自密实堆石混凝土在重力坝的运用

[摘要]随着我国加大基础设施建设投入的实施，水利工程以根本的基础设施条件成为本次投入的重点之一。，重力坝算是一种古老迄今为止仍很广泛的坝型。重力坝具有自重维持稳定的特性在水利工程中得到应用。本文以重力坝运用自密实堆石混凝土技术，分析自密实堆石混凝土技术在重力坝设计中的应用，以及产生的裂缝问题原因及应对措施。 
[关键词] 堆石混凝土 自密实混凝土 重力坝 设计 施工 
　　自密实混凝土是一种高流动性具有适当粘度的混凝土，它不离析，能够流过钢筋填满模板内的任何空隙在重力作用下自行密实。具有低碳环保、低水化热、工艺简便、造价低廉、施工速度快等特点。混凝土重力坝由于混凝土的施工和本身变形、约束等诸多因素，从而产生大量的裂缝，这些裂缝既有表面裂缝，也有贯穿性裂缝。由于这些裂缝的存在，导致混凝土重力坝结构整体性的破坏，从而影响了混凝土重力坝的结构受力状况与稳定，给混凝土重力坝的经营管理带来极大的不确定性，而且容易导致混凝土重力坝内部与钢筋锈蚀，降低混凝土重力坝结构的耐久性，甚至会引起渗透变形，危及混凝土重力坝的结构的稳定性探讨混凝土重力坝危害性裂缝的产生原因，从而实现根据不同原因进行裂缝的防治与维修，具有较为重要的意义。 
　　1、 自密实堆石混凝土重力坝与纯混凝土重力坝和埋石混凝土坝的区别 
　　重力坝是依靠自重克服外力以保持稳定的一种常规坝型。采用堆石混凝土和埋石混凝土建造的重力坝与用纯混凝土建造的重力坝在体型设计方面没有较大的差别，差别在于坝体浇筑材料的使用。一般混凝土重力坝是坝体全部采用纯混凝土建造，而堆石混凝土重力坝和埋石混凝土坝是在坝体内部本应采用混凝土浇筑的，用一定数量的块石替换混凝土，从而减少混凝土的浇筑用量，达到节省投资的目的。埋石混凝土的埋石量一般性规定不超过25%，其施工概念是在混凝土入仓后，再把块石投放到混凝土内。本文中的堆石混凝土，恰与反之，是先把块石堆放好，再浇筑自密实混凝土，让混凝土填充满块石之间的空隙。堆石混凝土中块石比例为55%～60%，与埋石混凝土相比更加减少了水泥的用量。 
　　2、 重力坝利用自密实混凝土技术的优势 
　　（1）在重力坝等大体积混凝土浇筑中能够显著降低水泥用量和降低水化热，可以减少，甚至取消温控措施。 
　　（1）能够在困难断面或密集钢筋结构中完成混凝土的浇筑，保证工程量，减少混凝土缺陷，也就是减少今后修复工程和修复费用； 
　　（2）不需要震动捣实，简化了混凝土浇筑过程； 
　　（3）施工速度快，节省劳动力； 
　　（4）较高的混凝土质量，混凝土匀质好，混凝土构件外观好，边角质量好，不透水性好； 
　　（5）模板使用寿命长； 
　　（6）由于无需震动捣实，减少了施工燥声。 
　　3、自密实混凝土在重力坝施工中材料要求 
　　原材料除应满足国家和行业的相关规范标准外，还应满足堆石混凝土自身特点要求。 
　　3.1 水泥 水泥本身复杂的矿物组成和化学成分极易引发与外加剂的不相容，在选择水泥品种时宜选用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥；不宜使用铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥以及早强型水泥，由于水泥凝结速度较快，易引发自密实混凝土外加剂掺量高、流动性损失快等问题，无法实现自密实施工。 
　　3.2 掺合料 专用自密实混凝土的掺合料包括粉煤灰、矿渣粉、硅粉等活性掺合料。一般粉煤灰的使用较为普遍，粉煤灰原则上应满足2 级灰的标准。 
　　3.3 骨料 用于配制自密实混凝土的细骨料应首选中砂或中粗砂，粗骨料最大粒径不宜大于20mm。 
　　3.4 专用外加剂 在堆石混凝土施工中，对自密实混凝土的工作性能要求很高，不仅要具有卓越的流动性、抗离析性和强充填性，而且要具有较长时间的自密实性能保持时间。由于胶凝材料的地区差异性较大，故须针对工程选用的水泥、粉煤灰等胶凝材料进行专用外加剂设计，确保其能够满足相应要求。 
　　3.5 堆石料 堆石料应满足新鲜、完整、质地坚硬、不得有剥落层和裂纹的要求。堆石料的粒径不宜小于30cm，且不宜大于1.0m。堆石率应控制在55%～60%之间。 
　　4.运用自密实堆石混凝土在重力坝施工中的成本优势 
　　混凝土在浇筑后由于水泥的作用，自身会产生水化热，再加上外部温度的变化影响，水泥用量越多，产生的水化热就越多，以至产生的温度应力就越大。产生这种现象要先从建筑材料的使用量来分析，采用堆石混凝土建造的重力坝，每1m3坝体成品的水泥用量为130kg，而纯混凝土则需要307kg，在同一成品体积下，由于堆石混凝土比纯混凝土少用水泥177kg，相应由水泥产生的水化热要减少3/5左右。在许多纯混凝土重力坝施工中，坝体内部及表面，由于温度控制措施问题，造成的温度应力缝比比皆是。而用堆石混凝土建造的重力坝，由于水泥用量减少，在同体积情况下产生的温度热效应就小，再加上块石的导热系数与热扩散系数均较混凝土小，在入仓前及浇筑后产生的热效应变化不大，故由自身产生的温度应力相对要小得多。其次从材料的浇筑关系分析，纯混凝土重力坝由于整个坝体均为等性材料，其材料的热扩散系数是均匀的，也就是说混凝土从内部到外部的热扩散相应呈直线关系，但由于受外部温度变化的影响，外部材料受阳光照射，快速升温，混凝土的热扩散加剧，而内部受外部温度影响相对表面弱，混凝土热扩散沿顺自身特性自然释放。由于在外部温度影响下，造成混凝土内外热扩散效应发生改变，不呈直线关系，故温度应力缝由此产生。堆石混凝土建造的重力坝，为什么会比纯混凝土建造的重力坝温度裂缝少，主要原因有以下几点：1、水泥用量少。2、堆石混凝土具有大块石稳定堆积构成的骨架，具有优良的体积稳定性，体积收缩小，且块石在入仓堆放过程中块与块之间的搭接堆砌关系，形成较大的空隙率，这些空隙能储存一定量的热能，不容易形成集中释放具有较强的抗裂能力。3、块石在混凝土内形成结核，由于块石的导热系数、热扩散系数与混凝土的不一致，混凝土热扩散过程中受块石的阻碍，热扩散不形成直线关系，故形成的温度应力缝要比纯混凝土的少。在实际工程中，也有采用砌石混凝土、碾压混凝土、埋石混凝土等方式筑坝，但这些筑坝方法需要的技术工人较多，施工质量主要受工人技术水平和责任心控制，在目前的技术和管理水平下，难以保证质量，再加上近年来人工费用的不断上涨，这些筑坝技术都面临越来越大的困难。由于以上因素，所以在堆石混凝土重力坝设计中能够减少水泥用量，降水化热，温控设施要少，减少人力等，从而节省工程投资。 
　　5、探讨混凝土重力坝裂缝形成的原因分析 
　　重力坝裂缝形成，其裂缝一旦扩散及发展，则有可能引起重力坝的开裂、变形甚至破坏。如果混凝土材料及配合比设计不当，将直接影响到混凝土的抗拉强度，也会造成混凝土重力坝进一步开裂。荷载作用，非荷载作用 ， 温度变化等都是造成重力坝裂缝的原因，因此，加强自密实混凝土与堆石混凝土的技术的研究， 能够控制混凝土在浇筑过程中及以后会产生较大的温度应力，在坝体设计中需要设置温控设施，从而保证重力坝正常有序工作。 
　　结语： 
　　用自密实堆石混凝土建造的重力坝在工程造价、施工进度、温控方面有许多优于性，因此要控制各项指标均在规范允许的范围内施工，从而为重力坝取得较好的经济效益和社会效益。