水利工程混凝土冬季施工工艺要点.pdf

第3 期 ( 总第1 2 0 期) 中 国水能 及电气化 N o 3( T O T A L N o ． 1 2 0 ) 2 0 1 5 年3 月 C h i n a Wa t e r P o w e r &E l e c t r i fi c a t i o n Ma r ． ， 2 0 1 5 水利 工程混凝土冬季施工工艺要点 赵 青 ( 新疆水文水资源局水文实验站 ，乌鲁木齐8 4 4 0 0 0 ) 摘要：作为水利工程施工过程中的重要环节，混凝土的施工工艺对水利工程的安全性、稳定性影响显著，而 冬季的低温环境对混凝土强度影响明显，直接危害工程质量。针对这一现状，在整合文献资料及实际工作经验 的基础上，笔者对混凝土冬季施工工艺的要点进行分析。经研 究表明，合理的原材料选择、搅拌控制、浇筑控 制及后期养护是保证冬季环境混凝土施工质量的关键。 关键词 ：冬季 ；水利工 程；混凝 土；施工工艺 中图分类号 ：T V5 2 1 文献标识码 ：A 文章编号：1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 5)0 3 - 0 0 0 5 - 0 3 Wa t e r Co n s e r v a n c y P r o j e c t Co n c r e t e Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y Po i n t s i n W i nt e r Z H A O Q i n g ( X i n j i a n g B u r e a u o f H y d r o l o g y a n d Wa t e r R e s o u r c e s ， H y d r o l o g y E x p e r i m e n t S t a t i o n ，U r u r n q i 8 4 4 0 0 0， C h i n a ) A b s t r a c t ：C o n c r e t e c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y h a s s i g n i f i c a n t i n fl u e n c e o n w a t e r c o n s e r v a n c y p r o j e c t s a f e t y a n d s t a b i l i t y a s a l l i mp o r t a n t p a rt o f w a t e r c o n s e r v a n c y p r o j e c t c o n s t ruc t i o n p r o c e s s ．H o w e v e r ，l o w t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t i n w i n t e r h a s p r o mi n e n t i n f l u e n c e o n c o n c r e t e s t r e n g t h ，t h e r e b y l e a d i n g t o d i r e c t h a r m o n p r o j e c t q u a l i t y ．D o c u m e n t l i t e r a t u r e a n d p r a c t i c a l wo r k e x p e r i e n c e a r e i n t e g r a t e d a i mi n g a t t he s i t ua t i o n． On t he b a s i s，i t a n a l y z e s c o nc r e t e c o n s t ruc t i o n t e c h no l o gy p o i n t s i n wi n t e r ．I t i s p r o v e d t h r o u g h s t u d y t h a t r e a s o n a b l e s e l e c t i o n o f r a w ma t e r i a l s ，mi x i n g c o n t r o l ，p o u ri n g c o n t r o l a n d s ub s e qu e n t ma i n t e n a n c e a r e c rit i c a l t o g ua r a n t e e e nv i r o n me n t c o nc r e t e c o n s t r u c t i o n qu a l i t y i n wi nt e r ． K e y w o r d s ：w i n t e r ； w a t e r c o n s e rv a n c y p r o s e c t ； c o n c r e t e ； c o n s t ruc t i o n t e c h n o l o gy 凭借价格低廉 、适用性强 、耐久 、抗渗等特点， 混凝土成为重要的水利工程建筑材料 ，其施工质量 的 优劣直接影响水利工程的安全运行。考虑到冬季施工 时 ，低 温对混凝土强度 的影 响及水利工 程稳定性 的需 求 ，诸多学者通过理论探究 、工程验证 ， 等方法 对 混凝 土在冬季环境下 的施工工艺进 行 了分析 。为确 保水工结构的正常运行，笔者通过总结相关资料 ，对 混凝土 冬季施 工原则 、施 工要点进行 分析 ，以期为 混 凝土工程施工提供借鉴。 1 影响机理及 施工原 则 1 ． 1 影响机理 混凝土硬度条件 的实现 ，是依靠水 泥水化 的作 用 产生的凝结 。其 中，水化程度除受混凝 土材料及其 配 比的影响外，温度影响也很显著。水化作用随温度升 高逐渐增强，水泥强度增加；若温度不断降低，尤其 5 施工技术 Co ns t r uc t i o n Te c h n o l o g y 降至 0 ~ C以下 时 ，混凝土 中的部 分水分 由液态转化为 固态，体积增加，水化效应不 明显，混凝土产生裂 缝，强度下降，随着温度的继续降低 ，水分全部化为 固态 ，水化 现象消失 ，材料表面较易产 生冰 晶，造成 混凝土强度远远低于设计强度 ，冰晶融化后，混凝土 内部出现空隙 ，降低 了混凝土 的密度 。 工程实际 中，判定进 入冬 季施工 阶段 的标 准是 ： 日平均 气 温 连 续 5 d低 于 5 ℃ ，晚 间最 低 温 度 降至 一 3 ℃。结合上述分析及工程验证 ，低温对混凝土的 影响主要有 以下三个方面 ： a ． 低温影 响 下 ，混凝 土 中水分 结 冰后 体 积增 大 9 ％，冻胀压力大，解冻后，冻胀体积未缩 回，混凝 土孔隙度 显著 增加 ，当孔 隙率 达 到 1 5 ％ 时 ，混 凝 土 的强度降至原设计的 9 0 ％，当冻胀应力大至产生裂 缝时 ，混凝土结构被破坏 ，强度停止增加 。 b ．混凝土受 冻后 ，骨 料周 围的水 膜或 水 泥浆 膜 的黏结力受 到 不 可逆 转 的损 害 ，当黏结 力完 全 丧 失 时 ，混凝土强度将 降低 1 3 ％。 c ．低温影 响 下 ，混凝 土 表 面温 度较 内部低 ，首 先结冰 ，水分被挤压至混凝土 内部 ，溶解过程 中外部 冰晶先溶解 ，水分被推移至表面 ，在这一 “ 结冰一溶 解” 过程 中，混凝土组分发生变化 ，易导致新混 凝土 产生结构性裂纹 。 1 ． 2 施工原则 综合上述分析及工程实际 中对混凝土施工质 量 的 要求，混凝土施工时需要遵循以下原则： a ．防止混凝 土早期冻 害。 b ． 确定混凝土最短 的养护龄期 。 c ． 满足混凝土后期强度及耐久性 的工程要求 。 具体到 工 程实 际 中 ，应该 根 据 当地 气 温 变化 情 况 、工程结构 、水泥品种及价格、保温材料、热源等 条件确定最合理的施工方案 ，即在保证混凝土施工质 量 的前提下 ，实现工期最短 、造价最低的 目标 。 2 施工工艺要点 冬季环境下 ，水利工程混凝土施工环 节多 ，影 响 6 混凝土质量 的因素多 ，目前 ，影响施 工质量 的因素主 要包括原材料配 比 、搅拌及浇筑控制和后期养护等 。 2 ． 1 材料配 比 混凝土施工原 材料 的配 比对 其抗 冻性影 响显著 ， 且改变材料配 比的施工工 艺主要适 用于 O ~ C左 右的混 凝土施工 ，具体方法如下 ： a ．采用早 强硅 酸盐 水 泥 ，其水 化 作用 较 强 ，前 期发热较大 ，强化过程较普通水泥快 ，抗压强度大 。 b ． 适量增加混凝土 中水 泥含量 ，降低水灰 比， 增加水化热量 ，加快达到相应硬度指标所需 的时间。 c ．引气 剂。引 气剂 的使用 ，导致 气泡 生 成 ，水 泥浆体积增加 ，有利于拌和物的流动 ，泥浆黏聚性得 到提高 ，混凝 土抗冻性增 强。需要强调 的是 ，引气剂 的使 用以保 持混凝 土配合 比不变 为前提 。 d ．掺加 早强 外 加剂 。工程 中 ，常用 的早强 外加 剂有 硫酸钠 和 MS — F复合早强 试水剂 ，它们可 以缩短 混凝 土的凝 结时间 ，提 高早期强度 。 e ．集料选 择应 保证 颗 粒硬 度 高 、缝 隙 少 ，以使 自身与砂浆 的膨胀系数接近 。 需要注意的是 ，如果 混凝 土中添加 防冻剂 ，则 不 能使用高铝水泥 ；若外加剂含有钾 、钠等离子 ，则应 该避免使用活性骨料 。 2 ． 2 保温措施 水利工程在冬季施工时 ，混凝土温度直接影 响施 工质量，具体施工过程中，控制混凝土温度的方法 如下 ： a ．环境气温 在 一I O ~ C左 右 时 ，采 用 蓄热 法 。通 过对原 材料( 水 、石 、砂 )进 行 加 热 ，实 现 混凝 土 在搅拌、运输和浇灌等环节后余热的保有量，加快水 化放热过程 ，提高水泥抗冻能力 。 b ． 环境气温在 一I O ~ C以上 时 ，采用 外部加 热法 。 通过加热构件 附近空气 ，实现热量传递 ，对混 凝土加 热 ，保证混凝土能够正常硬化 ，避免发 生破坏 。工程 实际中，常用的外部加热法有火炉加热、蒸气加热 、 电加热 、红外线加热等 。 施工技术 Co ns t r u c t i o n Te c h no l o g y 上述各 种温 度 控 制方 法 的适 用 条 件 、优 缺 点 见 表 1 。 表 1 温 度 控 制 方 法 比 较 温控方法 适用条件 优点 缺 点 环境气温 一I O ~ C以 工艺简单 ， 需要注意 内部保温 ， 蓄热法 上 ，构件不厚大 造价低 延长养护龄期 温度不高 ，干燥 ， 火炉加热 工地较小 方法简单 混凝土表面易碳化 易控制 ， 设备专业 ，费用高 ， 蒸气加热 湿热条件下 加热均匀 热损失较大 简单方便 ， 电加热 钢筋作为 电极 电能消耗大 热损失小 红外线加热 密封辐射加热 密封加热 电能消耗大 2 ． 3 搅拌控制 搅拌过程 中 ，为提高混凝土冬 季施工质 量 ，需要 从搅拌材料 、工艺两方 面特 别注意。 2 ． 3 ． 1 材料 方 面 a ． 保证混凝土搅拌材料清洁。材料 中不得含有 其 他 杂 物( 冰 雪 、冻 块 等 ) ，避 免 影 响 混 凝 土 的 温度 。 b ．搅拌掺外加剂 的混凝 土时 ，若外 加剂 为粉剂 ， 则按照要求掺量直接撒在水泥上面和水泥同时进行搅 拌；若外加剂为液体，则要根据配合 比先配制成规定 浓度溶液后 ，再根据使用要求配制成施工溶液。 2 ． 3 ． 2 工 艺方 面 a ． 搅拌过程尽量采用机械搅拌 ，以保证混凝土 搅拌均匀 ，从而增强混凝土 的强度及抗 冻性 。 b ．在条件允许 范围内 ，延长拌 和时间。 c ．就 近设 置 混 凝 土 搅 拌 地 点 ，缩 短 运 输 长 度 ， 减少受冻时间，减少其热量损失。 2 ． 4 浇筑控制 混凝土浇筑过程 中 ，除保证浇 筑的连续性 外 ，主 要从提高仓内温度、浇筑中覆盖泥凝土面、模板外侧 隔温和把握浇筑 时间上保证混凝 土施工质量 。 2 ． 4 ． 1 仓 内温度提 升 当大气温度降至 0 ℃以下时，通过在浇筑仓面搭 设内部含有升温设备的保温棚，使仓内气温达到正常 温度 以上 。 2 ． 4 ． 2 浇筑中表层覆盖 若对混凝 土加温 ，则其 表层有 热气 ，冷空气伴 随 浇筑过程进入浇筑仓后 ，仓 内温度 降低 ，因此需要 密 封一层塑料薄膜在混凝土收仓面上，薄膜表面覆盖保 温被 ，以减小新浇混凝土热气 的散失 。 2 ． 4 ． 3模板 外侧 隔温 对外侧模板进行保温处 理 ，以防止 混凝土通过 模 板散热 。 2 ． 4 ． 4浇 筑时 间选择 若施工 现场 日平 均 气温 低 于 一I O " C，则 停 止 浇 筑 ；若瞬时气温低于 一 1 0 ％，则选择高温时段进行浇 筑 ，以避免在施工 时混凝土产 生裂缝 。 2 ． 5 后期养护 后期养护是施工后期保证混凝土温度、防裂的重 要手段 ，需注意 以下几点 ： a ．采用保温材料 ( 草袋 、麻袋 等) 。新 浇筑 和刚 拆模 的混凝土表面 ，先铺盖塑料薄膜 ，再 覆盖保温 材 料 ，保温材料要保持干燥。 b ．时刻统计气温变化，若突遭低温天气 ，则立 即停工并做好保护措施。 c ．注意根据工期要求、工程结构特点、现场条 件 、气温变化合理调整养护期 ，一 般情况下 ，养护 期 为 1 0～ 1 5 d ；表 2为不 同环境 温度 、不 同水泥 混凝 土 的养护 时间。 d ．根据实地情况 ，制定合理的养护方案，及时 更新养护设备 ，培训养护人员的养护技能。 表 2 不 同 水 泥 混 凝 土 的 养 护 天 数 养护温度／ ℃ 普通水泥／ d 快干水泥／ d 混 合型水 泥／ d 5 9 5 1 2 1 0 7 4 9 ( 下转第 4页) 7 施工技术 C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y 4 ． 2 检查孔取芯 在 J C ． 1 和 J C - 2钻孔 过程 中采取 取芯 钻进 ，全 孔 取芯率 9 2 ％ ，芯 样 可 见 明 显 的水 泥 夹 层 ，完 整 性 较好 。 在采用该试验所 提出的灌 浆方 法及 各个参数完 成 整体 固结灌浆施工之后 ，质量检测 结果 均达到预期 设 计 目的，说明试验是成功的，是符合唐河水库地层条 件 的。 4 ． 3 灌浆前后弹性波测试分析 5 结论 灌浆前对上游 2 0号 固结检查孔进行 了单孔声波 测试 ，孔深 9 ． 4 m，共测试 了 4 6个点，声波范 围为 1 2 9 0～ 4 0 8 1 m ／ s ，平 均波 速 为 2 6 7 8 m ／ s 。灌 浆完 成 后 1 4 d在对应 2 0号孔 附 近的 J C ． 1 检 查孔进 行 了单孔 弹 性 波测试 ，孔深 9 ． 1 i n ，共测 试 了 4 5个点 ，声 波范 围 为 1 6 8 1 ～ 4 8 7 8 m ／ s ，平均 波速 为 3 3 3 1 m ／ s 。岩体 弹性 波速较灌前提高了2 4 ％，效果明显。 4 ． 4 试验结论 经过 此次灌浆试验 ，在强风化 片麻 岩地层 中 ，在 设 计压力 0 ． 6 M P a 条 件下 ，考 虑趾板 的变形 要求 、灌 浆 对地层 整体承载力提 高程度后 ，固结灌浆 孔距调整 为 2～ 3 m是较为合 适 的。在 与设 计部 门进行 沟通后 ， 考虑到经济性，灌浆孔的孔距调整为 3 m，上下游各 分两序施工；灌浆压力采用 0 ． 6 M P a ；孔 内分 0 ． 2 m、 3 ． 3 m、5 ． O m三段 ；其余按照试验方案提出的方法进 行 施工。 + “十”+”+”q ． -”— ”—卜“— 卜 “- +-” 十”+”+”十n +． * - 4 - - “ ( 上接第 7页) 3 结语 a ． 在无盖重 或 盖重较 薄 的地 段进 行 固结 灌浆 可 先采用灌浆手段制作盖重，为盖重之下的灌浆段提高 灌浆压力创造条件 。 b ． 在进行强 风化 片 麻岩 的 固结灌 浆 钻孔 时 ，为 了避免震动造成岩石破碎成砂 ，尽量采用 回转式地质 钻机成孔 。 c ．由于灌 浆工 程 具有 很强 的隐蔽 性 ，加 上 每个 工程的地层岩性等条件不尽相同，因此每个工程的施 工都不能照搬其他工程的设计参数 ，只能在灌浆试验 阶段依靠各工程参与方正确认识每个工程的特殊性 ， 共同面对灌浆中出现的特殊情况 ，才能使灌浆试验真 正起 到补充勘察 、完善设计 的作用 。Q 参考文献 D IMT 5 1 4 8 --2 0 1 2 ． 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[ s ] —- ～”- +-”— ●一”— 卜 “+ “— - 卜 “ 卜 ”— 卜 “+”+“— w— - 卜“+“— - 卜“- +-“— - 卜 -． - 4 - -“- +- ”—． -． ． - - 4 -”—+ _, ． -4 -“— +- “— 卜 “- 4 "-”— 卜 - 质量的施工措施 ，在工程实际中，还需综合考虑实际 工程环境 、工期及造价 的需要 ，选择 有针对性 的技 术 方案。 Q a ． 冬季混 凝 土施 工过 程 中 ，低温 对混 凝 土 的施 工质量影响显著 ，温度越 低 ，混凝 土越 易产 生裂 缝 ， 影响工程质量 。 b ．合理 的水 灰 比、混 凝 土温 度控 制 、有 针对 性 的搅拌及浇筑工艺、后期养护是保证混凝土在低温环 境下施工质量 的重要 因素 。 c ．实际施工过程中，应根据不同环境条件及施工 要求 ，综合选择合理的施工方案，达到效益最大化。 本文对冬季环境下低温对水利工程 中混凝 土施工 质量的影响机理 ，混凝 土施工原则 、工艺要点 进行 了 探 讨总结 ，初步总结了保证水利工程混凝土冬 季施工 4 参考文献 [ 1 ] 高淑红． 冬季水利工程混凝土施工方法探析[ J ] ． 中国新技 术新产品， 2 0 1 1 ( 2 2 ) ： 9 3 ． [ 2 ] 张新林． 谈水利工程混凝 土施工技术 [ J ] ． 水利规划与设 计 ， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 9 5 - 9 6 ． [ 3 ] 马春生． 概论水利工程冬季混凝土施工技术[ J ] ． 黑龙江水 利科技 ， 2 0 1 4 ( 3 ) ： 1 6 7 — 1 6 8 ． [ 4 ] 林梁旭． 冬季混凝土施工质量控制的措施 [ J ] ． 科技资讯 ， 2 0 0 7 ( 1 8) ： 5 9 ． [ 5 ] 周凤梅． 水利工程冬期的混凝土施工研究 [ J ] ． 内蒙古水 利 ， 2 0 1 4 ( 5 ) ： 1 2 0 — 1 2 1 ． [ 6 ] 李文标． 冬季混凝土施工质量控制措施 [ J ] ． 西部探矿工 程 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： l 1 9 — 1 2 0 ．