工過程中對水灰比的控制就成了直接影響混凝土強度的關(guān)鍵因素。

2 水對混凝土強度的影響機理

在混凝土凝結(jié)硬化過程中，由于水泥石的收縮受到骨料的約束，在水泥石中會出現(xiàn)拉應(yīng)力，將在水泥石與骨料的膠結(jié)面上甚至在水泥石本身形成細微裂縫。同時，由于混凝土拌和物的泌水作用，也會在石料的下部形成水隙或裂縫，當(dāng)混凝土受荷后，這種細微裂縫會逐漸擴大，延長并連通起來，形成更大的裂縫，由此可見，一般混凝土的破壞，主要發(fā)生在水泥石與骨料的界面上，以及水泥石中。所以混凝土的強度主要取決于水泥石的強度及其與骨料間的黏結(jié)力。而水泥石的強度及其與骨料間的黏結(jié)力又取決于水泥標號及水灰比的大小。所以在施工過程中水灰比的大小是影響混凝土強度的主要原因，在水泥標號一定的前提下，混凝土的強度隨水灰比的增加而有規(guī)律的下降。從混凝土強度表達式也看出，C/W即水灰比也與混凝土強度成正比，即水灰比越小，混凝土強度越高;水灰比越大，混凝土強度越底。水灰比和混凝土的搗實程度，兩者都對混凝土體積有影響，水灰比－孔隙率關(guān)系無疑是最重要的因素。它影響著水泥漿基體和粗骨料間過渡區(qū)這兩者的孔隙率，水泥在水化過程中的孔隙率取決于水灰比，水灰比和混凝土的振搗密實程度兩者都對混凝土體積有影響，充分密實的混凝土在任何水灰比程度下的毛細管空隙率由水灰比所確定。當(dāng)混凝土混合料能被充分搗實時，混凝土的強度隨水灰比的降低而提高。在使用同種水泥的情況下，水灰比越小，與骨料黏結(jié)力越大，混凝土強度越高。

3 水在混凝土中的存在方式和硬化機理

水在混凝土中有3種存在方式:①化學(xué)結(jié)合水。化學(xué)結(jié)合水是強結(jié)合的，不參與混凝土與外界濕度的交換作用，不引起收縮和膨脹變形，形成微小自身變形;②物理化學(xué)結(jié)合水。在混凝土中以并不嚴格的定量存在，表現(xiàn)為吸附薄膜結(jié)構(gòu)，它在混凝土中起擴散及溶解水泥顆粒的作用，一部分水在材料周圍構(gòu)成堿性結(jié)合水膜，吸附水結(jié)合屬中等結(jié)合，容易受到水分蒸發(fā)的破壞，所以它積極地參與混凝土與周圍環(huán)境的濕度交換作用;③物理結(jié)合水。混凝土中各晶格間以及粗、細毛孔中的自由水，也叫游離水，含量不穩(wěn)定，結(jié)合強度低，極易受水分蒸發(fā)的破壞，它是積極參與和外界濕度交換的。適量的水是混凝土完成水化反應(yīng)，達到預(yù)期強度的必需條件。化學(xué)結(jié)合水是保證水泥顆粒水化的必需條件，物理化學(xué)結(jié)合水是保證水泥顆粒充分擴散，逐步完成水化反應(yīng)的必需條件，而物理結(jié)合水則為化學(xué)結(jié)合水、物理化學(xué)結(jié)合水充分發(fā)揮作用提供條件。

4 增加用水量對混凝土強度的影響

在審查實驗室出具的配合比單及相應(yīng)的有關(guān)混凝土性能，能夠滿足工程的各項要求后，方可進行混凝土的攪拌和澆筑工作。首次使用的混凝土配合比應(yīng)進行開盤鑒定，其工作性應(yīng)滿足設(shè)計配合比的要求。

確定用水量以后，可根據(jù)水灰比確定水泥的用量。在實際的施工中往往用水量都超過配合比設(shè)計的用水量。在保證混凝土配合比設(shè)計用水量的前提下，隨著實際用水量的增加，混凝土強度逐步降低，每增加5 kg的水，混凝土的強度降低約112 MPa左右。因此施工過程中必須嚴格控制混凝土的拌和用水量，以保證足夠的混凝土強度，從而保證水利工程的質(zhì)量符合設(shè)計要求。

5 水灰比過大引起的其他質(zhì)量問題

在混凝土澆筑過程中，用水量過大，也即水灰比過大，常常造成混凝土的黏聚性和保水性不好。在混凝土振搗過程中，水泥漿體與骨料分離，造成流漿、離析現(xiàn)象。水灰比過大，如再加上環(huán)境溫度偏高，在混凝土澆筑后初凝階段，水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)現(xiàn)象，將引起失水收縮。在混凝土終凝之前，骨料和膠合料之間也將產(chǎn)生不均勻的沉縮變形。水灰比越大，則這兩種變形也越大。失水收縮引起的變形多發(fā)生在混凝土的澆筑面，特別是養(yǎng)護不良的部位。沉縮變形引起的裂縫多發(fā)生在混凝土的澆筑面?zhèn)让妫@些裂縫常沿鋼筋分布。

6 混凝土骨料含水率對水灰比的影響

在其他影響混凝土強度的因素中，混凝土配合比是至關(guān)重要的。提到混凝土的配合比就必須談?wù)劵炷凉橇系暮蕦λ冶纫约盎炷翉姸鹊挠绊憽９橇系暮吭礁呔蛻?yīng)通過計算相應(yīng)降低混凝土的拌和用水量以保證設(shè)計的水灰比，從而保證混凝土的設(shè)計強度。以免因此而增大了水灰比，從而降低了混凝土的強度。因此，應(yīng)定期測定混凝土骨料的含水率，及時對施工配合比進行調(diào)整。檢查數(shù)量按每工作班檢查一次。檢驗方法是檢查含水率測試結(jié)果和施工配合比通知單。在實際施工中，監(jiān)理工程師應(yīng)見證原材料取樣，并填寫見證取樣單，交相應(yīng)資質(zhì)等級的試驗室進行混凝土配合比的設(shè)計及試配工作。在混凝土拌制前，應(yīng)測定砂、石含水率，并根據(jù)測試結(jié)果調(diào)整配料用量以及拌和用水量。如本人參加的“滎河電廠輸水管道滑坡危巖治理工程”，因當(dāng)?shù)鼗炷凉橇系暮瘦^大，根據(jù)這一實際情況，業(yè)主方會同監(jiān)理單位共同向設(shè)計單位提出修改水灰比的意見，經(jīng)過多方實地考察及測量分析和共同協(xié)商，一致同意將原來的設(shè)計水灰比降低了1個百分點以保證混凝土的強度，經(jīng)過工程實踐證明效果良好。

7 結(jié)語

鑒于以上的分析，在水利工程施工過程中，要充分認識到用水量即水灰比對混凝土質(zhì)量影響的每個環(huán)節(jié)，做好各個方面的細致工作。施工過程中水泥水化所需的結(jié)合水，一般約占水泥重量的25%，但在混凝土的拌和過程中，常常為了獲得必要的流動性，需要較多的水，即較大的水灰比。一般常用的塑性混凝土，水灰比常在0.4～0.8，在施工過程中，應(yīng)該在滿足流動性的前提下盡量采用較小的水灰比以保證混凝土的強度，從而確保工程的質(zhì)量。

[1]重慶建筑工程學(xué)院.混凝土學(xué)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1981.