水工混凝土施工技术的发展
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2024年01月09日 13:23:24
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水工混凝土工程技术伴随着工程建设的需要和科学技术的发展而不断进步。在初始阶段,人们使用高流动性混凝土,力学强度很低。后来,配制出塑性和流动性混凝土,强度和施工性能都有所改善。到20世纪中叶,随着水工混凝土施工技术的进步和浇筑设备能力的增强,使混凝土向干硬性方向发展,力学强度更高,但施工难度也随之增加。随着掺合料及外加剂技术的发展,混凝土拌和物双向塑性和流动性方向发展,使混凝土力学强度和流动度得以兼顾,施工质量和速度同时得到提高。将耐久性作为混凝土追求的主要目标,并引入超细活掺合料作为混凝土的重要组分,从而发展了具有高耐久性(高抗冻性、高抗渗性)、高体积稳定性、高工作性、高耐磨冲击性、高强度的混凝土,即高性能混凝土。

水工混凝土工程技术伴随着工程建设的需要和科学技术的发展而不断进步。在初始阶段,人们使用高流动性混凝土,力学强度很低。后来,配制出塑性和流动性混凝土,强度和施工性能都有所改善。到20世纪中叶,随着水工混凝土施工技术的进步和浇筑设备能力的增强,使混凝土向干硬性方向发展,力学强度更高,但施工难度也随之增加。随着掺合料及外加剂技术的发展,混凝土拌和物双向塑性和流动性方向发展,使混凝土力学强度和流动度得以兼顾,施工质量和速度同时得到提高。将耐久性作为混凝土追求的主要目标,并引入超细活掺合料作为混凝土的重要组分,从而发展了具有高耐久性(高抗冻性、高抗渗性)、高体积稳定性、高工作性、高耐磨冲击性、高强度的混凝土,即高性能混凝土。

近几十年来,混凝土施工技术迅速发展,主要体现以下几个方面。



1.混凝土原材料不断改进

提高混凝土质量,首先要优选原材料和优化混凝土配合比设计。20世纪60年代以前,我国各个水电工程以使用天然砂石料为主,随着水电建设逐步向西部地区和各流域上游转移,当地天然砂石料资源渐趋短缺。70年代乌江渡工程建成以灰岩为料源的大型人工砂石料系统,产品质优价廉。此后人工砂石料相继为西南和中南地区一些大型工程所采用。除仍石灰岩为首选料源外,正长岩、玄武岩、花岗岩以及流纹岩、石英岩等都被成功地加工成人工砂石骨料。二滩水电站建成了以正长岩为料源的人工砂石料系统,产品性能和质量优越;长江三峡工程以花岗岩为料源,并大量利用基坑开挖石料,建成了当今世界规模最大的人工砂石料系统。
大体积水工混凝土使用的水泥常以中热硅酸盐和低热矿渣硅酸盐水泥为主,除控制水泥的水化热和碱含量外,近年来提倡使用具有微膨胀性的水泥,以部分补偿混凝土降温过程的体积收缩,控制混凝土裂缝的产生。



2.粉煤灰及其他掺合料在混凝土中的应用越来越广


粉煤灰原是一种工业废料,但现已成为商品。早期用作混凝土掺合料主要是为了节约水泥。20世纪50年代三门峡工程即开始使用粉煤灰,并替代部分水泥。80年代,粉煤灰在水电工程中被广泛使用,并制定了粉煤灰国家(部级)标准,随后一批混凝土高坝和碾压混凝土坝大量掺用粉煤灰。近几来,随着高性能混凝土技术的发展,在原材料中又引入超细活性掺合料作为混凝土的第六组分。超细活性掺合料包括磨细矿渣、优质粉煤灰、硅粉、沸石粉等,但细度必须在4000cm2/g以上。用超细活性掺合料取代部分水泥熟料,不仅可降低水泥用量,有利温度控制,而且可以提高混凝土的耐久性、流动性和后期强度。三峡工程首次大规模使用优质一级粉煤灰,大大改善了混凝土性能,对大体积混凝土温度控制、减少用水量、改善混凝土的和易性和提高混凝土质量起到了非常重要的作用。

钢纤维、塑料纤维、碳纤维等各种纤维混凝土在工程上的应用,对改善和提高混凝土抗冲耐磨和防裂性能起到促进作用。



3.混凝土外加剂发展迅速且应用量日益扩大

混凝土掺加化学外加剂,可以改善其性能,并可节约水泥,提高施工效率,具有明显的技术经济效益,已成为混凝土不可缺少的第五组分。特别是20世纪60年代高效减水剂的出现,使外加剂在混凝土中的应用达到了一个新阶段。70年代后,外加剂普遍在混凝土中大量使用,我国相关规范规定水工大体积混凝土中必须掺加外加剂,并提倡选用引气、缓凝、高效复合型减水剂。
混凝土外加剂的开发与应用,极大地改善了混凝土的技术性能,顺此基础上近年又配制出各种高性能的混凝土。


4.混凝土浇筑新设备、新工艺


60年代后混凝土坝施工综合机械化程度和水平不断提高,例如高效大容量自动化拌和楼、高效缆索起重机、大型门塔机以及胶带运输系统工程使用,使一些工程的年混凝土浇筑量达到100万m3乃至200万m3以上,使建设周期得以缩短。二滩工程使用4台中速缆机,1996年浇筑混凝土181万m3;正在建设中的三峡工程采用以塔带机为主并辅以缆机、门塔机的混凝土施工方案,使混凝土从拌和楼到仓面实现一条龙生产,提高混凝土的浇筑强度,1999年浇筑混凝土458万m3,2000年浇筑584万m3,2001年浇筑406万m3,连续三年混凝土浇筑量创世界纪录。采用水冷、风吹骨料以及加冰拌和等预冷工艺后,拌和楼夏季能生产7~100C的低温混凝土,可满足更严格的温度控制要求,使一些大型工程用通仓浇筑取代了长期沿用的柱状浇筑,既提高了结构的整体性,也加快了施工进度。此外,强力振捣器、振捣机的使用,模板技术的革新,缝面处理与表面保护技术的改进,都有利于提高工程质量和施工效率。



5.高性能混凝土正在发展


混凝土不是耐久材料,混凝土工程也有其一定的使用寿命周期。现在人们已逐渐将注意力从提高混凝土的强度转移到提高水工混凝土结构的耐久性、安全性与延长安全使用周期上。

自从1990年以来,高性能混凝土引起了各国学者和工程技术人员的高度重视。高性能混凝土是在高强混凝土研究与应用达到较高水平基础上发展起来的,是混凝土技术中的一项跨世纪工程,是“21世纪的混凝土”。高性能混凝土使用寿命长、具有较高的体积稳定性、具有良好的施工性能、并具有较高的强度和密实性。

生产高性能混凝土必须优选材料,在严格的质量控制下进行。除采用优质水泥、骨料和水泥外,必须采用低的水胶比和掺加超细活性掺合料,降低单位体积用水量和水泥用量。



6.碾压混凝土技术蓬勃发展


碾压混凝土筑坝技术自1986年在福建坑口工程取得成功经验后,在我国发展很快.早期多应用在围堰工程,如隔河岩和岩滩工程。目前已建和建的大坝近40座,其中坝高100m以上的有6座,碾压混凝土总量超过1000万m3。坝高最高的为沙牌拱坝和江垭重力坝,坝高分别为130m和131m。中国碾压混凝土的特点是高掺粉煤灰、低Cv值、短间歇、薄层全断面碾压、快速连续上升,在坝休上游侧铺筑二级碾压混凝土,解决坝体防渗问题。近年来,斜层浇法、RCC分区冷却、变态混凝土等碾压混凝土施工工艺技术均有较大创新。



7.工程建设体制的改革


与中国改革开放相适应,水电建设从1984年云南鲁布革水电站引水隧洞实行国际招标开始,在学习国外工程建设先进管理经验的基础上,以市场为取向,逐步改期了原有的计划经济管理体制,将市场经济的机制引进到水电建设中来,把主要依靠行政办法组织建设转变为用经济办法来组织建设,确立了以项目法人负责制、建设监理制、招标承包制、合同管理制为主要内容的水电建设管理体制,形成了由项目法人、监理、施工和设计咨询组成的新建设管理格局。水电建设体制创新极大地推动了水电建设的迅猛发展,形成了充满生机和活力的健康发展的水电建设大市场。


8.水工混凝土质量保证体系不断完美


要保证混凝土施工质量,应具备完善的施工质量保证体系。多年的体制改革已积累了丰富的经验,施工质量保证体系正在不断完善。

(1)   质量观念转变。2000年国务院下发了《建设工程质量管理条例》,质量终身制的思想在水电战线引起极大的震动,对质量保证体系的重视和对质量的认识都发生了变化。2000年以前关于工程质量的口号是“百年大计,质量第一”,2000年以后提出了“千年大计,质量第一”,对全国瞩目的三峡工程更是提出了“质量重如泰山”、“千年大计,国运所系”的口号。

由于水电施工、设计单位全面贯彻ISO9000质量系列标准,对水工混凝土质量管理的重点从事后质量检查处理转变为施工过程中的质量控制,“过程即质量”的观念已得到肯定。为了保证过程中的质量,需要加强预控措施,如有的水电工程在准备浇筑前进行“仓面工艺设计”,从人力配备以及设备、工艺流程方面事先做出安排,经过质量检测和监理部门的确定后方可开仓浇筑,这种质量预控可使混凝土质量问题减少到最低程度。

(2)   建立有职有权的质量管理机构。施工单位的质量检查部门受到重视,质量决定企业的生命。在现行的水电建设业主负责制中,监理保证工程质量的作用十分突出,监理对工程质量全面监控,既有日常巡检监控,还有重点部位设置的旁站监理,监理并有权对施工单位不合格的质检人员实行罢免。水电工程质量保证体系由施工单位自检、监理控制、业主协调、国家授权质量监督部门监督和工程验收组成。

(3)   建立各项管理制度,编制质量控制及检测标准。只有依照严格的制度和代表先进施工水平的质量标准,才能生产出高质量的混凝土工程。由于水电工程各种规程标准修订不及时,一些新技术、新工艺、新材料没有在规程标准中得到反映,所以有的水电工程就在合同中提出要求或编制企业标准以适应工程的需要。

(4)   重视外观质量的检查工作,改变水电工程粗放施工的形象。现在很多水电工程已将外观质量作为评优的一项重要内容,外观不合格不能评优。对外观的常见病,提到消灭顽症的高度。施工中对影响外观的模板,选用新型材料,保证外观质量;对拆模后出现的缺陷,下大力处理达标,全面提高水工混凝土的施工质量。

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