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1、水工混凝土姓名:陈林海 学号:131601206 指导老师:张鸣摘要文章对水工混凝土作出了详尽和全面的阐述，从概念入手，对其发展历史，原材料，配合比设计方法，技术性能，常见问题与解决方法等方面着重介绍，加深大家对水工混凝土的认识和理解。关键词水工混凝土 发展历史 原材料 配合比设计方法 技术性能 常见问题与解决方法 引言 水工混凝土是指经常性或周期性地受水作用的建筑物（或建筑物的一部分）所用的并能保证建筑物在上述条件下长期正常使用的混凝土。 常用于水上、水下和水位变动区等部位。因其用途不同,技术要求也不同:常与环境水相接触时，一般要求具有较好的抗渗性；在寒冷地区、特别是在水位变动区应用时，要求
2、具有较高的抗冻性；与侵蚀性的水相接触时，要求具有良好的耐蚀性；在大体积构筑物中应用时，为防止温度裂缝的出现，要求具有抵热性和低收缩性；在受高速水流冲刷的部位使用时，要求具有抗冲刷、耐磨及抗气蚀性等。 长期的施工实践证明，在水工混凝土中掺入具有减水、缓凝及增加耐久性的外加剂，如木质素磺酸盐减水剂、糖蜜塑化剂、松香皂引气剂（在有抗冻性要求的地区或部位必须掺入），以及掺入适量的优质掺合料，如粉煤灰等，对改善混凝土拌合物的和易性及提高耐久性都具有明显效果。 本文将从水工混凝土的发展历史、原材料、配合比设计方法、技术性能、常见问题与解决方法这五个方面来分析这种建筑材料。正文1 水工混凝土的发展历史 20
3、 世纪30 年代，美国着手建设坝高211m 的胡佛坝，对水工混凝土进行全面研究，形成了一套完整的水工混凝土材料配制体系和柱状法坝体浇筑技术，实现了创世纪的技术创新。自1936 年胡佛坝建成半个多世纪，水工混凝土技术又有了很大发展，其中主要有: 在水工混凝土中掺入掺和料、引气剂和减水剂; 提高混凝土的耐久性; 采用更有效的温控措施; 采用不分纵缝的通仓浇筑法;发展强力高频振动设备。至20 世纪70 年代，国际上提出了混凝土坝快速施工的讨论，一改过去坝体惯用的柱状法浇筑技术，将土石坝施工大型机械水平摊铺和碾压技术引入混凝土坝施工，而形成碾压混凝土筑坝技术，将混凝土坝建设工期缩短一半，而造价减少1
4、/4 1 /5。 水工混凝土作为混凝土的一种，在最近几十年内得到很大的发展。混凝土结构是在19世纪中期开始得到应用的，由于当时水泥和混凝土的质量都很差，同时设计计算理论尚未建立，所以发展比较缓慢。直到19世纪末以后，随着生产的发展，以及试验工作的开展、计算理论的研究、材料及施工技术的改进，这一技术才得到了较快的发展。目前已成为现代工程建设中应用最广泛的建筑材料之一。 在19世纪末20世纪初，我国也开始有了钢筋混凝土建筑物，如上海市的外滩、广州市的沙面等，但工程规模很小，建筑数量也很少。解放以后，我国在落后的国民经济基础上进行了大规模的社会主义建设。随着工程建设的发展及国家进一步的改革开放，混凝
5、土结构在我国各项工程建设中得到迅速的发展和广泛的应用。 混凝土结构在水利工程、桥隧工程、地下结构工程中的应用也极为广泛。用钢筋混凝土建造的水闸、水电站、船坞和码头在我国已是星罗棋布。如黄河上的刘家峡、龙羊峡及小浪底水电站，长江上的葛州坝水利枢纽工程及正在建设的三峡工程等。而水工混凝土则在这些水利工程中起到了至关重要的作用。 从几十年的发展过程和今后的发展趋势来看,国外水工混凝土的中心研究课题是:在保证或改善质量的前提下,采取各种有效措施,合理地降低水泥用量,减少发热量,降低最高温升,提高抗裂性和耐久性,革新施工方法 和设备,加快施工进度,降低工程造价,以便安全、经济、快速地进行水工建设。长期以
6、来,温度裂缝一直威胁着大体积混凝土的整体性和安全性,是混 凝土快速连续施工的障碍,也是降低混凝土造价、缩短工期的最大障碍。为 了解决这一问题,许多国家从各个方面进行了大量的工作,大致可以归纳为两方面的问题:一是从组成混凝土材料方面研究解决,二是改革施工工艺。2 水工混凝土的原材料 近代科学技术的进步使筑坝技术对混凝土工程有新的更高的要求, 如水工混凝土应满足抗压、抗拉、抗渗、抗冻、抗裂、抗冲耐磨和抗侵蚀等要求。规范中要求采用新技术、新工艺、新材料和新设备。很多方面要通过原材料的选用和控制来达到设计要求。2.1 水泥 水泥是水利水电工程混凝土结构的主要建筑材料。水工建筑物在不同的环境下对水泥的品
7、种质量有不同的要求。众所周知，硅酸盐水泥熟料含有四种主要矿物，它们所占成分比例不同将影响水泥的性能，致水泥水化速度、水化热、强度都不相同。水工建筑物大体积混凝土使用的水泥熟料中铝酸三钙（C3A）含量过高，混凝土的抗磨性差、干缩率大、水化热高、脆性大，所以水工建筑物的施工还要控制水泥熟料中的铝酸三钙（C3A）含量。降低混凝土水化热、收缩率，减少水泥熟料中铝酸三钙（C3A）含量，可提高混凝土的抗裂和抗耐磨性能。对于不同要求的水工建筑物，水工混凝土中所用水泥要求不同，如大体积混凝土常用中低热硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等；环境水对混凝土有侵蚀时，应根据侵蚀类型及程度采用高抗硫酸盐水泥
8、、中抗硫酸盐水泥、硅酸盐水泥掺30%以上的或粉煤灰。水泥细度对水泥的水化速度、水泥的需水量、放热速度以及强度都有较大影响，水泥颗粒愈细，水化反映越快而且充分，水泥早期强度也越高，但是水泥颗粒越细，其发热量也越大，而且放热速度快，体积收缩率大。目前我国大多数水泥磨的比较细、早期强度高、水化热大、混凝土的自收缩和干燥收缩大，水泥中的粗颗粒减少，就会减少稳定体积的未水化颗粒，因而影响到混凝土的长期性能。水泥细度还会影响混凝土的抗冻性、抗裂性，水泥细度对水工建筑物大体积混凝土施工质量的影响更为明显。2.2 掺和料 掺和料在水工混凝土中广泛使用，包括粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉、 磷渣粉、火山灰等活性掺和料
9、及石灰石粉、凝灰岩粉等非活性掺和料。粉煤灰是水工混凝土最常用的掺和料。众多大型水利水电工程同时建设，优质粉煤灰供不应求。某巨型水电站的粉煤灰供应厂家多达11个，另一巨型水电站曾在同一个浇筑仓面上使用2个厂家的粉煤灰。某巨型水电站使用两种不同厂家的I级灰时，达到同样的含气量所需的引气剂掺量相差一倍。在中小型水利水电工程中，用准I级灰或II级灰的情况比较普遍。这对混凝土的用水量、坍落度及其损失、含气量都带来明显影响。2.3 砂石骨料 水利水电工程由于混凝土方量大、浇筑强度高，砂石骨料必须就地取材；出于经济和环保考虑，很多时候需要使用坝基和洞室的开挖料。这导致不同工程所用骨料母岩不断出现新品种，不同
10、母岩或者不同开采部位的同一母岩的岩性变化范围很大，这给施工质量控制带来难度。多个工程在施工过程中出现骨料加工能力不足的情况，只好天然骨料和人工骨料混合使用，或交替使用，或不同人工骨料交替使用，也带来混凝土质量控制问题。部分工程采用皮带机长距离运输人工骨料。这减少了骨料运输过程中由于转运、跌落所产生的逊径量，但尚未解决运输过程中的温度回升（比汽车运输的运输时间长、温度回升高）、防雨（造成含水率波动）、生产和到下料仓环节造成含粉量（俗称裹粉）增多。骨料分为粗细两种:对于粗骨料，石料的质量对混凝土性能的影响主要有以下几个方面：颗粒级配：碎石的级配对于混凝土的和易性、 强度、 抗渗性、 抗冻性以及经济
11、性等都有一定的影响。 级配良好的碎石，可以配出水泥用量较低的混凝土。 碎石粒径越大需要湿润的比表面积越小，大体积混凝土应尽量采用较大粒径的石子，可以降低砂率、 混凝土用水量与水泥用量，提高混凝土强度，减少混凝土升温及干缩裂缝。含泥量及泥块含量：泥在混凝土中其比表面积大、 吸水性大、 体积不稳定，吸水湿润时膨胀，干燥时收缩；黏土含量多对混凝土强度、 干缩、徐变、抗渗、抗冻融及抗磨损等均产生不良影响。 碎石强度和压碎值：石子的强度和压碎值指标直接影响混凝土的强度和变形性能，对高强度混凝土的影响更为明显。对于细骨料，水工混凝土常用的细骨料有天然砂（河砂、山砂等)、人工砂及混合料（人工砂与天然砂混合而
12、成）等三种。砂料的品质对水工混凝土性能的影响主要有以下几个方面：颗粒级配：砂的颗粒级配合理与否直接影响到混凝土拌合物的稠度。合理的砂粒级配，可以减少拌合物的用水量，得到流动性、 均匀性及密实性较好的混凝土，同时可以降低水泥用量。细度模数：砂的细度模数是衡量砂子粗细程度的重要参数，人工砂的细度模数为2.4-2.8，天然砂的细度模数为2.23.0，用此模数砂子拌制的混凝土和易性、 均匀性较好，强度也较高。 含泥量及泥块含量：砂中的含泥若包裹在砂表面，不利于砂与水泥的黏结，将会影响混凝土强度及耐久性，若含的泥是以松散颗粒存在，由于其颗粒细与表面积大，会增加混凝土的用水量，特别是黏土的体积不稳定，干燥
13、时收缩、 潮湿时膨胀，对混凝土有干湿体积变化效应的破坏作用。2.4 外加剂 在拌制混凝土时掺入少量外加剂，以改善混凝土的性能。 水工混凝土掺入引气、减水功能的外加剂有改善混凝土拌合物性能，提高混凝土的流动性，改善和易性，降低耗能和改善劳动条件的作用。 水工混凝土掺入各种减水剂，在维持拌合物和易性与胶凝材料不变的条件下，可降低用水量，减少水灰比，提高混凝土强度。掺入引气剂还可以提高混凝土抗冻性能，水工混凝土中，由于游离水的蒸发和温度变化，形成不均匀的温度场，产生温度应力而引起混凝土收缩，导致其体积不稳定。 混凝土中掺入膨胀剂可以提高混凝土的体积稳定性，有效补偿收缩变形。三水工混凝土配合比设计方法
14、1基本原则水工混凝土配合比设计，应满足设计与施工要求，确保混凝土工程质量且经济合理。进行混凝土配合比设计时，应收集相关工程设计资料，明确设计要求：1.混凝土强度等级及强度保证率。2.混凝土的抗渗、抗冻等级和其他性能指标。3.混凝土的工作性。4.骨料的最大粒径。进行混凝土配合比设计时，应收集有关原材料的资料，并按有关标准对水泥、掺合料、外加剂、砂石骨料、拌和水等性能进行检验，并符合标准要求。2混凝土配合比的计算计算配置强度：fcu,0=fcu,k+t式中： fcu,0混凝土配制强度（MPa）；fcu,k混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值（MPa）； t保证率系数， 混凝土强度标准差（MPa）。保
15、证率和保证率系数的关系保证率P(%)70.075.080.084.185.090.095.097.799.9保证率系数t0.5250.6750.8401.01.0401.2801.6452.03.0 混凝土抗压强度标准差，宜按同品种混凝土抗压强度统计资料确定，当无近期同品种混凝土抗压强度统计资料时，值可按下表取用。设计抗压强度（MPa）1520253035404550标准差3.54.04.55.05.5选定水胶比根据混凝土配置强度计算水胶比：W/(C+P)= Afce / (fcu,0+ ABfce)式中：A 、B回归系数；A=0.46、B=0.07 fcu,0混凝土配制强度(MPa)。fce水泥28天抗压强度实测值(MPa)。根据水工混凝土施工规范DL/T5144-2001对最大水胶比的限值，选取35个水胶比。水胶比最大允许值部 位严寒地区寒冷地区温和地区上、下游水位以上（坝体外部）0.500.550.60上、下游水位变化区（坝体外部）0.450.500.
