浅议水利工程冬季混凝土施工技术

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　　 摘要：水利工程建设项目一般施工时间长，跨越冬季时，就要制定科学的冬季施工方案。本文首先分析了冬季混凝土质量影响因素，然后探讨了冬季水利工程混凝土配料要求和混凝土搅拌与浇注技术，供同行参考借鉴。
　　关键词：冬季；水利工程；混凝土施工
　　随着国家“十二五”规划的实施，特别是今年中央一号文件的出台，国家对水利工作日益重视，必然带来水利事业的大发展、大繁荣。在水利工程建设中，必须确保质量，特别是在冬季阶段实施水利工程建设。
　　1冬季混凝土质量影响因素
　　混凝土工程施工包括配料、搅拌、运输、浇注、养护等施工过程，各个施工过程紧密联系又相互影响，各个施工过程处理不当都会影响混凝土的最终质量。进入11月份气温大幅度下降，这种寒冷的气候，对水利混凝土工程施工影响很大。冬季混凝土强度降低的原因主要有：
　　（1）水结冰后体积增加9％，混凝土内游离水分愈多，冻胀应力就愈大，冻胀了的体积在解冻后不会缩回去，而是保留了下来。因此，新拌的混凝土受冻后孔隙度显著提高。如果孔隙率增加至15％，强度就会下降10％。当冻胀应力大到了产生裂缝时，混凝土结构受到破坏，强度就不会再增加了。
　　（2）在骨料周围，有一层水膜或水泥浆膜，在受冻后，其粘结力受到严重损害，解冻后也不能恢复。曾做过实验，如果粘结力完全丧失，强度将降低13％。
　　（3）在结冰与溶解过程中，会发生水分转移的现象，受冻时由于混凝土表面温度低，先结冰产生冻胀压力把水分挤向混凝土内部。溶解过程中外部先溶解内部应力大，又将水分向表面挤压，水分反向迁移，由于水分体积的反变化，使混凝土各组分的相对位置发生变化，这对强度还很低的新混凝土很容易造成结构性裂纹。
　　2冬季水利工程混凝土配料要求
　　2.1需满足的要求
　　水利工程混凝土应满足抗压、抗拉、抗渗、抗冻、抗裂、抗冲耐磨和抗侵蚀等要求。混凝土的质量和技术性能很大程度上是由原材料的性质及其相对含量所决定的，同时也与施工工艺等有关，因此合理地选择原材料，是保证混凝土质量的前提。在配料方面除应保证工地技术人员提出的对混凝土强度等级的要求外，还要保证工地施工对混凝土和易性的要求，和易性包括流动性、粘聚性和保水性等3个方面的性能。流动性是混凝土能流动并均匀密实地填满模板的性能，流动性的大小反映混凝土拌和物的稀稠坍落度的大小。混凝土到工地后的流动性直接影响着工地浇捣施工的难易和时间的长短，从而影响混凝土的质量。混凝土的粘聚性好能使混凝土在运输和浇注过程中不至于发生离析现象，混凝土拌和物在入模后经振捣，由于浆包不住石子导致浆往下走，石子留在表面，只有石子没有浆不能使混凝土保持整体均匀的性能。如果在施工过程中，一部分水从内部析出至表面，说明此混凝土拌和物保水性不好，密实性差，从而降低混凝土的强度和耐久性。
　　2.2选择水泥品种的原则
　　水利工程混凝土选择水泥品种的原则主要是根据工程部位、技术要求和环境条件。对水位变化区外部、有抗冲耐磨和抗冻要求的混凝土，宜选用中热硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，也可选用普通硅酸盐水泥。选用中热硅酸盐水泥，既可满足混凝土各项性能要求，又可降低混凝土发热量，减少温度裂缝。
　　2.3防止裂缝产生
　　由于水利水电工程大体积混凝土的快速施工，应该特别注意防止裂缝产生。
　　（1）将混凝土内外温差控制在25°以内，尽量使用水化热较低混凝土配合比。因为混凝土原材料的品质和配合比，决定了混凝土热学、力学性能，它从减少混凝土绝热温升、提高抗裂能力两方面防止裂缝的产生。
　　应该选用放热量低的水泥、减少水泥用量以降低混凝土的绝热温升；掺入外加剂（主要指减水剂）、掺和料（主要为粉煤灰）以减少用水量，改善混凝土的和易性和强度；以及选用材质好、级配佳的粗细骨料，减小混凝土的线胀系数，掺入膨胀剂、减缩剂。减少收缩量等。控制混凝土的水灰比，获得小的混凝土强度离差系数，提高强度保证率，必须控制、测定砂的含水率，在水和砂子的配料中，适当减水、增砂，达到控制搅拌用水的配比量。水工混凝土每立方米水的配比量只有150kg左右，其计量允许偏差只有1.5kg，加强对砂子含水率变化的监视，及时调整配比。而实际的含水率需要通过定时直接测量的办法测定。因此，在配料计量时要进行砂水补偿。
　　（2）严格按设计配合比施工，杜绝混凝土浇筑时现场加水，合理安排混凝土浇筑顺序，避免浇筑过程中交接面间歇时间过长产生薄弱部位。对于大坝水工大体积混凝土，常采用薄层、短间歇、均匀上升的方法浇筑混凝土，避免突击浇筑一块混凝土，然后长期停歇，避免相邻坝块之间过大的高差及侧面的长期暴露。
　　3混凝土搅拌与浇注技术
　　混凝土搅拌、浇筑工艺直接影响建筑业技术的整体水平。目前，在一些中小水利工程，混凝土广泛采用单机生产方式。同时施工队伍水平不齐，致使混凝土生产处于低质量、无监测、无数据的状态，由此造成的工程质量低下、耐久性不高、建筑工程低于设计寿命，致使工程过早损坏的事例也屡见不鲜。因此，要保证上程的优质、高效，生产高质量、高性能和高技术的混凝土，必须全面推广集中搅拌的预拌混凝土生产。
　　混凝土在搅拌时要严格控制配合比的数据，砂石计量要准确，操作人员不能随意加减用水量，技术人员应按照工程人员提出的各项技术要求对混凝土配合比进行适当调整。
　　浇筑混凝土的温度影响，决定于混凝土本身储备的热能，由于混凝土温度与外界气温有差别，在混凝土与周围环境之间就会产生热交换，新拌混凝上热量变化情况，除了水泥的水化增加混凝土热量外，其余部属于混凝土与周围环境的热交换。
　　当环境温度很低时，这种热交换会很快地降低混凝土的温度，对新拌制混凝土而言，温度降低的快慢决定了水化程度的大小，换而言之，温度降低愈快强度的增长愈慢。当混凝土过早的受冻后，强度就不会再增长，尚在混凝土内部的游离水分也就愈高，结冰后的冻胀应力就愈大，混凝土就容易造成破坏。
　　在混凝土浇筑后的最初几个小时是危险性最大的时刻，混凝土的耐久性可能被一两次冻融循环产生严重损坏。通过观察发现只要使新拌混凝土还温一定时间，让混凝土达到临界强度，就可以小怕冻害。所谓临界强度，指的是新拌混凝土在受冻后再回复还温养护，强度可继续增长，并达到设计标号95％以上时所需要的初时强度。达到临界强度时的混凝土已有相当一部分拌合水固定到已经形成的水化物中，此时可冻结的水量较少，混凝土本身已具有了一定强度，产生了一定的抗冻能力。实际上混凝土的冬季施工主要解决以下2个问题：①防止混凝土受冻；②提高混凝土强度，特别是早期强度。常见的技术解决措施有：
　　（1）掺防冻剂方法。在混凝土冬季施工的诸多方法中，采用外加剂是一种比较简单而经济的方法。它比之于电热法、蒸汽法、暖栅法，远红外法等措施加热，设备投资、能源消耗、设备维修都可省去，还可节约冬季费用。
　　（2）材料预热法。把沙子及拌合水预先加热，再去搅和拌合混凝土。骨料加热可以通蒸汽，也可以用铁板炒热。但是加热水和沙子时，温度最高不得超过60℃，水温最高不得超过80℃，因为温度过高时水泥会产生假凝现象。这种做法主要是为水泥的水化作用保持一个比较高的初始条件。如果蓄热保温做得好，可使混凝土在浇筑后一段时间内温度保持在入模温度水平。试验证明当空气温度在10℃，入模温度宜控制在15~20℃，只要蓄热保温做得好（如混凝土表面用岩棉被充分覆盖），使混凝土温度保持在15℃，那么C20混凝土48h也可以超过3.5MPa。一般当气温在0℃左右时，可以只加热水，而不用加热沙子。
　　（3）蓄热保温法。主要做法是用覆盖物来保持混凝土入模温度和由水化热产生的温度不致逸散，并避免受外界自然低温的侵袭。蓄热保温措施是现阶段混凝土冬季施工优先选择的有效方法，既简单易行，又成本低廉。一般的覆盖材料为岩棉被、塑料膜等，也可以考虑用草帘、草袋、锯末、稻壳等，主要防止引起火灾。最好是用岩棉被或塑料膜，既保温又保水。因为冬季施工是禁止洒水养护的。
　　（4）掺加克拉丝纤维法。冬季施工中经常使用的是掺外加剂和综合蓄热法共同使用，掺用防冻剂后，表面再采取加盖岩棉被、塑料薄膜等方法。这种做法比单独使用防冻剂时的掺加量要少得多，既保证混凝土的质量，又会加快工程的进度。
　　结束语
　　水利工程质量问题事关重大，在冬季施工时，必须采取有效措施，确保工程质量。

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