高温环境下碾压混凝土坝的施工技术

□易善亮（河南省水利水电工程建设质量监测监督站）

□田学成（河南宏大水利工程有限公司）

□刘长垠(河南省水利宣传中心)

20世纪60年代，世界各国开始碾压混凝土的试验研究，70年代开始应用于临时工程和修复工程，1979年我国开始碾压混凝土筑坝技术探索、研究和试验工作，1986年在福建坑口电站建成第一座碾压混凝土坝，1993年建成当时世界第一高的普定坝 (坝高75.0m)，1996年建成当时世界第一的碾压混凝土薄拱坝——溪柄坝(坝高63.5m)，2001年建成当时世界第一高的碾压混凝土双曲薄拱坝——龙首坝(坝高80.0m)，2002年建成的四川沙牌三心重力拱坝坝高达到132.0m，2005年建成的招徕河双曲薄拱坝坝高达到107.0m；世界最高的碾压混凝土重力坝是我国的龙滩大坝，大坝终期高度216.5m。经过30余年的开发和实践，碾压混凝土在大坝工程建设筑坝技术方面，取得了令人瞩目的进展和成就，积累了宝贵的经验，形成了一整套具有我国特点的筑坝技术。

一、碾压混凝土坝的优点及存在的问题

（一）碾压混凝土坝的优点

碾压混凝土筑坝技术具有工艺简单、上坝强度高、工期短、造价低、适应性强等特点，产生了巨大的经济和环境效益，已经成为最有竞争力的坝型之一，在世界大坝建设中得到了大力发展和广泛应用。一是可进行流水化、大面积连续浇筑，提高混凝土的施工强度；二是可利用原有混凝土施工配套系统，提高系统利用率，最大限度地发挥系统的工作能力；三是可最大限度地使用机械，提高机械化程度，减轻劳动强度，减少劳动力，提高施工质量；四是大量使用掺合料，节约水泥，降低成本；五是可缩短工期（1/2～1/3），提高投资收益。

（二）碾压混凝土坝存在的问题

在推广应用碾压混凝土坝技术及发展的道路上，还有不少问题有待深化认识，并需进一步提高建坝质量和降低造价，有些问题尚需研究、改进和提高。

1.高坝温度控制问题

在高坝工程中，如何利用碾压混凝土长龄期(如180d、360d)的抗压强度极限拉伸、热学、弹模等性能，特别是结合高坝体积大，坝体温度下降缓慢，历时达数十年，坝体的后期降温实际上有很微小的应力效应，加以合理利用自重与外荷载、分析计算出更为合理的温度控制标准，是项很值得探讨、谋取共识的问题。

2.碾压混凝土高拱坝提早并缝灌浆问题

由于碾压混凝土大都是全坝面通仓浇筑，在混凝土浇筑过程中即已形成拱体，不像常态混凝土坝柱状分块、冷却降温后并缝成拱，工程建设者多期望早期投产，往往出现拱坝温度场来不及降温到稳定温度状态时即行并缝灌浆、投产载荷，投产后，坝体温度将延续下降。针对这一特点，有必要深入研究拱坝温度场未降温到位即行投产受荷后的应力变化及其效应。

3.中低碾压混凝土坝工程的再优化问题

在中低碾压混凝土坝的设计强度指标，实际已留有相当余地，而在此基础上，配制的混凝土又普遍大幅超强，两者都存在很大潜力。值得设计上考虑调整坝的强度设计标准，并相应采用更为合理的混凝土材料组分和配合比，将会明显改变中低坝温度的理念，进一步提高碾压混凝土坝的广泛适应性。

4.高坝采用后期强度合理利用问题

高碾压混凝土坝实际建设和投产受荷的龄期至少在一年以上。目前多数高坝设计采用90d龄期。大量工程试验成果表明，180d或更长龄期的碾压混凝土，其物理力学性能有很大潜力，这种超潜能不加利用，是很大的浪费。工程设计中已有足够安全裕度，存留这些潜能做高坝的意义不大。资料统计结果显示，180d比90d龄期的碾压混凝土抗压强度极限拉伸和抗拉强度都在1.08∶1～1.10∶1之间。对确定温度控制指标而言至少可获得缓解2～3℃的效应。

5.施工单位的素质问题

工程建设中，大型工程从发标、评标到施工兴建、工程管理大部分较正常。但一些中小型工程，特别是工程资金较紧的工程，有的承建单位片面追求低造价、争项目，进场施工时甚至主要设备不到位，技术人员配备不齐，有的工程仅有1～2个人搞过或见过碾压混凝土工程，施工方案有明显漏洞，队伍素质弱，施工中出现不少质量问题。这种现象令人不安，值得各方警惕，采取强化管理措施以防工程产生不良后果。

二、硬化后碾压混凝土的结构与性能

（一）变形性能

碾压混凝土早期弹性模量较低，坝体实际弹性模量低于常态混凝土的弹性模量，对于坝体的早期抗裂很有利。采用掺用引气剂、改善骨料性能、掺合料等措施，能够降低碾压混凝土的弹性模量和减少碾压混凝土中的裂缝。碾压混凝土的极限拉伸值比常态混凝土大，极限拉伸变形与混凝土中胶凝材料所占的比例基本上是线性关系。徐变变形可能超过弹性变形，有的能达到弹性变形的2～4倍，坝体碾压混凝土徐变变形与常态混凝土的徐变变形相比不一定小。由于碾压混凝土中掺加了粉煤灰，所以碾压混凝土的干缩明显小于常态混凝土，而且降低了混凝土自生体积变形的收缩量；通过选择水泥品种、掺用粉煤灰和纤维、提高混凝土粗骨料含量、选择适当的外加剂等方式，能降低混凝土的干缩变形。碾压混凝土的温度变形系数小于常态混凝土。

总之，碾压混凝土的变形性能比常态混凝土更优越，这对提高其抗裂性能、降低坝体混凝土的开裂是很有利的。

（二）耐久性能

水泥用量相同的碾压混凝土比常态混凝土具有更高的抗压强度和更强的抗磨损性能，抗压强度一样的碾压混凝土与常态混凝土的抗冲耐磨性能基本相同，但是由于碾压混凝土难以获得平整光滑的表面，所以无法大量用于水工建筑物的抗冲磨部位。随着碾压混凝土龄期的不断延长，空隙率逐渐下降，空隙构造逐渐完善，抗冻性能逐渐提高，渗透系数逐渐降低，具有“渗透自愈”的特点。碾压混凝土的施工缝面抗渗性能是影响大坝整体抗渗能力的关键，只要认真处理水平施工缝面或连续铺筑，完全能够满足抗渗要求。碾压混凝土的抗碳化能力随粉煤灰掺量而降低；坝体内部的碾压混凝土实际上不存在碳化问题，但是由于坝体外部的碾压混凝土一般没有钢筋（或钢筋保护层足够厚），碳化造成的危害极小。碾压混凝土一般不会发生渗透溶蚀破坏。

（三）热学性能

我国碾压混凝土筑坝技术的特点是低水泥用量、高粉煤灰掺量，胶凝材料的水化热主要受龄期和粉煤灰掺量的影响，其中粉煤灰掺量则起到缩放作用，龄期影响胶凝材料水化热的发展趋势。碾压混凝土早期的绝热温升增长率较大，后期则比较稳定。对于骨料来源相同的碾压混凝土和常态混凝土来说，导热系数十分接近，导热系数随着混凝土容重的增加、温度的提高及混凝土含水率的增大而增大。碾压混凝土的比热与用水量的影响是线性关系，加水量增大则比热增大，与常态混凝土没有明显的差异。

总之，碾压混凝土胶凝材料的水化热、混凝土的绝热温升均比常态混凝土低，导热系数、比热与常态混凝土相当，所以碾压混凝土的热学性能与常态混凝土相比，十分优越，这对提高混凝土的抗裂性能更有利。

三、高温环境对碾压混凝土的影响

（一）高温环境对碾压混凝土层面抗剪强度的影响

气温是影响层面抗剪强度的主要因素，但并不是高温条件中的唯一因素。碾压混凝土浇筑仓面上的相同气温并不产生相同的影响效果。高温环境条件还包括日照、大气相对湿度、风速、蒸发以及降雨等气象因素等特性。龙滩水电站的研究成果表明：碾压混凝土连续施工中，层面抗剪参数随结合层面混凝土的成熟度（层面间隔时间×气温）的增大而减小，随湿度的增加而增加。

（二）高温环境对碾压混凝土连续施工的影响

碾压混凝土连续施工是指不考虑对碾压层面进行处理，各碾压层面不间断地施工，直至完成一个浇筑块的混凝土施工。施工过程中的气温、降雨、相当湿度、风速及太阳辐射等环境条件对施工质量有着重要的影响。

太阳辐射是影响混凝土连续浇筑施工质量的一个重要因素。气温的高低与太阳辐射的大小密切相关。在炎炎烈日下，混凝土拌和物会因吸收太阳辐射热而温度回升，使混凝土表面的水分蒸发加快。

大气相对湿度也是影响碾压混凝土连续施工质量的一个重要的环境因素。浇筑仓面上大气相对湿度小，将使得摊铺后碾压混凝土中的水分蒸发加快，从而使碾压混凝土特别是表层混凝土失水。夏季施工中，这种影响将变得更加突出。

风速也将加快混凝土表面的水分蒸发，使得表层混凝土因失水而引起含水量较小，从而也会使混凝土初凝时间缩短、VC值增大、振动碾难以压实。

碾压混凝土连续施工的施工质量同时受到以上各种环境因素的综合影响，各因素之间是相互连系、相互影响的。气温高是强烈日晒的结果；风速大往往使得混凝土仓面大气湿度减小，混凝土拌和物表面水分蒸发加快；当仓面湿度较大时，刮风首先使空气中的水分发生迁移，由于湿度大，则难以对碾压混凝土表面产生大的影响，相反，当仓面湿度较小时，刮风会使碾压混凝土表面蒸发加快，加剧水分散失，使碾压混凝土表面变干发白。

在高温环境下，判断碾压混凝土是否可以继续施工，其标准是看碾压混凝土的仓面间隔时间是否控制在允许间隔时间内。

四、高温环境下碾压混凝土施工控制措施

（一）配合比及原材料的选择

1.胶凝材料

选用低热或中热水泥，或在混凝土中掺加适量的粉煤灰，以降低水泥用量，从而可降低水化热，保障混凝土的后期强度。

总之,解决电解问题过程中,基于证据推理是突破认识误区的一种有效方法,其基本的步骤为“提取题给信息→转换成证据→根据证据等建立逻辑关系→推理判断→获得解决”。

2.骨料

在满足设计要求的前提下，应根据就地取材原则选用级配良好、含杂质少的骨料。骨料在混凝土材料中占比例最大，所以骨料温度对混凝土温度的影响很大，施工时应对骨料采取覆盖遮阳、堆高、洒水降温、风冷等措施，以降低骨料的温度。

3.水

在混凝土材料中，水的比热是最大的。采用深井水、地下水、冰水等低热水是降低混凝土拌和物温度的十分有效的办法。

4.外加剂

掺入缓凝性减水剂，可以降低水泥用量和单位用水量，改善混凝土的和易性，减少水化热的影响，同时还可以减缓浇筑速度，有利于散热。

（二）碾压混凝土拌和、运输系统的控制措施

所有输送骨料的皮带机和成品料仓中骨料应全部加盖遮阳板，避免太阳光直接照射；为了确保料仓内的预冷骨料不受冷量损失，应在拌和楼料仓内四周全部安装保温材料；混凝土系统设制冷厂，利用制冷设备制造冷水拌和混凝土；保证骨料的脱水时间，减少骨料中的含水量，增加低温水的用量。

用于运输的车辆，应提前进行洒水降温，并全部架设活动遮盖及贴保温板，同时对道路加强维修和养护，提高车辆的行驶速度，减少混凝土在车上的滞留时间，防止混凝土运输过程中的温度倒灌和回升。

（三）混凝土浇筑过程的控制措施

浇筑前应将与混凝土接触的模板、钢筋等处充分浇水湿润降温，必要时采用遮阳挡风简易装置；接触混凝土的机械尽可能避免日照，必要时进行洒水冷却降温；合理分层或分块浇筑，以便加快热量散发；缩短混凝土的入仓时间，保证混凝土层间结合的质量；动态控制出机口中VC值，以碾压混凝土碾压时VC值控制在4～6S为宜；边摊铺，边碾压，为了防止热气倒灌，应随时对碾压完毕的混凝土进行保温覆盖；尽量利用夜间或低温时段进行施工。

（四）混凝土仓面的控制措施

1.喷雾

采用可移动式喷枪进行喷雾，以改变仓内小环境，降低仓内气温，增加仓内湿度，防止已经入仓的混凝土温度倒灌和VC值损失。

2.冷却水管

为了控制大坝内部的最高温度，应按照不干扰施工的原则合理布置冷却水管，严格控制通水时间和温度，确保坝体均匀降温及温度降到最高允许温度以下。

（五）混凝土的养护措施

在炎热天气下，混凝土的养护工作极为关键。碾压混凝土施工完后，及时覆盖保温被，终凝后采用喷水或洒水养护，禁止忽湿忽干，确保养护连续，低温时段内应及时掀开保温被进行散热。

五、结语

在高温环境下进行碾压混凝土施工过程中，应根据碾压混凝土的自身特点，合理选择配合比参数及原材料，并进行优化，这样可以从根本上解决克服碾压混凝土的缺点，同时针对碾压混凝土拌和、运输系统、混凝土浇筑过程、混凝土仓面等不同施工时段及施工部位采用不同的综合措施，可以确保碾压混凝土在高温环境下的施工质量。