摘要：随着我国基础设施建设的大力发展，在一定程度上带动了国家经济的繁荣昌盛，国家对水利基础设施的投入也在逐步加大。由于地域和季节的差异，不同地区、不同季节的水利工程建设施工存在一定的差异，冬季期间气温低，施工工期短，给水利工程的施工质量也会带来一定的影响，特别是混凝土工程。本文以某水利工程为例，对冬季混凝土工程的施工工艺进行了试验分析，为类似工程的施工建设提供借鉴。
关键词：冬季；水利工程；混凝土工程；施工工艺
水利工程施工质量的优劣对于整个工程效益的发挥具有重要影响，加强施工过程的质量管控显得尤为必要。由于地域和季节差异，一些地区气候较为寒冷，且施工工期较短，对于水利工程冬季混凝土施工具有十分重要的影响[1]。寒冷地区混凝土工程面临三个问题：（1）年平均气温低；（2）容易出现裂缝，防渗要求更严；（3）冻融破坏严重[2]。温度过低，对混凝土的影响主要集中体现在水泥水化作用减弱，强度增长缓慢，耐久性也随之降低[3]。在北方寒冷地区进行土石方混凝土基础施工，需要着重解决以下三个问题：一是搭设合理的保温施工措施，二是必须保证混凝土最短的养护龄期，三是要防止冻害[4]。
本文在前人研究基础上，结合某水利工程，采用室内外试验相结合的方法对混凝土工程冬季施工工艺进行探讨研究，为类似的工程建设提供经验借鉴。
1 工程区概况及混凝土施工存在的问题
本工程包括4个单位工程：水源工程、蓄水工程、总干排水闸工程、五干节制闸工程。施工区年平均气温8℃-9℃，最低气温－8℃，最高气温35℃，施工期间平均气温3℃。根据相关定义：平均气温连续5d稳定在5℃以下或者最低气温连续5d稳定在-3℃以下时的施工情况称为冬季混凝土施工。
新筑混凝土包含水化水和游离水两种，水化水是指吸附在材料颗粒表面的水，主要起水化作用，但当气温低于零下 4 摄氏度时，水化水便开始冻结，水化作用逐渐消失，施工质量肯定受到影响；而游离水是指依附于材料空隙之间的水，主要起和易性的作用，一旦温度降至混凝土冰点以下，游离水就会发生冻结，和易性作用也就消失。除此之外，在材料质量达标的情况下，施工质量还与水胶比、外加剂等因素相关。因而本文对3℃温度下不同水胶配合比和外加剂情况下的混凝土进行了室内外试验研究，见表1。
表1 水胶比及主要材料配量
Table1 the main material of water cement ratio and quantity
2 试验结果分析
试验场地为30m×30m大小的正方形，总共分为D1、D2、D3、D4四个区域试验组。D1区域水胶比为0.50，未添加早强剂；D2区域水胶比为0.50，按规范添加一定量的早强剂；D3区域水胶比为0.4，同理按规范添加一定早强剂；D4区域水胶比为0.4，未添加早强剂；采用为BW202AD型振动碾对各区域进行碾压，同时在碾压5、10、15及20次后取相应标准试件进行试验检测，检测项目包括强度、压实度和渗透特性，试验全过程外界环境温度控制在3±0.2℃。
2.1 强度试验结果分析
将各碾压次数和配合比条件下的混凝土进行取样并制作成标准试件，按相关试验标准养护7d、28d和90d，然后进行单轴抗压、劈裂以及拉伸试验，获得了各配合比碾压条件下的力学强度特征见图1（以压实10次实验结果为例）。从图中可以看到，相同碾压次数下，D3组的抗压强度、抗拉强度以及抗剪强度值均大于其它试验组，D4试验组的强度次之，表明在水胶比0.4、且添加早强剂的情况下的压实效果最佳，同时也说明在温度较低的天气下，应该适当减小水胶比。
（a）抗压强度
（b）抗剪强度
（c）抗拉强度
图1 强度特征
2.2 压实度试验结果分析
选取四个区域同一深度下（以层厚30cm处为例），得到了混凝土压实度与碾压次数n的关系见图2。从图中可以看到，随着碾压次数的上升，压实度呈逐渐增大的趋势，但其增长的幅度却在逐渐减小；在相同的碾压次数下，水胶比0.4下的压实度，明显高于水胶比0.5下的压实度，再次表明了在寒冷地区混凝土施工应选择小水胶比，同时适当添加早强剂，可更好地保证混凝土的碾压效果；在水胶比0.4，参加早强剂的情况下，压实15次时，其压实度已经达到99.85%，而碾压20次时，其压实度为99.9%，仅较碾压15次时增加了0.05%，考虑经济合理性，认为在温度3℃时，采用水胶比0.4，添加早强剂情况下的最佳碾压次数为15次。
图2 压实度与碾压次数、配合比关系
2.3 渗透特性测试结果分析
渗透特性采用压水试验结果来评判，在四个区域随机选取3各个点,平均孔深约为1.5~1.6m，分别在碾压5次、10次、15次以及20次后进行压水试验，得到的平均渗透性大小与碾压次数和配合比的关系见图3。从图3中可以看到，相同配合比下，碾压次数的增长可以显著降低混凝土的渗透性，这是因为越多的碾压次数，其骨料颗粒之间排列得越紧密，相互之间的孔隙越少；而在相同的碾压次数下，D3区域的渗透性明显要小于D1，D2，D4三个区域，这与上文强度和压实度效果相对应，这也说明了在此环境下，水胶比0.4并添加早强剂的混凝土压实效果越好，强度越高，渗透性越小，抗渗能力越强；D3区域在经过15次碾压后，其渗透性大小已基本接近0m/d，表明在试验配合比及施工工艺条件下，混凝土能够保证足够的密实度，具有较好的抗渗性能，已经可以满足工程建设的相关规范和要求。
图3 渗透特性分析
3 结论
在施工期平均3℃温度下，选取较小水胶比（0.4）、适当添加早强剂能够使农田水利混凝土工程的压实度、强度即抗渗性能有较大提高，且最佳碾压次数为15次。表明：冬季混凝土工程施工时，应适当降低水胶比，使用早强水泥或者添加早强剂，并注意施工保温棚、模板、浇筑和振捣方式的合理设计使用，方可显著提高工程的施工质量。
参考文献
[1]杨文, 白弋戈. 浅谈北方地区小型农田水利施工存在的问题[J]. 黑龙江科技信息, 2016(31):254-254.
[2]王永存. 寒冷地区碾压混凝土坝几个问题的探讨[J]. 东北水利水电, 1997(4):3-7.
[3]应炉钢. 浅析寒冷地区冬季混凝土施工的质量控制[J]. 四川水泥, 2014(7):91-91.
[4]张朝辉. 极寒冷地区混凝土基础施工总结[J]. 科技资讯, 2011(34):66-66.
作者简介：冉建安，男，（1980.09~），汉族，四川营山县人，工程师，大学本科，工作方向：主要从事水利工程施工管理工作。
论文作者:冉建安
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第6期
论文发表时间:2017/7/31
标签：混凝土论文; 压实论文; 工程论文; 强度论文; 水化论文; 水利工程论文; 次数论文; 《建筑科技》2017年第6期论文;