大坝混凝土性能的影响因素与机制浅析.doc

1、大坝混凝土性能的影响因素与机制浅析【摘要】大坝工程的施工需要控制很多因素，其中混凝土工程是大坝工程的重点工程之一，只有保证大坝混凝土的性能优越，才能够为大坝的安全、稳定运行提供保障。本文从材料组成、水灰比、施工工艺等方面分析了影响大坝混凝土的因素和机制。 【关键词】大坝；混凝土；性能；因素；影响 中图分类号： TV42 文献标识码：A 一、前言 大坝的混凝土质量决定着大坝的运行效果，所以，必须搞清影响大坝混凝土性能的因素，进而明确如何更加有效的控制大坝混凝土的质量，为大坝的稳定运行奠定基础。 二、材料组成对大坝混凝土性能的影响 1、水泥、骨料的特性 （一）强度。混凝土的强度与水泥石以及与骨料之

2、间的黏结强度有紧密的关系。这是因为水泥强度越高，则水泥石自身强度及其与骨料的黏结强度就越高，从而混凝土强度也越高。对于普通的大坝混凝土，骨料的强度对强度的影响很小；对于轻骨料混凝土、高强混凝土，骨料的强度对混凝土强度的影响较敏感。这是因为普通混凝土的破坏首先发生在薄弱的过渡区，因此骨料颗粒形状和表面粗糙度对混凝土强度的影响比较显著。 级配良好的粗骨料粒径对混凝土的强度也有不同的影响，骨料的粒径越大，混凝土所需要的水量就会越小，容易形成疏松、多孔的过渡区，由于过渡区对抗拉强度的影响比抗压强度更显著，因此混凝土的抗拉强度会随着骨料粒径的增大而减 弱。再则若骨料中的有害物质含量过高，也会使混凝土的强

3、度降低。（二）变形模量。骨料大约占混凝土拌和物总体积 60%70%，故骨料的性质直接影响着混凝土的弹性模量。不同岩性的骨料对混凝土弹性模量的影响程度将是不同。如日本学者的试验结果表明：当混凝土的强度为 100120GPa 时，用 安山岩和硬质砂岩的混凝土的弹性模量为 40GPa，而石灰岩的弹性模量是 50GPa。二滩电站也曾试验得出白云岩的弹性模量比正长岩的弹性模量高出 30%40%。骨料与水泥浆体含量比同样对混凝土大坝的变形模量有着一定程度的影响。若是混凝土中骨料含量过多，水泥浆含量减少，以至于骨料表面和间隙无法被水泥浆体完全包裹和填充，则产生容易离析现象，粘聚性降低；相反，若是水泥浆含量过

4、多，骨料含量过少，混则会出现流浆现象，导致混凝土的粘聚性和保水性都降低。因此，水泥浆体与骨料之间有着相互制约变形的关系，它们之间的含量比将直接影响着混凝土的变形模量。 （三）抗渗性。不同水泥和骨料组成混凝土的渗透性差别很大，特别是混凝土材料内部的微观结构。有学者研究表明， “最大连续孔径”是代表性的孔尺寸，水只能通过孔在混凝土中渗透；而 Metha 等人研究认为“临界孔径”是孔径分布与渗透性关系中的重要参数。故合理的孔径分布与孔隙结构能够提高混凝土大坝的抗渗性。 （四）抗冻性。随着水泥活性的增高，混凝土的抗冻性提高；采用普通硅酸盐水泥的混凝土的抗冻性将会比混合水泥混凝土的抗冻性强，这是由于混合

5、水泥的需水量较大的原因；骨料的吸水量以及本身的抗冻性将直接影响混凝土的抗冻性能，如一般的碎石和卵石骨料的混凝土的抗冻性比风化岩等坚固性差的骨料的混凝土的抗冻性要强，因此长时间处于潮湿或干湿交替作用条件下的混凝土坝，应注意选择优质的水泥及骨料。 三、水灰比对混凝土性能的影响 混凝土强度主要取决于毛细管孔隙或胶空比，但这些指标都难于测定或估计。而充分密实的混凝土在任何水灰比程度下的毛细管孔隙率由水灰比所确定。 毛细孔隙率 PC=w/c-0.36a 胶空比 x=0.68a/（0.32a+w/c） 其中：w/c-水灰比 a水化程度 Duff Abrams 的混凝土强度水灰比定则指出：“对于一定材料，强

6、度取决一个因素，即水灰比。 ”由此看来，水灰比孔隙率关系无疑是最重要的因素。它影响着水泥浆基体和粗骨料间过渡区这两者的孔隙率，水泥在水化过程中的孔隙率取决于水灰比，水灰比和混凝土的振捣密实程度两者都对混凝土体积有影响，当混凝土混合料能被充分捣实时，混凝土的强度随水灰比的降低而提高。然而，形成水化物需要一个最小的用水量。水灰比的大小，反映水泥浆的稀稠程度。在水泥用量不变的情况下，水灰比愈小，水泥浆就愈稠。混凝土拌合物流动性便愈小。当水灰比过小时，水泥浆干稠，混凝土拌合物的流动性过低，会使施工困难，不能保证混凝土的密实性，增大水灰比则流动性加大。如水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不

7、良，而产生流浆离析现象，并严重影响混凝土的程度。所以水灰比一般应根据混凝土强度和耐久性要求合理选用。 （w/c）min=0.42a 即完成水化（a=1.0）的 w/c 不应低于 0.42。显然在低 w/c 时预期残留的未水化水泥能够在浆体内继续长期存在，亦即 w/c 低于 0.42，浆体将自我干燥。为避免这种现象，有效的最低 w/c 比要高于 0.42。在实际中，我们可以通过规定的 w/c 来保证充分密实的混凝土在规定龄期的强度，保证混凝土的性能。 四、施工工艺对大坝混凝土性能的影响 1、混凝土的拌和 混凝土生产前，核对原材料的产地、规格，检查搅拌设备是否运行正常。并按每班抽测不少于 2 次，

8、雨天随时抽测原则，准确测定粗、细骨料的含水率，掌握因天气变化等所引起的粗细骨料含水量变化，据此及时调整混凝土配合比，计算出施工配合比和搅拌机一次性投料数量。试验室按规定签发配合比施工通知单，严格按照施工配合比进行准确称量，其最大允许偏差符合下列规定（按重量计）：胶凝材料（水泥、矿物掺和料等）1；高性能混凝土用外加剂1；粗、细骨料2；拌合用水1。如果偏差过大，将会影响混凝土性能，如当水的计量偏差为1%、2%、3%、4%和5%时，混凝土强度波动幅度分别为3%、6%、9%、12%和15%，若用水量太大，就失却了高性能的实际意义，同时混凝土容易离析，用水量过少混凝土的工作性降低，流动性差，不便于施工。

9、 2、混凝土的浇筑 混凝土入模前，采用专用设备在浇筑现场测定混凝土的温度、坍落度、含气量及泌水率等工作性能；只有拌和物符合设计或配合比要求的混凝土方可入模浇筑。同时初期制梁每片 T 梁制作混凝土试块 9 组（强度 1 组 7 天，2 组同体养生，2 组 28 天，1 组冻融，2 组静弹模，1 组电通量） ，其中随梁试块 2 组，并对其进行与 T 梁同条件养护，待测试强度、静弹性模量、电通量和抗冻融循环使用。 混凝土的浇筑采用连续浇筑、一次成型，浇筑时间不宜超过 3.5h。浇筑时采用斜向分段、水平分层的方法浇筑。其工艺斜度视混凝土坍落度而定，梁场混凝土坍落度控制在 18-22cm，工艺斜度不大于

10、 5，第一层混凝土浇筑厚度以到马蹄斜面位置控制，以后每层厚度不得大于30cm，先后两层混凝土的间隔时间不得超过初凝时间。 混凝土的浇筑顺序是从梁的一端向另一端推进，当灌注至距梁端 1/8跨或扩大截面位置时，改为由梁端向跨中方向灌注，这样可避免将浮浆挤向梁端，并可以有利于混凝土的密实。 3、混凝土的振捣 采用附着式振动器和插入式振动器相结合的振动方式，在施工中准备好各种型号的插入式振动器，对不能插入振动棒的波纹管以下部位，用附着式振动器振动，对梁腹板加宽位置，能插入小型振动棒的地方，用小型振动棒配合附着式振动器振捣，对波纹管以上位置，用插入式振动器振动。 附着式高频振捣器的振捣时间按 810 秒

11、/次控制；振捣次数按45 次控制。根据浇筑层厚度每次开启相应部位的振动器，严禁出现空振。 采用插入式振捣器振捣混凝土时，采用垂直点方式振捣，若需变动振动棒在混凝土中水平的位置，应先竖向缓慢将振动棒拔出，然后将振动棒移到新的位置，不得将振动棒放在拌和物内平拖，也不得用振动棒驱赶下料口堆积混凝土。 振动棒应快速插入混凝土的底部，振动密实后慢慢拔起，拔起速度不可太快，约为 8cm/s，遵循“快插慢拔”要求，快插是为了防止先将表面砼振实而与下面砼发生分层、离析现象；慢拔是为了使混凝土能填满振动棒抽出时所造成的空洞。要求在振捣时间内每棒需操作 3 个以上插拔循环，每棒振捣时间为 2030s 左右，严格控

12、制振捣时间，不允许过振，最长振捣时间不能超过 50s。每点振捣时间应视混凝土表面呈水平不再显著下沉，不再出现气泡，表面出现浮浆为度。 在振捣上一层时，应插入下层中 5cm-10cm，以消除两层之间的接缝，同时在振捣上层砼时，要在下层砼初凝前进行。振动器使用时，不宜紧靠模板振动，与侧模保持 5cm-10cm 距离，且应避免直接碰撞模板。 振捣时采用先周边后中间的方式，这样有利于将表面的气泡向向中间赶，避免聚集在模板周围形成气泡。 在浇筑混凝土梁体时，应安排专人负责监视振动器的运转使用的情况，如有故障则迅速组织抢修，以避免因振动不及时而导致混凝土出现空洞或蜂窝麻面。另外安排专人观察各种预埋件的位置

13、、模板接缝、拉杆等的变化情况，如联结螺栓松动、模板走形或漏浆应及时采取措施予以处理。浇注过程中插入式振捣器应避免触及波纹管、钢筋和模板，重点加强对孔道端头、预埋件、加固筋等较密实处的振捣，做到不漏振、不过振。齿板的几何尺寸必须从严控制，锚下、齿板附近的钢筋较密，必须保证砼的密实，砼振捣设有专人负责，严格执行操作规程，控制振动时间。插入式振动器应避免碰撞模板，钢筋及预埋件。 五、结束语 综上所述，在大坝混凝土施工的过程中，就要严格的控制材料的组成、水灰比、施工工艺等因素对混凝土性能的影响，进而提高大混凝土的性能，提高大坝的施工耐久度。 【参考文献】 1宋恩来混凝土坝老化过程及“预期寿命”的探讨J大坝与安全，2010.1(5):12. 2李金玉,曹建国.水工混凝土耐久性的研究和应用工M.北京:中国电力出版社,2009.33.