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，需要現場施工人員始終保持認真嚴謹的工作態度，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、抗震性能優良、適用性強的優點，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生的原因

首先，水泥水化熱反應產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，而外層結構接觸空氣則會散發大量水分，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。混凝土材料具有的收縮性，極容易被水分變化所影響，這種變化尤其體現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 優化混凝土配比

為減少水泥水化熱反應的發生，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，利用冷卻循環水嚴格把控混凝土的水化熱溫度。在條件允許的前提下，現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，通過優化混凝土配比設計，確保混凝土充分滿足現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、不泌水的優勢。結合現場施工要求，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滲性、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的時間。經過設計單位允許后，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過程中，必須嚴格按照規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再開展混凝土澆筑施工。一旦發現施工現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，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。其中車輛運輸的時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。

由于混凝土攪拌環節涉及大量混雜的砂、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。當收漿作業結束后，還需要覆蓋各種養護物質，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，從源頭上預防機械設備在后續使用中出現故障問題，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，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主要包括分層連續澆筑、推移式連續澆筑兩種方式，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。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場作業的溫度條件，禁止在高溫環境下開展澆筑工作。在夏季時節開展水利工程施工時，應盡可能選擇溫度較低的氣候環境，通過地下水攪拌的方式降溫，并在骨料運輸、澆筑等環節做好遮陽措施，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。當混凝土澆筑作業結束后，施工人員應及時對混凝土做好保養工作，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劃，確保混凝土在澆筑過程中處于均勻上升的狀態，以免堆積過多而產生高差。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、多功能等優點，在混凝土施工技術實際應用過程中，還能體現出良好的節能、增體、環保等功能。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境中的適應性。

3.5 特殊時期的管理工作

在特殊氣候環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的施工質量達到國家要求和標準。在炎熱的作業環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。在現場施工前，可以在局部區域利用測溫管控制現場溫度，確保施工現場的環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。

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。混凝土澆筑作業結束后，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。