水工混凝土姓名:陈林海学号:131601206指导老师:张鸣[摘要]文章对水工混凝土作出了详尽和全面的阐述，从概念入手，对其发展历史，原材料，配合比设计方法，技术性能，常见问题与解决方法等方面着重介绍，加深大家对水工混凝土的认识和理解。

[关键词]水工混凝土发展历史原材料配合比设计方法技术性能常见问题与解决方法[引言]水工混凝土是指经常性或周期性地受水作用的建筑物（或建筑物的一部分）所用的并能保证建筑物在上述条件下长期正常使用的混凝土。

常用于水上、水下和水位变动区等部位。

因其用途不同,技术要求也不同:常与环境水相接触时，一般要求具有较好的抗渗性；在寒冷地区、特别是在水位变动区应用时，要求具有较高的抗冻性；与侵蚀性的水相接触时，要求具有良好的耐蚀性；在大体积构筑物中应用时，为防止温度裂缝的出现，要求具有抵热性和低收缩性；在受高速水流冲刷的部位使用时，要求具有抗冲刷、耐磨及抗气蚀性等。

长期的施工实践证明，在水工混凝土中掺入具有减水、缓凝及增加耐久性的外加剂，如木质素磺酸盐减水剂、糖蜜塑化剂、松香皂引气剂（在有抗冻性要求的地区或部位必须掺入），以及掺入适量的优质掺合料，如粉煤灰等，对改善混凝土拌合物的和易性及提高耐久性都具有明显效果。

本文将从水工混凝土的发展历史、原材料、配合比设计方法、技术性能、常见问题与解决方法这五个方面来分析这种建筑材料。

[正文]一．水工混凝土的发展历史20 世纪30 年代，美国着手建设坝高211m 的胡佛坝，对水工混凝土进行全面研究，形成了一套完整的水工混凝土材料配制体系和柱状法坝体浇筑技术，实现了创世纪的技术创新。

自1936 年胡佛坝建成半个多世纪，水工混凝土技术又有了很大发展，其中主要有: ①在水工混凝土中掺入掺和料、引气剂和减水剂; ②提高混凝土的耐久性; ③采用更有效的温控措施; ④采用不分纵缝的通仓浇筑法;⑤发展强力高频振动设备。

至20 世纪70 年代，国际上提出了混凝土坝快速施工的讨论，一改过去坝体惯用的柱状法浇筑技术，将土石坝施工大型机械水平摊铺和碾压技术引入混凝土坝施工，而形成碾压混凝土筑坝技术，将混凝土坝建设工期缩短一半，而造价减少1 /4 ～1 /5。

水工混凝土作为混凝土的一种，在最近几十年内得到很大的发展。

混凝土结构是在19世纪中期开始得到应用的，由于当时水泥和混凝土的质量都很差，同时设计计算理论尚未建立，所以发展比较缓慢。

直到19世纪末以后，随着生产的发展，以及试验工作的开展、计算理论的研究、材料及施工技术的改进，这一技术才得到了较快的发展。

目前已成为现代工程建设中应用最广泛的建筑材料之一。

在19世纪末20世纪初，我国也开始有了钢筋混凝土建筑物，如上海市的外滩、广州市的沙面等，但工程规模很小，建筑数量也很少。

解放以后，我国在落后的国民经济基础上进行了大规模的社会主义建设。

随着工程建设的发展及国家进一步的改革开放，混凝土结构在我国各项工程建设中得到迅速的发展和广泛的应用。

混凝土结构在水利工程、桥隧工程、地下结构工程中的应用也极为广泛。

用钢筋混凝土建造的水闸、水电站、船坞和码头在我国已是星罗棋布。

如黄河上的刘家峡、龙羊峡及小浪底水电站，长江上的葛州坝水利枢纽工程及正在建设的三峡工程等。

而水工混凝土则在这些水利工程中起到了至关重要的作用。

从几十年的发展过程和今后的发展趋势来看,国外水工混凝土的中心研究课题是:在保证或改善质量的前提下,采取各种有效措施,合理地降低水泥用量,减少发热量,降低最高温升,提高抗裂性和耐久性,革新施工方法和设备,加快施工进度,降低工程造价,以便安全、经济、快速地进行水工建设。

长期以来,温度裂缝一直威胁着大体积混凝土的整体性和安全性,是混凝土快速连续施工的障碍,也是降低混凝土造价、缩短工期的最大障碍。

为了解决这一问题,许多国家从各个方面进行了大量的工作,大致可以归纳为两方面的问题:一是从组成混凝土材料方面研究解决,二是改革施工工艺。

二．水工混凝土的原材料近代科学技术的进步使筑坝技术对混凝土工程有新的更高的要求, 如水工混凝土应满足抗压、抗拉、抗渗、抗冻、抗裂、抗冲耐磨和抗侵蚀等要求。

《规范》中要求采用新技术、新工艺、新材料和新设备。

很多方面要通过原材料的选用和控制来达到设计要求。

2.1 水泥水泥是水利水电工程混凝土结构的主要建筑材料。

水工建筑物在不同的环境下对水泥的品种质量有不同的要求。

众所周知，硅酸盐水泥熟料含有四种主要矿物，它们所占成分比例不同将影响水泥的性能，致水泥水化速度、水化热、强度都不相同。

水工建筑物大体积混凝土使用的水泥熟料中铝酸三钙（C3A）含量过高，混凝土的抗磨性差、干缩率大、水化热高、脆性大，所以水工建筑物的施工还要控制水泥熟料中的铝酸三钙（C3A）含量。

降低混凝土水化热、收缩率，减少水泥熟料中铝酸三钙（C3A）含量，可提高混凝土的抗裂和抗耐磨性能。

对于不同要求的水工建筑物，水工混凝土中所用水泥要求不同，如大体积混凝土常用中低热硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等；环境水对混凝土有侵蚀时，应根据侵蚀类型及程度采用高抗硫酸盐水泥、中抗硫酸盐水泥、硅酸盐水泥掺30%以上的Ⅰ或Ⅱ粉煤灰。

水泥细度对水泥的水化速度、水泥的需水量、放热速度以及强度都有较大影响，水泥颗粒愈细，水化反映越快而且充分，水泥早期强度也越高，但是水泥颗粒越细，其发热量也越大，而且放热速度快，体积收缩率大。

目前我国大多数水泥磨的比较细、早期强度高、水化热大、混凝土的自收缩和干燥收缩大，水泥中的粗颗粒减少，就会减少稳定体积的未水化颗粒，因而影响到混凝土的长期性能。

水泥细度还会影响混凝土的抗冻性、抗裂性，水泥细度对水工建筑物大体积混凝土施工质量的影响更为明显。

2.2 掺和料掺和料在水工混凝土中广泛使用，包括粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉、磷渣粉、火山灰等活性掺和料及石灰石粉、凝灰岩粉等非活性掺和料。

粉煤灰是水工混凝土最常用的掺和料。

众多大型水利水电工程同时建设，优质粉煤灰供不应求。

某巨型水电站的粉煤灰供应厂家多达11个，另一巨型水电站曾在同一个浇筑仓面上使用2个厂家的粉煤灰。

某巨型水电站使用两种不同厂家的I级灰时，达到同样的含气量所需的引气剂掺量相差一倍。

在中小型水利水电工程中，用准I级灰或II 级灰的情况比较普遍。

这对混凝土的用水量、坍落度及其损失、含气量都带来明显影响。

2.3 砂石骨料水利水电工程由于混凝土方量大、浇筑强度高，砂石骨料必须就地取材；出于经济和环保考虑，很多时候需要使用坝基和洞室的开挖料。

这导致不同工程所用骨料母岩不断出现新品种，不同母岩或者不同开采部位的同一母岩的岩性变化范围很大，这给施工质量控制带来难度。

多个工程在施工过程中出现骨料加工能力不足的情况，只好天然骨料和人工骨料混合使用，或交替使用，或不同人工骨料交替使用，也带来混凝土质量控制问题。

部分工程采用皮带机长距离运输人工骨料。

这减少了骨料运输过程中由于转运、跌落所产生的逊径量，但尚未解决运输过程中的温度回升（比汽车运输的运输时间长、温度回升高）、防雨（造成含水率波动）、生产和到下料仓环节造成含粉量（俗称裹粉）增多。

骨料分为粗细两种:对于粗骨料，石料的质量对混凝土性能的影响主要有以下几个方面：①颗粒级配：碎石的级配对于混凝土的和易性、强度、抗渗性、抗冻性以及经济性等都有一定的影响。

级配良好的碎石，可以配出水泥用量较低的混凝土。

碎石粒径越大需要湿润的比表面积越小，大体积混凝土应尽量采用较大粒径的石子，可以降低砂率、混凝土用水量与水泥用量，提高混凝土强度，减少混凝土升温及干缩裂缝。

②含泥量及泥块含量：泥在混凝土中其比表面积大、吸水性大、体积不稳定，吸水湿润时膨胀，干燥时收缩；黏土含量多对混凝土强度、干缩、徐变、抗渗、抗冻融及抗磨损等均产生不良影响。

③碎石强度和压碎值：石子的强度和压碎值指标直接影响混凝土的强度和变形性能，对高强度混凝土的影响更为明显。

对于细骨料，水工混凝土常用的细骨料有天然砂（河砂、山砂等)、人工砂及混合料（人工砂与天然砂混合而成）等三种。

砂料的品质对水工混凝土性能的影响主要有以下几个方面：①颗粒级配：砂的颗粒级配合理与否直接影响到混凝土拌合物的稠度。

合理的砂粒级配，可以减少拌合物的用水量，得到流动性、均匀性及密实性较好的混凝土，同时可以降低水泥用量。

②细度模数：砂的细度模数是衡量砂子粗细程度的重要参数，人工砂的细度模数为2.4-2.8，天然砂的细度模数为2.2－3.0，用此模数砂子拌制的混凝土和易性、均匀性较好，强度也较高。

③含泥量及泥块含量：砂中的含泥若包裹在砂表面，不利于砂与水泥的黏结，将会影响混凝土强度及耐久性，若含的泥是以松散颗粒存在，由于其颗粒细与表面积大，会增加混凝土的用水量，特别是黏土的体积不稳定，干燥时收缩、潮湿时膨胀，对混凝土有干湿体积变化效应的破坏作用。

2.4 外加剂在拌制混凝土时掺入少量外加剂，以改善混凝土的性能。

水工混凝土掺入引气、减水功能的外加剂有改善混凝土拌合物性能，提高混凝土的流动性，改善和易性，降低耗能和改善劳动条件的作用。

水工混凝土掺入各种减水剂，在维持拌合物和易性与胶凝材料不变的条件下，可降低用水量，减少水灰比，提高混凝土强度。

掺入引气剂还可以提高混凝土抗冻性能，水工混凝土中，由于游离水的蒸发和温度变化，形成不均匀的温度场，产生温度应力而引起混凝土收缩，导致其体积不稳定。

混凝土中掺入膨胀剂可以提高混凝土的体积稳定性，有效补偿收缩变形。

三．水工混凝土配合比设计方法1．基本原则①水工混凝土配合比设计，应满足设计与施工要求，确保混凝土工程质量且经济合理。

②进行混凝土配合比设计时，应收集相关工程设计资料，明确设计要求：1.混凝土强度等级及强度保证率。

2.混凝土的抗渗、抗冻等级和其他性能指标。

3.混凝土的工作性。

4.骨料的最大粒径。

③进行混凝土配合比设计时，应收集有关原材料的资料，并按有关标准对水泥、掺合料、外加剂、砂石骨料、拌和水等性能进行检验，并符合标准要求。

2．混凝土配合比的计算①计算配置强度：f cu,0=fcu,k+tσ式中： fcu,0——混凝土配制强度（MPa）；fcu,k——混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值（MPa）；t——保证率系数，σ——混凝土强度标准差（MPa）。

保证率和保证率系数的关系保证率P(%) 70.0 75.0 80.0 84.1 85.0 90.0 95.0 97.7 99.9保证率系数t 0.525 0.675 0.840 1.0 1.040 1.280 1.645 2.0 3.0混凝土抗压强度标准差σ，宜按同品种混凝土抗压强度统计资料确定，当无近期同品种混凝土抗压强度统计资料时，σ值可按下表取用。

设计抗压强度（MPa）≤15 20～25 30～35 40～45 50标准差σ 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 ②选定水胶比根据混凝土配置强度计算水胶比：W/(C+P)= A×fce / (fcu,0+ A×B×fce)式中：A 、B——回归系数；A=0.46、B=0.07fcu,0——混凝土配制强度(MPa)。