浅析水工大体积混凝土材料选择优化

【摘 要】针对水工大体积混凝土常遇到的温度裂缝和耐久性的问题，本文从材料的选择优化上分析了大体积混凝土材料的特性选择和未来的发展趋势，综合考虑大体积混凝土配合比、大体积混凝土动态强度特性、变形特性和损伤断裂特性等等。浅析水工大体积混凝土的优化应从原材料和配合比的选择优化与设计优化入手，提高大体积混凝土的耐久性。

【关键词】水工大体积混凝土；材料；耐久性；配合比

混凝土是一种由多相介质组成的复合材料，其材料具有非均匀性与不连续性的特点。因此，大体积混凝土受到温度的影响较大，其耐久性也会有影响。对于水工大体积混凝土，其结构断面面积较大，在浇筑过程中胶凝材料水化放热，释放出的热量容易聚集在结构内部，不易散发出去，从而产生的内外温差易导致温度裂缝的出现，从而影响结构的质量与整体性，严重形成安全隐患。因此，重视水工大体积混凝土温度控制谨防裂缝是一项十分关键的技术。如何科学、适宜的选择水工大体积混凝土材料是相关学者研究的热点与难点。

一、混凝土原材料的特征选择

1.对水泥的选择

水泥的水化热是混凝土早期的温度应力主要原因。为保证混凝土具有良好的粘结性，减少离析性，满足施工要求，必须保证混凝土胶凝材料用量，从材料试验的角度，选择水化热较低的水泥配制混凝土，有利于降低混凝土总的放热量，有利于混凝土的温控。

根据施工者和学者的实践，普通硅酸盐水泥的热化值明显高于中热和低热水泥。在混凝土的使用中，低热水泥配置混凝土，可以降低混凝土水化热，能减小绝对升温，进而防止过大拉力造成的温度裂缝。

细度也是影响水泥水化热的重要因素之一。相关文献资料表明，水泥粉磨的越细，水化放热越快、水化放热单量越高，更容易使水泥干燥。然而，水泥细度与水泥混凝土抗裂性是否一定成正比，并没有定论。而我国现行的国家标准、规范均只对水泥比表面积的下限作了规定。而工程中也出现采用水泥过细导致混凝土开裂的问题，应尽快完善相关技术标准。

2.粉煤灰的选择

在混凝土中混合一定量的粉煤灰，能取代水泥以减少混凝土中的水泥用量，可以降低混凝土的水化热升温，并对水化热有延缓作用。普通的混凝土需要混水量较大，掺入粉煤灰，可以很大程度的泌水和离析，防止混凝土开裂。根据研究表明，混凝土中粉煤灰掺量越大，同龄期水化热降低的程度越大，掺粉煤灰对混凝土的温度控制作用越大。

3.其他掺和料

随着科学的发展，掺和料种类除了粉煤灰，还开发出多种矿物掺和料可选，极大的满足了我国大型水电项目的需要。对于水工大体积混凝土项目，还能够作为混凝土材料的有火山灰、烧粘土、石灰石粉、磷矿粉与粉煤灰的混合体、磷渣粉等等。我国近年来都在研究在混凝土中混合可填充材料，例如，石灰石粉，可填充量高达百分之三十，但石灰石粉在低温潮湿的环境，容易被硫酸盐腐蚀，生成的碳硫硅钙石可分解凝胶，使得混凝土强度与耐久度下降。因此，对于材料的运用还需要不断地实践与研究。

4.骨料的选择

骨料在混凝土中的体积比重很高，能占到百分之七十到八十。骨料的弹性、表面形态、颗粒大小及级配、热膨胀系数等因素，均对混凝土的耐久性、抗裂性产生很明显的影响，并且有关骨料的相关属性如何更加稳定，研究还不够，骨料的性质与材料革新比较缓慢，这主要在于各个工程考虑到的环境、工程用途差别较大，骨料的性状选择也比较难，很难做到普遍适用性研究。

根据相关研究统计，骨料品种从化学性质、矿物相比较，对稳定性的方面影响甚微，影响主要源于骨料的孔隙率、孔径大小及孔隙分布，造成的骨料吸水特性不同，从而导致由不同品种骨料制备的混凝土受力不同，产生体积变形。

5.外加剂的选择

选择外加剂是对材料缺陷的有效补充，21世纪以聚羧酸系为代表的高性能减水剂的大范围推广，对混凝土的性能起到了很好的帮助。但外加剂的开发与具体施工环境还有一些差距，因此在不断的实验研究中，外加剂呈现出了多元发展的情况。根据混凝土在实际应用中出现的情况，外加剂的选择主要是在减水率、缓凝剂、早强剂、膨胀剂等等方面取得作用。同时，掺入外加剂时要充分结合工程的实际，调整好使用与管理方式，保证结构安全。

二、高性能混凝土的使用

1.高性能混凝土的特点

高性能混凝土在建筑行业的研究进展较快，是行业材料当今及未来倚赖的方向。对于水工大体积混凝土项目，在工艺与材料的选择上都有较高的期待，需要高性能混凝土材料来提高建筑的韧性与稳定性。然而对于高性能混凝土来说，学者们对其应该重点发展的方向并没有定论，有的要求其有高耐久性，有的要求其有高强度，有的要求其有低渗透性，有的要求其有高体积稳定性。因此，高性能混凝土的大量生产不能完全适应各种情况，如何开发高性能混凝土还需要讨论。

2.高性能混凝土在水工混凝土中的应用

针对我国河流多泥沙的情况，对混凝土的磨损是水工建筑物要特别注意的病害。因此，高性能混凝土的应用主要用于抗冲磨部位。具体部位如消能池、水电站拦河闸底板、水电站船闸、输水廊道等等部位，在使用高性能混凝土后，取得了较好的防裂效果。

三、水工大体积混凝土中应用材料需要考虑的其他问题

水工大体积混凝土最重要的性能要求是水化热温的控制，抵抗裂缝能力。而实际上，水工大体积混凝土的水化热温升通常都比较大，并且与混凝土强度之间存在着尖锐的矛盾。因此要根据上述讨论，采用适当的材料，对热温与抗裂问题做好解决。同时要加快高性能混凝土材料的改良与引入。只有改变传统的混凝土配合比设计，采用高性能混凝土的配合比方案，才能最大限度的解决上述问题。

同时，在选取材料的时候，造价是不可回避的问题。水工大体积混凝土由于在材料选择、配合比设计、施工工艺、质量控制等方面有特殊的要求。因而其造价通常比其他工程混凝土造价高。特别是在采用了高性能混凝土后，造价有明显的提升。这是如何选择水工大体积混凝土材料的困难之一。造价问题的解决要从以下几个方面考虑，首先要保证混凝土的耐久，尤其是对人身安全、财产安全有关的工程，严禁偷工减料，而且要在材料使用效果上多加考虑。其次，造价问题要从长远利益来考虑，在后续的保养与维修方面多考虑，不能只看眼前利益与费用，须考虑总体费用。之后，造价问题的控制要通过从材料选择、配合比设计、施工工艺等方面来进行控制，要通过科技含量的提高来控制造价。材料科研单位要加速对高性能材料的开发，开发材料的最大效能与配比。

综上所述，水工混凝土和水工大体积混凝土的材料选取是影响工程耐久性的重要因素，必须引以重视。我国水工大体积混凝土是应用于国家造福于民的大型工程，做好其混凝土的相关问题研究，意义极其重要。只有因地制宜，在材料选取、材料配比、高性能材料开发上多下功夫，才能长久的解决水工大体积混凝土长期存在的问题。同时要转变传统观念，多按照现代的高性能混凝土设计方法，多改进施工工艺，多改进混凝土配合比，才能解决在应用中遇到的各种问题，使工程变的更加安全、耐久、可靠。

参考文献：

[1]田培，王玲.我国混凝土外加剂现状及发展趋势[J].施工技术，2009，8（4）：11-15.

[2]孙伟.现代混凝土材料材料的研究和进展[J].商品混凝土，2009，（1）：1-7.

[3]杨钱荣，黄士元.对混凝土耐久性模型的思考[J].混凝土，2008，（4）：15-18.

[4]计家荣.高强度大体积混凝土材料特性研究[J].水力发电，1998.3.