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摘要：選用水泥應根據混凝土設計要求而定；摻加Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰，可以改善混凝土性能、節約水泥和減少水泥水化熱；混凝土中必須摻加適量外加劑，同樣可以改善混凝土性能和減少用水量等；對水泥、骨料、摻合劑和外加劑都必須控制含堿量，可以提高混凝土的耐久性和防裂能力。為簡化混凝土施工程序和適應大型施工機械化的需要，研究和采用混凝土施工縫不打砂漿，取而代之的是施工縫面第一層澆筑二級配混凝土或三級配富漿混凝土。從國內外試驗和工程實踐看，不打砂漿在技術上是可行的，但必須精心組織和精心施工。 混凝土施工縫面的處理標準是：去掉乳皮，微露粗砂，表面粗糙。用25~50MPa高壓水沖毛的施工縫面質量可靠并可取得明顯的經濟效益。  


關鍵詞：水工混凝土施工 混凝土原材料 施工縫處理  

　　在混凝土壩樞紐工程中，用于混凝土工程施工的各種費用約占整個工程總投資的60%~70%，這充分表明混凝土工程關系到整個工程建設的質量、工期、投資和效益。 
現就DL/T 5144-2001《水工混凝土施工規范》（簡稱《規范》）涉及到的混凝土原材料和施工縫處理，進行綜述。 
1 混凝土原材料 
　　近代科學技術的進步使筑壩技術對混凝土工程有新的更高的要求，如水工混凝土應滿足抗壓、抗拉、抗滲、抗凍、抗裂、抗沖耐磨和抗侵蝕等要求。 
《規范》中要求采用新技術、新工藝、新材料和新設備。很多方面要通過原材料的選用和控制來達到設計要求。 
1.1 水泥 
　　水工混凝土選擇水泥品種的原則主要是根據工程部位、技術要求和環境條件。對水位變化區外部混凝土、有抗沖耐磨和抗凍要求的混凝土，宜選用中熱硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，也可選用普通硅酸鹽水泥。選用中熱硅酸鹽水泥，既可滿足混凝土各項性能要求，又可降低混凝土發熱量，減少溫度裂縫。內部混凝土，宜選用中熱硅酸鹽水泥，也可選用低熱礦渣硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥...等。環境水對混凝土有硫酸鹽侵蝕時，應選擇抗硫酸硅酸鹽水泥。為防止堿活性骨料膨脹，水泥堿含量≤0.6%，熟料堿含量≤0.5%。 
　　熟料中氧化鎂含量不超過5%，宜在3.5%~5%范圍。抗硫酸鹽水泥中SO3含量不得超過2.5%，礦渣硅酸鹽水泥中SO3含量為4%~7%，其他水泥品種中SO3含量不得超過3.5%。特別強調每一個工程所用水泥品種以1~2種為宜，并應固定供應廠家。 
　　《規范》中還強調應優先使用散裝水泥。散裝水泥的運輸可以用散裝水泥罐、散裝水泥車、集裝箱等。規定水泥進入工地的儲罐溫度不宜超過65℃，特殊情況下，允許放寬到70℃。 
1.2 骨料 
　　水工混凝土可選用天然骨料、人工骨料，或兩者互相補充。選用人工骨料時，有條件的地方宜選用石灰巖質的料源。 
特別強調如骨料供應發生變化時，應按照現行建筑材料規程進行詳細的補充勘察和堿活性成分含量試驗，未經專門論證，不得使用堿活性骨料。有潛在的堿骨料反應時，限制水泥、外加劑、摻合料中的堿含量是防止堿骨料反應的主要措施。 
　　細骨料應質地堅硬、清潔、級配良好；人工砂的細度模數宜控制在2.4~2.8范圍內。有條件時，細骨料可分兩級使用。細骨料應采取脫水、排水、遮蓋和加強管理等綜合措施，保持含水率穩定，人工砂飽和面干的含水率不宜超過6%。細骨料的含水率穩定，仍然是控制水膠比和混凝土出機口坍落度穩定的重要措施之一。 
1.3 摻合料 
　　目前混凝土摻合料有粉煤灰、硅粉、凝灰巖粉、磷渣粉加凝灰巖粉等。 
我國的Ⅰ級、Ⅱ級粉煤灰，特別是Ⅰ級灰，具有明顯的減水增強和顯著改善混凝土多種性能的效果，并可降低混凝土水化熱溫升。《規范》提出宜優先選用Ⅰ級和Ⅱ級粉煤灰。三峽二期工程全部使用了Ⅰ級粉煤灰。 


1.4 外加劑 
　　水工混凝土常用的外加劑有：引氣劑、普通減水劑、緩凝減水劑、引氣減水劑、高效減水劑、緩凝高效減水劑、緩凝劑、泵送劑等。 
一個工程摻用同種類外加劑的品種宜選用1~2種，并由專門生產廠家供應，以保證混凝土質量。 
混凝土摻入適量引氣劑，能產生分布均勻的細微氣泡，含氣量控制在4.5%~5.5%范圍內，可以改善混凝土和易性，顯著提高硬化混凝土抗凍性。 
三峽工程設計時選取花崗巖人工骨料，但試驗表明：花崗巖人工骨料粒形較差，顆粒表面粗糙，需水量增加，相應增加水泥用量和水泥水化熱，對混凝土耐久性和干縮等不利。通過試驗研究，原材料方面采取優化配比等綜合措施，采用了減水率大于18%的緩凝高效減水劑，摻用需水量比為90%左右的Ⅰ級粉煤灰和優質引氣劑，使減水率達到30%以上。 
1.5 混凝土總含堿量控制 
　　為了提高混凝土的耐久性和使用年限，必須提高混凝土密實程度和抗凍、抗滲及抗侵蝕的能力，為此，除了優化混凝土配比以外，還應控制混凝土組成材料的總含堿量。國內外對混凝土總含堿量的規定可供參考：美國≤3.3 kg/m3,英、日≤3.0 kg/m3，澳大利亞≤2 kg/m3，三峽工程人工骨料沒有潛在的堿活性成分，為了確保工程安全，規定人工骨料混凝土堿總含量≤2.5 kg/m3，這是非常嚴格的，也是可靠的。 
2 施工縫處理 
　　大壩混凝土分層分塊澆筑產生的水平施工縫，縫面一般有水泥浮漿所形成的乳皮，嚴重影響了層間結合，降低抗剪和抗拉強度，采取措施處理好施工縫面是確保大壩混凝土施工質量的關鍵問題之一。 
2.1施工縫面處理標準 
混凝土縫面處理標準：“去掉乳皮，微露粗砂，表面粗糙”。為此，需在澆筑前清掃縫面上的污物和灰塵并排除積水。 
2.2 施工縫面處理方法 
①人工鑿毛：勞動強度大，工效低； 
②高壓水沖毛：沖毛水壓力達25~50 MPa，效率高，間歇期超過2周，沖毛效果差； 
③低壓水沖毛：在混凝土終凝后，用0.3~0.6 MPa的水壓沖毛，可能會沖掉2~3 cm厚的表層混凝土； 
④利用風砂槍沖毛：對齡期長的混凝土沖毛有效，但費工費時費料，施工干擾大；

 
⑤鋼絲刷機械刷毛：工效高、效果好、費用大； 
⑥噴灑緩凝劑：可促使混凝土表面緩凝，延長沖毛時間。 
以上6種方法，采用高壓水沖毛較為經濟合理。 
2.3 施工縫鋪設砂漿問題 
　　混凝土施工縫面處理的常規方法是鋪設2~3 cm厚砂漿。但從仔細觀察和分析中可以看出，鋪設砂漿并不很理想，譬如打砂漿增加了拌和和運輸的很多環節，特別是鋪設砂漿后會因間歇時間過長而曬干，反而影響施工縫面的結合。為了加快施工速度和簡化施工程序，多年來就盼望在保證質量的前提下，找到能取代打砂漿的方法和措施。
2.4 施工縫處理的試驗和應用 
2.4.1 德沃夏克壩施工縫處理試驗 
　　美國陸軍工程兵團在德沃夏克壩專門做了鋪砂漿和不鋪砂漿的對比試驗。試驗倉面面積186 m2，澆筑塊厚1.5 m，施工縫用28 MPa水壓沖毛。骨料最大粒徑152 mm，水灰比0.66，水泥含量104 kg/m3 ，粉煤灰45 kg/m3，砂率21.5%，含氣量6%，平均坍落度5 cm。砂漿水灰比0.66，砂漿水泥含量288 kg/m3，粉煤灰125 kg/m3，砂1680 kg/m3。混凝土養護后，鉆取了直徑240 mm、總長55延米的垂直與水平的混凝土芯樣，作了直觀檢查和彎曲、剪切、滲透等試驗，直觀檢查很難分辨出接縫是否鋪設砂漿。試驗后，他們認為這兩種接縫的效果都是好的。因此，大壩后期施工就不再鋪設水泥砂漿。水平施工縫處理方法對比試驗成果表，見表1。 
2.4.2 烏江渡工程施工縫處理試驗 
　　我國烏江渡工程對施工縫的各種處理方法也作了對比試驗，施工縫不同處理方法的抗剪強度見表2。 
從試驗成果看，高壓水沖毛的接縫膠結強度最高。使用高壓水沖毛，僅要求縫面露出砂子不露出石子，沖毛深度很淺，平均深度約1~3 mm，混凝土損耗率少，經濟效益明顯。 
　　烏江渡工程從1976年起，對壩體混凝土水平施工縫已不再鋪設砂漿（壩體迎水面5~7 m范圍除外）。接縫混凝土一般厚50 cm，增加砂率2%~3%，坍落度增加1~2 cm，根據振搗條件，總的混凝土坍落度不宜小于5 cm。 


　　上述施工方法，是在室內和現場試驗的基礎上取得的。從現場的鉆孔取樣得知，不鋪砂漿的混凝土施工縫面，肉眼已不易分辨。實測87 d齡期的抗彎強度為60.6 kg/cm2,不低于整體混凝土的抗彎強度，其抗壓、劈裂抗拉、抗剪強度分別為：265 kg/cm2、16.4 kg/cm2、51.9 kg/cm2，均不低于整體混凝土。抗滲標號大于B12，亦不低于整體混凝土。 
2.4.3 葛洲壩工程施工縫面處理試驗 
①室內試驗??室內試驗項目為：抗壓、劈裂抗拉、抗彎及抗滲。混凝土標號為R28200號，一級配，水泥用量249 kg/m3，砂率，木鈣摻量為水泥用量的0.25%，水灰比0.55，水泥品種：荊門礦渣大壩水泥425號。試驗成果見表3。 
從室內試驗成果看，水平施工縫鋪不鋪砂漿的抗壓強度均能滿足設計要求，兩者的指標尤其是后期（90 d）相差甚微；抗彎強度指標，不鋪砂漿優于鋪砂漿；但兩者劈裂抗拉強度相差較大，不鋪砂漿28 d劈拉強度僅13.4×105 Pa，達不到設計要求，90 d齡期強度有所增加，但仍偏低，為前者的65%。 
②現場試驗 現場試驗結合生產進行，混凝土200號，三級或四級配。每個試驗倉半邊倉鋪砂漿，另半邊不鋪砂漿，澆筑28 d后，用直徑219 mm鉆頭取樣，室內鋸切加工進行力學性能試驗。芯樣的接縫用肉眼很難辨認。 
芯樣力學性能試驗成果見表4。 
表4所示，縫面不鋪砂漿的力學強度較鋪砂漿的偏低。室內試驗和現場取樣試驗資料都表明：整體混凝土優于有縫面的混凝土；相同施工條件下，縫面鋪砂漿優于不鋪砂漿。 
③從現場混凝土芯樣獲取率看施工縫處理這次現場鉆孔取樣，共有120個接縫面，48個縫面在取芯樣過程中斷裂，占縫面總數的40%，其中鋪砂漿的斷裂22個，未鋪砂漿的斷裂26個，分別占各自接縫面60個的36.7%和43.3%。 
　　總起來看，斷裂數少的情況有以下幾種：縫面坑洼不平、石子外露者，縫面用風砂槍沖毛者，混凝土為三級配者，這與一般的概念相同，說明縫面斷裂數與縫面處理質量和混凝土澆筑質量密切相關。混凝土骨料粒徑越大，水泥用量越少，對上下層結合不利，鋪砂漿或增加砂率的必要性越大。二級配混凝土倉位，特別是高標號二級配混凝土，可以不鋪砂漿。 


2.4.4 三峽工程對施工縫不鋪砂漿的試驗和措施 
　　三峽工程泄洪壩段使用塔帶機澆筑混凝土，施工縫面鋪砂漿存在較大困難，為了確保澆筑質量又要方便施工，1998年11月-1999年1月，進行了水平施工縫鋪砂漿與富漿混凝土對比試驗。試驗塊長39 m，寬21 m，試驗層澆筑后，暫不上升，待混凝土達到28 d齡期以后，進行原位抗剪試驗。試驗條件為：混凝土200號，二級配、三級配、四級配，坍落度為5~7?。二級配混凝土采用原設計配合比，三級配和四級配混凝土分鋪砂漿和不鋪砂漿澆筑，鋪砂漿采用原設計配合比，不鋪砂漿混凝土分兩種形式：一種采用原配合比，另一種增加3%砂率和6 kg/m?3的用水量（保持坍落度及水膠比不變）。 
　　試驗成果表明：施工縫面鋪不鋪砂漿其抗剪強度均大于1 MPa，可以滿足層面結合質量要求；不鋪砂漿的層面結合質量，只要施工正常，是可以達到與鋪砂漿的層面相近效果，而采用富漿混凝土也可以改善不鋪砂漿的層面結合質量；采用二級配混凝土比采用其他層面處理方法的結合質量較好。 
根據國內外關于施工縫試驗和處理措施，三峽工程決定施工縫采用迎水面6~7 m范圍澆筑20 cm厚的同標號二級配混凝土，其余施工縫面澆筑40~50 cm厚的三級配富漿混凝土。從大量鉆取的混凝土芯樣觀察，肉眼很難看出不打砂漿的混凝土施工縫缺陷，說明施工縫不打砂漿而采取替代措施是有效和成功的，值得推廣應用。很重要的一點，好的施工方法，還要靠精心組織和精心施工來保證，在平倉振搗上狠下功夫，確保混凝土施工縫面的質量。