水利工程中的混凝土试验检测工作要点分析

王界元

(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司,乌鲁木齐 830000)

随着我国基础设施建设的不断推进,水利工程等建设项目得到了快速地发展,为我国经济发展和社会管理提供了诸多帮助,但工程质量问题也不时敲打着人们的神经。根据水利部的通报,2022年2～3月间某自治区的两处水利工程在管沟开挖过程中发生坍塌事故,造成多人死亡,教训十分深刻。因此,必须要时刻绷紧安全弦,在推进工程建设项目的同时牢牢抓好试验检测工作,加强对混凝土的质量控制,才能够更好地保障水利工程的整体质量。

1 水利工程混凝土试验检测的基本要领

在水利工程施工建设过程中,同步对混凝土进行试验检测,是加强工程建设质量管控的重要举措,同时也是有效避免重复施工、返工的关键。通常情况下,水利工程的施工规模都比较大,需要投放的原材料数量和种类也非常多,往往需要投入大量的施工机械和人力物力,一旦工程质量不过关,就可能会在机械的重压或者地质的变化下发生坍塌事故,进而造成重大的人员伤亡和财产损失。

因此,施工单位在混凝土施工环节,有必要从抗压、抗冻、抗渗等方面,对混凝土的原材料、配比、搅拌、浇筑等环节加以监控。一般情况下,混凝土试验检测工作的技术包括强度检测、韧度检测、材料抽样等,在防渗过程中还可以采取开挖检测或者超声检测等方式。

2 水利工程混凝土试验检测的技术要领

2.1 抗压性试验检测技术

在水利工程建设过程中,混凝土作为工程建筑的主要材料,其抗压性直接决定了水利工程的整体质量,尤其是在大量水流快速冲击的情况下,混凝土建筑能否承受住压力,关系到水利工程的稳定与安全。此外,在一些大坝的建筑工程中,混凝土所构筑的坝基还需要承担着巨大的自重,以及内外水位差所带来的常态化压强形成的水平压力。因此,水利工程建筑中的混凝土抗压系数是必须进行试验检测的项目。

在具体的工程实践中,混凝土抗压性试验检测主要有三种方法。其中应用的最为广泛的是回弹法,通过对混凝土表层的弹性进行抗压性换算,可以快速、简单地检测出混凝土材料的抗压性能,其优点在于操作简单、运用成熟,但缺点也十分明显,就是精准度不高,特别是部分混凝土的表层材料和内部材料的抗压性差距较大,容易影响最终的测算结果,一般都需要对测算出的回弹值进行碳化修正或者强度曲线等,对初步检测的结果进行优化。精确度最高的检测方法当属钻芯法,通过对施工完成后的混凝土进行钻芯取样,对样本进行专业化的抗压强度检测,可以非常精准地检测出混凝土的抗压系数。当然,这种方法不能对施工前的混凝土进行检测,而必须要对水利工程建筑已完工部分的混凝土进行取样,因而不可避免地会对混凝土结构造成一定的损坏,在取样时必须要精准选取位置,确保取样的合理性和损坏的最低限。

此外,立方体抗压强度试验法也是一种较为常见的抗压试验检测方法,通过将混凝土拌和制作成立方体试件,在标准条件下进行养护后检测其抗压强度,可以相对精准地得出混凝土建筑的抗压性能,同时也不至于损坏水利工程建筑的现有结构,兼具回弹法和钻芯法的优点,回避了二者的不足,但其也存在着一定的缺陷,即标准条件下的混凝土立方体试件,并不完全等同于实际工程中的混凝土材料情况,因而测量的精准度要低于钻芯法。

2.2 抗冻性试验检测技术

水利工程的质量在很大程度上受到所处环境尤其是气候环境的影响,尤其是在高寒地区,混凝土的抗冻性对于工程建筑的质量与安全发挥着至关重要的作用。例如笔者在新疆地区,许多地方气温年变化非常大,日夜之间有着极大的温差,特别是在冬季更是寒冷干燥,极其对水利工程的混凝土结构造成开裂等损坏。因此,混凝土抗冻性试验必须要根据施工现场的气候变化情况,进行相应的试验检测。一般情况下,混凝土的抗冻试验都是采取冻融试验的方式,在使用前一个月对相关材料进行养护,取出后检查试件的完整性,确保没有出现任何损伤。然后根据当地的气温情况放在凉水中进行浸泡,之后再进行冷冻试验。通过对试件进行冷冻、融化、再冷冻,最大程度地试验试件的抗冻尤其是抵抗温差变化的能力。

针对水利工程中所使用的混凝土进行抗冻性试验检测,必须遵循国家相关规定。根据《水工混凝土试验规程》(SL/T 352-2020)》的要求,依次循环周期要控制在2～4h内,其中降温历时1～2.5h,升温历时1～2h,并且,升温结束后试件中心温度控制在(5±2)℃,降温结束后试件中心温度控制在(-18±2)℃,试件中心和表面的温度差要<28℃。针对新疆地区特别是荒漠地区昼夜温差大的情况,一般需要对混凝土试件进行三次以上的冻融,才能够更加精准地检测出混凝土的抗冻性能。

2.3 抗渗性试验检测技术

混凝土的抗渗性试验检测,是水利工程质量检测的重要内容。由于混凝土结构长期需要处于水流的冲击或者压强下,渗漏不仅会造成大量水资源的流失,更有可能从渗透处逐渐扩大损伤范围,最终导致“千里之堤,毁于蚁穴”的问题。抗渗性试验检测的关键,在于提前从养护区域取出试件,在检测前晾干试件的表面,并在侧面涂刷密封材料,避免试件与外部环境尤其是水分的接触。试验检测开始时,需要将试件放置于抗渗仪中,将水压调整到0.1MPa,并随着时间的推移而逐步增大水压。通过观察试验过程中的渗水现象,检测试件的渗水性能。通常情况下,混凝土抗渗性试验检测需要同时放置6个以上的试件,如果其中半数的试件出现了渗水现象,那么就可以记录下当时的水压数据,进行该混凝土试件的抗渗系数计算。

3 水利工程混凝土质量管控的具体措施

3.1 原材料质量管控要点及措施

水利工程中的混凝土试验检测工作,原材料的质量是根基,如果原材料质量不过关,那么抗压、抗冻、抗渗等性能也很难得到保障,甚至可能制造出“豆腐渣”工程。因此,施工单位在进行施工建设前,必须要严格把控好混凝土原材料的质量,从采购环节开始就按照相关法律法规和行业标准,并结合施工当地的具体地理、气候、土质等环境情况,选择品种、标号等最为优质且适合的混凝土建材。在施工现场,施工单位要划分出专门的原材料堆放区域,确保原材料周边环境的清洁与干燥,避免在建筑施工前就破坏了原材料的材质。在不同材料尤其是骨料进行选取和存放时,需要根据原材料的不同性能和化学性质进行分开存放与管理,切不可混乱无序地随意推放,确保在后续搅拌时能够更加精准地进行配合比。在对混凝土原材料进行回弹性抗压检测,以及抗冻、抗渗检测时,必须要坚持随机采样的原则,不能有选择性地指定样本,从而保证质量检测的科学性与真实性。

当然,随机抽样并不意味着没有标准、没有尺度、没有规划地随意抽样,而是要在确保样本不特定性的基础上,根据水利工程不同部位、不同区域的性能要求,对作用于不同结构的混凝土原材料均要进行采样,并且根据相应的结构标准和安全要求进行相应的测试。如长年位于水下的坝基部分,混凝土的抗压、抗渗要求相对较高,而长年位于水上的结构部门,由于其长期接触外部气温,抗冻性的要求就更加严格。

3.2 配合比质量管控要点及措施

混凝土的质量管控,除了原材料自身的性能外,配合比的调制是否科学、合理,在很大程度上影响着混凝土的整体质量以及搅拌、浇筑的质量,因而必须要严格按照相关的工序,遵循规划设计阶段已经明确的配合比进行原材料配制,确保原材料的各项属性得到最大程度地优化。例如,对于不同骨料中的微型颗粒,需要严格管控好其含量和占比,保证其具有一定的透气性的同时,不能影响到混凝土结构的抗压、抗渗等核心性能。

此外,对混凝土进行配合比操作时,必须要严格控制好材料的含水量,既要保证原材料得到充分地混合,同时也要避免水含量过高导致结构稀松。例如,在对混凝土进行配合比设计时,必须要严格按照项目方预先制定的配合比方案,对混凝土水泥、砂石骨料、拌和用水以及粉煤灰等原材料进行称重。特别是在新疆地区,由于大量的水流来源于雪山融化,混凝土的配合比中必须要适当添加增强抗冻融、抗冲击性能的骨料或者添加剂,从而更好地迎合高山融雪后的大量水流冲击以及高寒环境下的冻融风险。

3.3 搅拌质量管控要点及措施

在水利工程建设环节,随着机械化的深入发展,搅拌的工序往往都由拌合站中的各种机械自动完成,特别是在大型工程现场更是需要建设自动拌合站,通过中心控制系统进行全面控制,从而精准地把控混凝土的拌和质量。通常情况下,在搅拌环节并不需要过多地进行试验检测,施工单位需要严格按照行业规范进行操作,即可以完成混凝土搅拌的各项工作。

当然,自动化、智能化并不能够完全取代人工,不能将搅拌工作放任机械自行处理。在施工前,施工单位和施工人员应当对自动拌合站的各项机械设备进行逐件检测,对计量和设计环节进行检查,一旦发现因长久失修或者使用过度出现偏差,必须立即进行校正并再次试验检测,确保在搅拌实施过程中不出现差错。尤其是对于拌合设备,应当根据拌和配合比准备少量的物料,通过称重和投放等对成品进行试验,从而检测称重系统和投料设备,确保正式施工时不至于出现失误或者差错。

3.4 浇筑质量管控要点及措施

浇筑是水利工程混凝土施工的最后环节,也是决定了混凝土结构最终质量的关键环节。在施工过程中,需要根据工程项目的不同模块和实际情况,进行分块、分仓浇筑,从而确保每一道工序都能够有序进行。其中,在振捣施工过程中,施工单位应当适量地对颗粒偏大的骨料进行分散处理,避免大体积骨料的集中影响结构的整体质量。此外,在混凝土仍然能够产生气泡,或者出现下沉等问题时,要坚持继续进行振捣,不能放任小问题、小毛病的存在,直到不发生上述问题后才能够结束相关工序,这样才能够最大程度地保证混凝土结构的紧凑度和密实性。需要进行钻芯法试验检测的工程项目,施工单位应当在浇筑的同时预设好检测的部分,尽可能降低试验检测所带来的负面影响。

4 结 语

综上所述,水利工程是国家基础设施建设和民生设施建设的重要组成部分,不仅关系到国家和地方经济的快速发展,更加影响了当地以及周边地区居民的生活质量和生命财产安全,质量安全是不容忽视的重要内容。作为水利工程中极为重要的施工材料,混凝土的试验检测工作不仅关系到施工材质的质量,也直接影响到施工项目的整体安全。因此,施工单位必须要严格按照水利工程施工的规范和要求,严格把控好混凝土的质量关,加强施工过程中的混凝土试验检测,从而保障水利工程建设的整体质量与安全。