水利工程大体积混凝土施工技术应用研究

邹浩 惠州市惠阳区水利事务中心

水利工程大体积混凝土施工具有设计强度高、单方水泥用量少、结构断面内的配筋数量多等特点，并且水泥水化热反应下的混凝土内部温度也比一般混凝土高。大体积混凝土施工技术在水利工程建设中的运用极为广泛，但大体积混凝土结构所需的施工技术、施工组织设计较为复杂，需要现场施工人员始终保持认真严谨的工作态度，从源头上预防大体积混凝土裂缝质量问题。

1.大体积混凝土概述

大体积混凝土指混凝土结构的体积较为庞大，并且其最短边的尺寸不小于1m，该结构的横断面厚度比其他混凝土结构更宽，混凝土的比重也远高于其他混凝土结构，所需的钢筋数量也比一般混凝土结构多，因此大体积混凝土施工极容易受到各种影响因素的干扰，整个施工过程还涉及到复杂的技术措施。由于大体积混凝土具备结构强度大、承载力强、抗震性能优良、适用性强的优点，因此大体积混凝土在工程施工中有着广泛的应用前景。在大体积混凝土中受水泥硬化释放水化热的影响，大体积混凝土结构内部的温度将会急剧升高，但该结构却有着庞大的体积，使得结构内部的温度无法快速扩散到外界，从而导致大体积混凝土结构内部伴随着温度裂缝、变形等问题。在水利工程大体积混凝土结构施工中，通常需要结合水利工程结构整体的稳定性，有针对性地选择大体积混凝土浇筑施工技术，同时高度重视水利工程混凝土结构的后期养护工作，以免混凝土浇筑施工质量无法得到基本保障。

2.水利工程大体积混凝土裂缝产生的原因

首先，水泥水化热反应产生的混凝土温度应力。由于大体积混凝土结构内部的温度无法及时向外界散发，而外层结构接触空气则会散发大量水分，从而导致温度不断下降，其与结构内部之间形成了温度差，在扩张与收缩间力作用的影响下，混凝土结构表面极容易出现有害裂缝，这也是水利工程施工中必须考虑的重难点问题。在大体积混凝土结构施工中必须重视温度测量、控制等工作，尤其在混凝土浇筑完毕后的养护阶段，更需要重视有害裂缝，以免材料的应力超出承受范围而影响结构本身的承载能力。其次，混凝土收缩特性同样会引起开裂问题。混凝土材料具有的收缩性，极容易被水分变化所影响，这种变化尤其体现在大体积混凝土结构施工中，因此在水利工程建设过程中必须控制这类裂缝问题，通过科学可行的技术措施处理收缩造成的结构裂缝。最后，大体积混凝土内部约束条件带来的影响。尽管混凝土材料可以对结构变形产生一定的应力，但这种应力有限，一旦应力在相互作用下被完全抵消，很可能使得大体积混凝土内部出现裂缝问题，这也意味着有害裂缝主要与混凝土材料的强度有关，并且这类因素同样会影响大体积混凝土结构的承载力。

3.水利工程大体积混凝土施工技术应用

3.1 优化混凝土配比

为减少水泥水化热反应的发生，可以选择低水化热的矿渣硅酸盐水泥，通过控制水泥用量来保证混凝土后期使用的强度。在正式施工前，应积极选用颗粒大、性能良好的粗骨料，使用粉煤灰与减水剂的技术改善混凝土的和易性，在调整水灰比的同时，有效降低水化热反应带来的不良影响。在水利工程项目施工中，应指派专门的工作人员在施工现场测量混凝土的坍落度，以120mm的混凝土坍落度为最佳，禁止使用坍落度达到130mm以上的混凝土。在工程基础内部还可以预埋冷却水管，利用冷却循环水严格把控混凝土的水化热温度。在条件允许的前提下，现场施工人员还可以在闸墩基础施工中掺加10%～15%的石块，从整体上减少水泥的用量，并达到降低水化热反应的目的。

在大体积混凝土施工前，必须开展多组混凝土试配工作，通过优化混凝土配比设计，确保混凝土充分满足现场性能设计及施工要求，积极采用低砂率、低坍落度、掺高效减水剂以及高粉煤灰掺量的混凝土，确保生产出的混凝土具有低热、高抗拉值、粘聚性强、不离析、不泌水的优势。结合现场施工要求，应尽可能选择初始坍落度小的混凝土，并将混凝土初凝时间控制在8～12h以内，同时严格把控粉煤灰的掺量配比，尽可能减少水和水泥的用量，保证混凝土具有良好的抗渗性、耐久性，大幅度降低胶凝材料带来的水化热反应，在改善混凝土泌水现象的同时，综合提高混凝土的抗拉强度。当混凝土浇筑后，进一步延长温度高峰出现的时间，从而将混凝土内外部温差控制在允许范围内。在大体积混凝土施工中必须注意水泥水化热反应，结合大体积混凝土盖梁的测温结果，混凝土浇筑后的温度高峰时段主要集中于70～84h左右，在此过程中应尽可能延长放热高峰出现的时间。经过设计单位允许后，可以将混凝土设计强度设定为60d龄期的强度，通过延长混凝土强度保持的时间来减少水泥用量。

3.2 混凝土搅拌及运输

在水利工程大体积混凝土生产过程中，必须严格按照规范要求开展混凝土试验检测工作，确保大体积混凝土的强度等级、坍落度、水化热、收缩等指标达到国家规定的水利工程施工标准。在混凝土运输过程中则需要做好防风、防晒、防雨、防寒等工作，使用专门的混凝土搅拌运输车避免颠簸、振动等动力作用带来的不良影响，甚至出现混凝土拌合物中的粗骨料下沉、细骨料居中、水泥浆上浮的分层离析现象。在混凝土运输过程中应重点关注离析和初凝等问题，在混凝土正式使用前做好二次搅拌工作，确保其处于最佳的状态再开展混凝土浇筑施工。一旦发现施工现场中使用的混凝土坍落度不足或存在严重的离析问题，应禁止将其应用于浇筑作业，以免水利工程施工的质量无法得到基本保障。

由于混凝土温度变化会直接影响最终的施工效果，因此在混凝土搅拌过程中必须遵循相应的搅拌原则，对原材料和搅拌过程采取降温处理，在混凝土出机前将温度控制在合理范围内。由于混凝土原材料主要包括石头和石砂等，在原材料堆放前必须保证选址的合理性，在搅拌容器内通入冷风或加入冰块来达到降温的目的，确保混凝土搅拌达到水利工程施工的温度要求。在混凝土运输前，应指派专门的工作人员检查车辆是否完好，并及时冲洗装料车辆，在实际运输过程中遮挡车上装载的混合料，以免混合料水分流失。其中车辆运输的时间应控制在混合料初凝前，第一时间将混合料投入工地使用，反之则需要对混合料进行废弃处理。

由于混凝土搅拌环节涉及大量混杂的砂、石含泥量，使得混凝土收缩的同时，其抗压强度也不断下降。因此，在混凝土搅拌过程中应精准把控砂、石中的含泥量，如水利工程中的砂含泥量不应超出2%，石含泥量不应超过1%，最大限度地降低泥沙含量对混凝土抗裂带来的不良影响。在混凝土维护的初期阶段可以使用二次投料法和振捣法，当浇筑工作结束后应及时清除混凝土表面的水迹，并刮去混凝土表面的浮浆层，同时采取二次抹光处理。当收浆作业结束后，还需要覆盖各种养护物质，切实提高混凝土的抗拉强度。在大体积混凝土的表层和内部之间，可以加入适量的混度配筋，实时调整应力分布，从而有效预防混凝土裂缝问题。

3.3 混凝土浇筑

在混凝土浇筑前，必须提前检查各个工具的实际运行状态，从源头上预防机械设备在后续使用中出现故障问题，同时全方位检查各浇筑部位的模板、钢筋、预埋件等。在混凝土浇筑过程中必须重视温度控制，10℃以上为最佳，最低不应超过5℃。在此过程中必须保证混凝土浇筑的连续性，严格把控每个位置的浇筑顺序。在混凝土浇筑过程中还需要避免影响钢筋状态，尤其在剪力墙混凝土浇筑过程中，必须安装用于输送混凝土的软管，或者将木板铺设在混凝土浇筑面上，从而有效避免混凝土在浇筑过程中撞击钢筋。最后，在混凝土浇筑过程中必须控制泌水问题，在混凝土浇筑部位预留一定的泄水孔，一旦发生泌水问题，及时从泄水孔中排除多余水分，从而有效预防骨料下沉、收缩裂缝等问题。大体积混凝土浇筑作业主要包括分层连续浇筑、推移式连续浇筑两种方式，其中前者又进一步分为全面分层、分段分层、斜向分层等形式。但无论选择哪一种浇筑方式都需要减少混凝土浇筑间隔的时间，并在混凝土初凝前完成浇筑作业。在大体积混凝土浇筑过程中必须按照由低到高的顺序，从混凝土结构的长边朝着短边一侧浇筑，在保证混凝土持续供应的基础上，还可以采用多点多边同时浇筑的方式。由于大体积混凝土浇筑作业极容易在自身重力因素的影响下形成浇筑斜坡，因此必须加大浇筑横截面，释放大体积混凝土中的热量，并在浇筑过程中采用逐步向前的分层浇筑施工工艺，同时严格把控交接缝部位的混凝土振捣工作，以此取得理想的施工效果。在大体积混凝土浇筑过程中应加强分层厚度控制，如泵送混凝土的分层厚度应控制在60cm，非泵送混凝土分层浇筑的厚度应控制在40cm以内，从而有效避免分层浇筑厚度过大而影响混凝土振捣的效果。

当大体积混凝土浇筑工作结束后，工程技术人员还需要控制现场作业的温度条件，禁止在高温环境下开展浇筑工作。在夏季时节开展水利工程施工时，应尽可能选择温度较低的气候环境，通过地下水搅拌的方式降温，并在骨料运输、浇筑等环节做好遮阳措施，从而有效控制材料入模时的温度。在混凝土入模过程中可以加入适量的缓凝型减水剂，采用通风的方式快速排除模内的热量。当混凝土浇筑作业结束后，施工人员应及时对混凝土做好保养工作，在夏季做好防晒与保湿措施，而冬季则需要覆盖混凝土，以此起到良好的保温效果，以免温度急剧变化而引起混凝土裂缝问题。在混凝土保养过程中，还需要选择适合的拆模时机，尽可能延长混凝土降温的速度和时间，同时充分发挥混凝土的应力松弛效果。施工单位应有意识地开展温度监测管理工作，利用信息化手段加强温度控制，针对各道施工工序做好组织规划，确保混凝土在浇筑过程中处于均匀上升的状态，以免堆积过多而产生高差。在大体积混凝土基础部分和垫层之间可以添加一个滑动层，并将发热沥青作为滑动层，通过这种方式减少约束应力、突破嵌固力量。

3.4 外加剂的使用

近年来混凝土已在我国各类工程施工中得到了广泛应用，特别是外加剂的使用使得混凝土具有高效、浓缩、多功能等优点，在混凝土施工技术实际应用过程中，还能体现出良好的节能、增体、环保等功能。目前较为常见的外加剂主要包括普通减水剂、增强阻裂粉、早强剂等，这些外加剂的使用可以有效改善混凝土的和易性，调整混凝土的凝结时间，同时不断提高混凝土的耐久性及物理性能，切实提高混凝土在施工环境中的适应性。

3.5 特殊时期的管理工作

在特殊气候环境下开展大体积混凝土施工管理工作时，应采取技术性措施应对低温、高温、大风等恶劣条件，确保大体积混凝土作业的施工质量达到国家要求和标准。在炎热的作业环境中可以使用地下水进行物理降温，确保混凝土温度维持在30℃以下。而低温天气则需要使用热水进行搅拌，并对集合材料进行加热，在混凝土入模前将温度控制在5℃以上。当混凝土浇筑工作结束后，还可以使用恒温材料或塑料薄膜做好恒温保护工作。在大风天气下开展大体积混凝土施工时，应适当提高抹压工作的频率，借助现有材料做好挡风工作，并在混凝土浇筑结束后立即覆盖材料表面，以免材料被风烘干。

在大体积混凝土施工的后期阶段必须做好养护工作，通过保温保湿的方式避免混凝土裂缝问题。在大体积混凝土后期养护过程中，可以将塑料薄膜、麻袋覆盖到混凝土浇筑的表面，或者通过挡风遮阳的方式维持大体积混凝土的温度。在现场施工前，可以在局部区域利用测温管控制现场温度，确保施工现场的环境温度达到实际的施工要求。一旦大体积混凝土的表面温度低于30℃，应立即拆除保温塑料薄膜。而大体积混凝土的保湿时间应控制在两个星期以上，在此过程中需要实时检查塑料薄膜是否完好无损，确保大体积混凝土始终保持着温润的状态。

4.结语

大体积混凝土指结构最小断面大于1m的混凝土结构，该混凝土具有结构尺寸大、浇筑量大、内部钢筋分布数量多的特点，因此大体积混凝土施工极容易受到各种影响因素的干扰。混凝土浇筑作业结束后，由于混凝土的施工体积相对到大，在水泥水化热、温度应力变化的影响下极容易发生混凝土裂缝问题。而水利工程中的混凝土大坝、水闸、涵洞等施工项目均对大体积混凝土的使用提出了较高的要求，因此在实际施工中施工单位必须高度重视混凝土裂缝问题，全面保障水利工程项目整体的施工质量及项目建成后使用的安全性。