水工混凝土的定義 為了達(dá)到防洪、灌溉、發(fā)電、供水、航運(yùn)等目的，通常需要修建不同類型的建筑物，用來(lái)?yè)跛?、泄洪、輸水、排沙等。這些建筑物稱為水工建筑物。這些建筑物所用的混凝土，稱為水工混凝土。 水工建筑物一般體積較大，相應(yīng)的混凝土塊體尺寸也較大，通常稱為水工大體積混凝土。由于使用條件比較嚴(yán)酷，因此需按照工程的使用條件和設(shè)計(jì)要求，注意混凝土的原材料選擇和配合比設(shè)計(jì)，使其具有較好的物理力學(xué)性能和耐久性能。 水工混凝土的分類 水工混凝土一般可分為以下幾種：經(jīng)常處于水中的水下構(gòu)筑物；處于水位變化區(qū)的構(gòu)筑物；偶然承受水沖刷的水上構(gòu)筑物。除此之外，還區(qū)分為大體積混凝土及非大體積混凝土；有壓頭及無(wú)壓頭結(jié)構(gòu)等。水工混凝土的分類方法見表1。 表1 水工混凝土分類 分類原則 水工混凝土名稱 按水工混凝土與水位的關(guān)系 1.經(jīng)常處于水中的水下混凝土 2.水位變動(dòng)區(qū)域的混凝土 3.水位變動(dòng)區(qū)域以上的水上混凝土 按建筑物建成結(jié)構(gòu)的體積大小 1.大體積混凝土(外部或內(nèi)部) 2.非大體積混凝土 接受水壓的情況 1.受水壓力作用的結(jié)構(gòu)或建筑物的混凝土 2.不受水壓力作用的結(jié)構(gòu)或建筑物的混凝土 接受水流沖刷的情況 1.受沖刷部分的混凝土 2.不受沖刷部分的混凝土 按大體積建筑物的位置 1.外部區(qū)域的混凝土 2.內(nèi)部區(qū)域的混凝土水工混凝土的首要核心問(wèn)題 水利水電工程中所謂大體積混凝土，是指混凝土澆筑體積很大，以至需要考慮并采取措施，解決混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中由于水泥水化熱在塊體內(nèi)產(chǎn)生的溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)變與應(yīng)力，使之不發(fā)生裂縫。 裂縫控制是大體積水工混凝土的首要核心問(wèn)題。混凝土隨著溫度的變化而產(chǎn)生膨脹或收縮變形，這種變形稱為溫度變形。對(duì)于大體積混凝土，裂縫主要是由溫度變形引起的，因此，如何減少溫度變形是一個(gè)重要問(wèn)題。這是因?yàn)榛炷翝仓?，由于水泥在水化凝結(jié)過(guò)程中，要產(chǎn)生大量的水化熱，因而使混凝土溫度升高，體積膨脹。待達(dá)到溫度以后，隨著熱量向外部介質(zhì)的散發(fā)，溫度將由溫度降至一個(gè)穩(wěn)定溫度或準(zhǔn)穩(wěn)定溫度，并產(chǎn)生一個(gè)溫差。如果澆筑溫度大于穩(wěn)定溫度(或準(zhǔn)穩(wěn)定溫度)，這個(gè)溫差就更大，這時(shí)，混凝土因?yàn)榻禍兀瑢a(chǎn)生體積收縮，混凝土的收縮，由于受到基巖約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，就將出現(xiàn)基礎(chǔ)貫穿裂縫。在脫離基巖約束部位，如果混凝土的溫度與外部介質(zhì)的溫差過(guò)大，形成溫度梯度，內(nèi)部熱的混凝土約束外部冷的混凝土的收縮，亦即內(nèi)部溫度場(chǎng)呈非線性分布，也可能出現(xiàn)深層裂縫或表面裂縫。最可能和最危險(xiǎn)的情況，是早期的表面裂縫形成弱點(diǎn)，在繼續(xù)降溫的過(guò)程中，最容易出現(xiàn)具有破壞性的裂縫。 混凝土澆筑塊由水泥水化熱引起溫度變化與應(yīng)力，與所澆塊體的尺寸大小有關(guān)。對(duì)小體積混凝土而言，例如斷面尺寸或厚度小于數(shù)10cm的混凝土構(gòu)件，由于混凝土水泥水化熱散失快，塊體內(nèi)部溫度基本沒(méi)有變化，或變化很小，與初始溫度始終保持一致，不構(gòu)成明顯的溫度變化，因此水泥水化熱基本不產(chǎn)生溫差及溫度應(yīng)力。當(dāng)塊體尺寸很大，例如斷面尺寸或厚度大于數(shù)米以上的混凝土構(gòu)件，由于混凝土的水泥水化熱不能很快散失，而使內(nèi)部溫度升高，有時(shí)水泥水化熱溫升可達(dá)15℃～30℃或更高，以后在環(huán)境溫度影響下逐漸下降，塊體內(nèi)溫度隨時(shí)間不斷變化，熱脹冷縮的變化過(guò)程，將在塊體約束條件下產(chǎn)生溫度應(yīng)力。 在實(shí)際工程中，由于混凝土必須澆筑在基巖或者老混凝土上，它們的初始溫度條件不僅不同，而且物理力學(xué)性能也有差別?；炷恋臏囟茸冃?，在基巖面上要受基巖約束，因而會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在混凝土內(nèi)部，由于澆筑的時(shí)間不同，散熱條件和水泥用量不同等原因，混凝土內(nèi)將出現(xiàn)非線性溫度場(chǎng)分布，出現(xiàn)變形不一致的現(xiàn)象，因而在混凝土內(nèi)部，也會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在基巖(或老混凝土)附近，基巖(或老混凝土)的約束影響大，溫度應(yīng)力主要受基巖的約束條件控制；在脫離基巖約束的部位，主要受混凝土非線性溫度場(chǎng)的約束條件控制，澆筑層面的表面裂縫，主要由水平方向的非線性溫度場(chǎng)所決定。垂直方向的裂縫，在脫離基巖約束區(qū)以后，主要由垂直方向的非線性溫度場(chǎng)所造成，并與壩塊澆筑的長(zhǎng)間歇期有關(guān)。因此，減小約束條件，降低混凝土發(fā)熱量，是減小溫度應(yīng)力、防止或減小嚴(yán)重危害性裂縫發(fā)生和發(fā)展的主要措施。 水工混凝土裂縫產(chǎn)生的原因 由于混凝土本身以及混凝土與周圍環(huán)境相互作用的復(fù)雜性，混凝土裂縫的產(chǎn)生一般不是由單一的因素造成的，它的形成往往是由多種因素共同作用的結(jié)果，不能簡(jiǎn)單地將混凝土裂縫出現(xiàn)的原因歸結(jié)為材料選用不當(dāng)或環(huán)境太惡劣。正確的觀點(diǎn)是：從混凝土的性能、結(jié)構(gòu)型式及所處的環(huán)境等方面系統(tǒng)考察各種可能使混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，經(jīng)過(guò)周密分析從中找出使混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因，并采取相應(yīng)的措施防止混凝土裂縫。 從結(jié)構(gòu)角度看，混凝土的收縮變形受到約束，其拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)開裂。隨著水泥與混凝土的生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的發(fā)展，溫度收縮和自身收縮日益成為引起混凝土開裂的主要收縮現(xiàn)象。同時(shí)，由于混凝土早期強(qiáng)度、彈性模量、徐變松弛等參數(shù)隨之變化，造成開裂趨勢(shì)明顯加大。 從材料角度看，引起混凝土產(chǎn)生裂縫的因素主要有： (1)化學(xué)減縮。水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生化學(xué)減縮，內(nèi)部毛細(xì)管所形成的毛細(xì)管張力將導(dǎo)致混凝土裂縫。 (2)不均勻膨脹。水泥中的游離CaO、過(guò)燒的MgO水化反應(yīng)緩慢，在混凝土硬化之后才水化，引起混凝土產(chǎn)生不均勻體積膨脹，導(dǎo)致混凝土裂縫。 (3)混凝土中的堿一骨料反應(yīng)。水泥中的堿與某些活性骨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土的不均勻膨脹，導(dǎo)致開裂破壞。 (4)化學(xué)外加劑。某些種類的化學(xué)外加劑能使混凝土的收縮值增大；含大量鈉鹽、鉀鹽的外加劑使混凝土產(chǎn)生堿一骨料破壞的可能性增大；含氯的外加劑可使鋼筋產(chǎn)生銹蝕而導(dǎo)致混凝土開裂。 (5)摻合料。摻合料對(duì)混凝土耐久性的提高有很大幫助，但盲目地大量使用摻和料也會(huì)造成混凝土開裂。如大摻量粉煤灰會(huì)使混凝土的早期強(qiáng)度下降，在養(yǎng)護(hù)不好時(shí)，混凝土容易在早期出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。一些超細(xì)的摻合料(如硅粉)在低水灰比下使用時(shí)，會(huì)造成混凝土產(chǎn)生較大的自縮，使混凝土在早期就出現(xiàn)裂縫。 (6)混凝土配合比設(shè)計(jì)。配合比對(duì)混凝土的性能影響很大，由于配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)可引起混凝土開裂。 (7)混凝土的不均勻性?；炷恋牟痪鶆蛐员厝粚?dǎo)致混凝土中薄弱環(huán)節(jié)的出現(xiàn)，在外力或內(nèi)應(yīng)力的作用下，在這些薄弱環(huán)節(jié)將出現(xiàn)裂縫。如混凝土在塑性階段的沉降裂縫，有些就是由于混凝土的均勻性受到破壞而引起的。 (8)混凝土的密實(shí)性。如果混凝土的密實(shí)性很差，外界侵蝕性物質(zhì)入侵的速度將很快，從而使混凝土迅速劣化，由于其力學(xué)性能的降低而產(chǎn)生裂縫。 正確地檢測(cè)與評(píng)價(jià)混凝土的收縮與開裂趨勢(shì)，是采取措施有效地減少或避免開裂的前提。建立防止混凝土早期產(chǎn)生溫度裂縫的檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法，主要是通過(guò)測(cè)定混凝土的力學(xué)性能、絕熱溫升等參數(shù)，包括它們的初期變化，以選擇原材料、優(yōu)化混凝土配合比，配制和易性好、水化熱低、干燥收縮小、抗拉強(qiáng)度高、具有微膨脹性能的混凝土，是減少大壩混凝土裂縫的關(guān)鍵措施之一。此外，還要考慮外界氣溫、濕度、風(fēng)速、日照等環(huán)境因素。 水工混凝土技術(shù)的發(fā)展 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，以及水利樞紐工程在流域開發(fā)中的重要地位，大體積混凝土的裂縫問(wèn)題和耐久性問(wèn)題得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。近年來(lái)，在水工混凝土抗裂性能方面進(jìn)行了一系列研究，特別是從原材料的角度研究提高混凝土的抗裂性能，取得了一些初步成果。 原材料方面 (1)水泥。對(duì)大型水利水電工程優(yōu)先考慮使用中熱硅酸鹽水泥。這種水泥的各項(xiàng)性能除滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)外，還根據(jù)工程的具體使用情況提出一些特殊的要求。如水泥的細(xì)度，目前工程中使用的中熱硅酸鹽水泥的細(xì)度只有1％～2％，偏細(xì)。美國(guó)墾務(wù)局自1946年開始研究粗磨水泥和緩慢水化水泥的耐久性和抗裂性，他的觀點(diǎn)是水泥越細(xì)，水化越快，對(duì)混凝土抗裂性能越不利。國(guó)內(nèi)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)資料也表明，水泥的細(xì)度對(duì)混凝土的抗裂性有重要影響，為了獲得抗裂性能好的混凝土，水泥應(yīng)稍粗一些，一般水泥的比表面積應(yīng)控制在250m2/kg～300m2/kg之間，如用篩余量表示，則控制在3％～6％之間。關(guān)于中熱硅酸鹽水泥的礦物組成，為了降低水泥的水化熱，要求硅酸三鈣(C3S)的含量在50％左右，鋁酸三鈣(C3A)含量小于4％。而且，由于硅酸三鈣和鋁酸三鈣含量降低，水化較為平緩，對(duì)裂縫的愈合有利。關(guān)于水泥的堿含量，為了避免產(chǎn)生堿-骨料反應(yīng)，水泥熟料的堿含量應(yīng)控制在％以內(nèi)。關(guān)于氧化鎂(MgO)的含量，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水泥中的氧化鎂含量不宜大于％，水泥生產(chǎn)廠家一般控制在％左右，為了，使混凝土的體積產(chǎn)生膨脹，補(bǔ)償混凝土在降溫過(guò)程中的收縮，三峽工程使用的水泥其熟料中MgO含量控制在接近國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的上限，即4．0％～4．5％范圍內(nèi)，只要使用得當(dāng)，對(duì)控制混凝土的裂縫是有好處的。 除中熱硅酸鹽水泥外，近年來(lái)我國(guó)又成功開發(fā)出了低熱硅酸鹽水泥(也就是高貝利特水泥)，并且制訂了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。這種水泥的礦物組成特點(diǎn)是硅酸二鈣(C2S)的含量大于40％。7d齡期的水化熱低于260kJ/kg(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)，實(shí)際生產(chǎn)的水泥的水化熱在230kJ/kg左右，早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率大，對(duì)降低混凝土的水化熱溫升的效果十分顯著，對(duì)提高混凝土的抗裂性是有利的。 中熱硅酸鹽水泥與低熱硅酸鹽水泥的化學(xué)成分、礦物組成、物理力學(xué)性能及水化熱見表2、表3、表4及表5。兩種水泥熟料的化學(xué)成分相差不大，但由于燒成制度的不同，生成的礦物組成有明顯差別，中熱硅酸鹽水泥熟料C3S高，而低熱硅酸鹽水泥熟料則是C2S高，二者正好相反，這也就決定了兩種水泥的性能有較大差別。 表2 兩種水泥的熟料化學(xué)成分(%) 水泥品種 Si02 A1203 Fe203 Ca0 MgO S03 R20 42．5中熱硅酸鹽水泥 42．5低熱硅酸鹽水泥 表3 兩種水泥的熟料礦物組成(%) 水泥品種 C3S C2S C3A C4AF 42．5中熱硅酸鹽水泥 42．5低熱硅酸鹽水泥 水泥品種 細(xì)度（%） 安定性 MgO (%) SO3 (%) 凝結(jié)時(shí)間(h:min) 抗壓強(qiáng)度 (MPa) 抗折強(qiáng)度 (MPa) 初凝 終凝 3d 7d 28d 3d 7d 28d 42．5中熱硅酸鹽水泥 合格 2:45 42．5低熱硅酸鹽水泥 合格 2:46 GB200-2003 42．5中熱硅酸鹽水泥 ≤12 合格 ≤ ≤ ≥ 1:00 ≤ 12:00 GB200-200342．5低熱硅酸鹽水泥 - 合格 ≤ ≤ ≥ 1:00 ≤ 12:00 - - 表5兩種水泥的水化熱比較 水泥品種 水化熱(kJ/kg) 1d 3d 7d 42．5中熱硅酸鹽水泥 179 239 278 42．5低熱硅酸鹽水泥 143 205 227 GB200-2003 42．5中熱硅酸鹽水泥 - 251 293 GB200-200342．5低熱硅酸鹽水泥 - 230 260(2)摻合料。近年來(lái)，優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣等得到了廣泛的應(yīng)用。粉煤灰是一種人工火山灰質(zhì)摻合料，在混凝土中使用已有幾十年的歷史，并取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)。由于粉煤灰品質(zhì)的不斷提高，特別是I級(jí)粉煤灰的大量生產(chǎn)，粉煤灰也由過(guò)去一般作為混凝土填充料使用變?yōu)槿缃褡鳛榛炷凉δ懿牧鲜褂?。I級(jí)粉煤灰由于其含碳量低、顆粒細(xì)、球形顆粒含量高，使形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)得以充分發(fā)揮，起到了固體減水劑的作用。但是，由于粉煤灰的效應(yīng)主要表現(xiàn)在后期，在摻量較大的情況下，混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢，影響其早期的抗裂性。 礦渣是煉鐵的廢渣，礦渣經(jīng)水或空氣急冷處理成為粒狀顆粒，稱為?；郀t礦渣。?；郀t礦渣經(jīng)干燥、粉磨(或添加少量石膏一起粉磨)達(dá)到適當(dāng)細(xì)度的粉體稱為礦渣粉。礦渣粉用作混凝土摻和料，具有比粉煤灰更高的活性，而且品質(zhì)和均勻性更易保證，摻入混凝土中不僅可以節(jié)約水泥，降低膠凝材料水化熱，而且可以改善混凝土的某些性能。礦渣粉摻入混凝土中，能顯著提高混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性、抗?jié)B性及對(duì)海水、酸及硫酸鹽的抗化學(xué)侵蝕能力，具有抑制堿一骨料反應(yīng)的效果等。 優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦渣粉在混凝土中使用有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。摻粉煤灰的混凝土早期性能較差，混凝土的強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而降低；而摻礦渣粉的混凝土，早期強(qiáng)度較高，但當(dāng)?shù)V渣粉的摻量較低時(shí)，起不到降低水化熱溫升的作用，而且礦渣粉的減水作用也不如粉煤灰。若在混凝土中同時(shí)摻用I級(jí)粉煤灰和礦渣粉，比單摻粉煤灰或單摻礦渣粉具有更好的效果，它們之間不僅能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，而且具有更好的綜合效應(yīng)。 硅粉混凝土是一種抗沖磨性能較好、成本較低且施工較方便的新型抗沖磨材料。在被空蝕、磨損破壞的泄水建筑物的修補(bǔ)中，已得到大量應(yīng)用，并取得成功。但硅粉混凝土早期收縮較大，如養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，易發(fā)生早期干縮裂縫。 (3)外加劑。高效減水劑、具有某些特殊功能的外加劑及優(yōu)質(zhì)引氣劑的廣泛使用，不僅降低了混凝土的單位用水量，而且使混凝土的耐久性得以大幅度提高。在混凝土中摻入減水劑，可以改變水泥漿體的流變性能，進(jìn)而改變水泥及混凝土結(jié)構(gòu)，起到改善混凝土性能的作用，在保持流動(dòng)性及水膠比不變的條件下，可以減少用水量及水泥用量。在混凝土中摻人引氣劑，攪拌過(guò)程中能引入大量均勻分布的、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡。由于氣泡的存在，相對(duì)地增加了水泥漿體積，可以提高混凝土的流動(dòng)性，大量微細(xì)氣泡的存在，還可顯著改善混凝土的粘聚性和保水性。由于氣泡能隔斷混凝土中毛細(xì)管通道，以及對(duì)水泥石內(nèi)水分結(jié)冰時(shí)所產(chǎn)生的水壓力的緩沖作用，故能顯著提高混凝土的抗?jié)B性及抗凍性，氣泡還可使混凝土彈性模量有所降低，這對(duì)提高混凝土的抗裂性是有利的。 第三代的高效減水劑—羧酸系高效減水劑，由于具有減水率高、增強(qiáng)效果好、坍落度損失小等特點(diǎn)，已開始在工程中應(yīng)用，并取得了良好的效果。 (4)纖維材料。纖維材料如塑料纖維、碳纖維、鋼纖維等也得到了應(yīng)用，這對(duì)提高混凝土的抗拉強(qiáng)度、限制混凝土的早期收縮裂縫是有效的。 配合比設(shè)計(jì)方面 混凝土是由水、水泥、粗細(xì)骨料、化學(xué)外加劑和礦物摻和料組成的多相非均勻材料，合理的原材料選擇和科學(xué)的配合比設(shè)計(jì)是保證混凝土具有高性能的基礎(chǔ)。在水工混凝土配合比設(shè)計(jì)中，除了考慮混凝土的強(qiáng)度外，混凝土的耐久性尤其是抗裂性，也成為設(shè)計(jì)要考慮的重要因素。目前多采取“降低水膠比，摻用Ⅰ級(jí)粉煤灰，適當(dāng)加大粉煤灰摻量，摻高效減水劑和引氣劑，嚴(yán)格控制水泥熟料的堿含量與混凝土中的總堿量”的技術(shù)路線。實(shí)踐證明，高效減水劑、引氣劑和I級(jí)粉煤灰聯(lián)合使用，可使混凝土的單位用水量降低30％左右，這是提高混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵，也是大體積混凝土向配制高性能化方面邁進(jìn)了一步。 混凝土的性能研究方面 在提高大體積混凝土的抗裂性能方面，結(jié)合宏觀試驗(yàn)和微觀分析技術(shù)，從理論上確定影響混凝土抗裂性的控制因素，通過(guò)原材料優(yōu)選和科學(xué)的配合比設(shè)計(jì)獲得抗裂性和耐久性優(yōu)良的高性能混凝土；利用溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)對(duì)混凝土的抗裂性進(jìn)行研究，建立大體積混凝土的抗裂性評(píng)價(jià)體系，提出控制大壩混凝土裂縫的綜合對(duì)策等，主要包括如下： (1)研究新鮮水泥漿中化學(xué)外加劑和摻和料的相互作用，摻各種摻和料和化學(xué)外加劑的新鮮漿體的微觀結(jié)構(gòu)和凝結(jié)特性。 (2)使用成熟度概念，將水泥的性能與混凝土早期的應(yīng)力發(fā)展聯(lián)系起來(lái)，建立預(yù)測(cè)早期裂縫風(fēng)險(xiǎn)和減少裂縫的混凝土配合比設(shè)計(jì)模型，研究混凝土的早期抗裂性。 (3)基于耐久性試驗(yàn)的科學(xué)理論，預(yù)測(cè)混凝土的短期和長(zhǎng)期性能，建立包括經(jīng)濟(jì)因素的能夠預(yù)測(cè)混凝土壽命的模型。 (4)進(jìn)行不同的纖維混合混凝土試驗(yàn)，用長(zhǎng)纖維提供韌性，短纖維提供強(qiáng)度。另外，混凝土的性能與纖維的尺寸、形狀及本身的性能有關(guān)，研究用不同尺寸大小的纖維混合，以獲得預(yù)期的混凝土性能，防止混凝土裂縫。 (5)開發(fā)新的混凝土化學(xué)外加劑和新型混凝土膨脹劑等。 (6)研究堿-骨料反應(yīng)下的砂漿微觀結(jié)構(gòu)、反應(yīng)區(qū)的應(yīng)力和產(chǎn)生裂縫的機(jī)理。 碾壓混凝土 在水利水電工程中，碾壓混凝土的應(yīng)用越來(lái)越普遍。碾壓混凝土是一種可用土石壩施工機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸及鋪筑，用振動(dòng)碾壓實(shí)的特干硬性混凝土，適用于道路、機(jī)場(chǎng)、地坪及大壩工程等。由于碾壓混凝土的水泥用量少、發(fā)熱量低可通倉(cāng)薄層澆筑，碾壓后切割橫縫，使溫控措施大為簡(jiǎn)化，具有施工快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)越性。 碾壓混凝土起源于20世紀(jì)30年代的干貧混凝土，70年代進(jìn)人世界性的科學(xué)試驗(yàn)階段。此間，美國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)在這方面做了大量的工作，中國(guó)、加拿大、巴西、澳大利亞、巴基斯坦以及南非等國(guó)也開始涉足這個(gè)領(lǐng)域。1971美國(guó)在福特(Tims Ford)壩開始進(jìn)行碾壓混凝土的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，澆筑兩層O．6m厚貧混凝土，并得出試驗(yàn)結(jié)果。同年，美國(guó)陸軍工程師團(tuán)在維克斯帕(Vicksburg)工程，次年在洛斯特溪(Lost Creek)工程中分別進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，均取得良好效果。1978年美國(guó)陸軍工程師團(tuán)在邦納維爾(Bonner Ville)壩澆筑碾壓混凝土，保護(hù)開挖出的基巖，并在洛斯特溪壩溢洪道消力池上澆筑碾壓混凝土。1980年在柳溪(Willow-Creek)壩作現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為大面積使用碾壓混凝土積累了經(jīng)驗(yàn)。1974～1979年，巴基斯坦在塔貝拉(Tarbela)工程中，利用就地開挖的骨料和少量水泥拌和的混凝土用于回填修補(bǔ)工程。在隧洞塌方部位、溢洪道消力池沖刷部位及其他修補(bǔ)工程中使用干貧混凝土，并采用土石方施工機(jī)械施工。在這個(gè)工程中，首次將這種混凝土正式命名為碾壓混凝土(Roller compacted Concrete)。 英國(guó)人帕頓(Paton)1971年在國(guó)際大壩會(huì)議中提出將這種干貧混凝土用于壩體。1973年莫法特(Moffat)提出進(jìn)一步發(fā)揮干貧混凝土的優(yōu)點(diǎn)，更合理地用于重力壩的論點(diǎn)，使碾壓干貧混凝土重力壩的設(shè)計(jì)思想得以發(fā)展。碾壓混凝土筑壩技術(shù)經(jīng)過(guò)六七十年代不同途徑工程實(shí)踐的摸索，終于在20世紀(jì)80年代初在日本建成89m高的島地川壩，在美國(guó)建成52m高的柳溪壩。此后的十多年，碾壓混凝土壩技術(shù)迅速得到推廣應(yīng)用，并逐步應(yīng)用于高壩建設(shè)中。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2004年，世界上已建和在建的碾壓混凝土大壩工程項(xiàng)目達(dá)200余座，分布遍及五大洲。正在建設(shè)的中國(guó)龍灘碾壓混凝土重力壩，壩高達(dá)216m(第一期工程達(dá)192m)。 我國(guó)于1986年在福建坑口水電站建成高57m的第一座碾壓混凝土壩，從而填補(bǔ)了我國(guó)筑壩領(lǐng)域這一技術(shù)空白。此后，碾壓混凝土筑壩技術(shù)在我國(guó)水利水電工程建設(shè)中得到極大重視。我國(guó)雖然起步較晚，但發(fā)展很快，先后建成了18座不同用途的碾壓混凝土重力壩、施工圍堰等，還在貴州普定拱壩建設(shè)中成功地運(yùn)用了這項(xiàng)技術(shù)，并獲得了一批科研成果。我國(guó)碾壓混凝土壩的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平在不斷提高，在建壩的高度正在向200m級(jí)沖刺。我國(guó)已建的碾壓混凝土壩，在吸取國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展形成了具有中國(guó)特色的筑壩技術(shù)，在碾壓混凝土壩建設(shè)中，采用低水泥用量、高摻粉煤灰、復(fù)合外加劑等，防滲結(jié)構(gòu)類型多樣。這些技術(shù)成就標(biāo)志著我國(guó)碾壓混凝土壩的建設(shè)，無(wú)論是建設(shè)的規(guī)模、設(shè)計(jì)水平和施工技術(shù)水平，還是重要技術(shù)關(guān)鍵的研究深度和廣度，均已跨人世界先進(jìn)行列。 碾壓混凝土壩在我國(guó)之所以發(fā)展很快，并成為極有生命力的新壩型，是與該壩型自身的優(yōu)點(diǎn)分不開的。首先，碾壓混凝土壩既具有常規(guī)混凝土壩斷面小、安全度高的特點(diǎn)，又具有土石壩施工程序簡(jiǎn)單，可進(jìn)行大規(guī)模機(jī)械化快速施工的優(yōu)越性。人們對(duì)工程要求的安全性和經(jīng)濟(jì)性在碾壓混凝土壩中更好地體現(xiàn)出來(lái)，這在壩工界已基本形成共識(shí)。其次，我國(guó)碾壓混凝土壩的發(fā)展，是依靠科學(xué)技術(shù)、重視科學(xué)研究的過(guò)程。在“八五”期間還將碾壓混凝土壩關(guān)鍵技術(shù)研究列人國(guó)家重點(diǎn)科學(xué)攻關(guān)計(jì)劃，組織設(shè)計(jì)、科研、建設(shè)單位和高等院校進(jìn)行協(xié)同攻關(guān)，使科研成果直接轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，使碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)和施工技術(shù)日臻成熟。 盡管十幾年來(lái)我國(guó)碾壓混凝土筑壩技術(shù)已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但由于筑壩技術(shù)的復(fù)雜性，以及人們對(duì)問(wèn)題、事物認(rèn)識(shí)的不斷發(fā)展，有不少技術(shù)問(wèn)題尚有待深化提高。工程建設(shè)的發(fā)展迫切需要完善能充分體現(xiàn)和發(fā)揮其特點(diǎn)的壩工設(shè)計(jì)理論，制訂相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。針對(duì)連續(xù)澆筑上升新施工方式及層面膠結(jié)特性，合理確定大壩抗滑穩(wěn)定分析方法及安全準(zhǔn)則，尋求更為合適的滲流控制技術(shù)，探索開發(fā)碾壓混凝土新壩型。這些不同的領(lǐng)域都有一些高難度的課題需要深入研究。 水下不分散混凝土 傳統(tǒng)的水下混凝土施工方法通常有兩類：一是圍堰排水保證混凝土構(gòu)筑物的質(zhì)量，先期工程量大，工程造價(jià)高，工期長(zhǎng)。另一種是利用專用施工機(jī)具，把混凝土和環(huán)境水隔開，將混凝土拌合物直接送至水下工程部位以確?；炷临|(zhì)量，主要有導(dǎo)管法、泵送法、開底容器法等；容易受水沖刷造成材料離析，水泥流失，常采用提高混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)、舍棄與水接觸部位混凝土來(lái)保證施工質(zhì)量。 水下不分散混凝土從材料入手，使混凝土拌合物在水中澆注不離析、不分散，水泥不流失，能自流平、自密實(shí)，凝結(jié)硬后其物理力學(xué)性能和耐久性與普通混凝土相近。 1974年原聯(lián)邦德國(guó)首先研制成功并發(fā)明專利，其商品名為Hydrocrete，外加劑名稱UWB（Under Wasser Beton）。1977年用于北海油田水下220m的混凝土澆注，混凝土在水中有落差時(shí)不離析，能自流平、自密實(shí)，強(qiáng)度滿足25MPa的要求。1978年日本購(gòu)買該專利，80年代初開發(fā)出本國(guó)的水下不分散混凝土技術(shù)，典型工程如海濱核電站基礎(chǔ)，瀨戶大橋，關(guān)西機(jī)場(chǎng)，青森大橋，阪神高速公路，明石大橋主塔基礎(chǔ)等大型工程，在日本用量已達(dá)數(shù)百萬(wàn)m3。英國(guó)的Fosroc技術(shù)公司、Taylor Woodrow工程公司，美國(guó)的伯克力大學(xué)、陸軍工程兵團(tuán)等，曾在哥本哈根一個(gè)港口工程鋼板加固和其他橋架工程中使用；阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)的海上鉆井平臺(tái)的施工、塞蒲路斯大型船塢工程、西非岡比亞橋梁建筑、比利時(shí)海防工程水下大面積混凝土修補(bǔ)工程、蘇格蘭西海岸防波堤工程等也都曾成功地使用了水下不分散混凝土。 中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院于1983年立項(xiàng)，1987年首先研制成功的UWB型水下不分散混凝土絮凝劑，1990年研制的SCR型絮凝劑以及2003年研制的UWB-II多糖型絮凝劑均獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)；石油集團(tuán)公司標(biāo)準(zhǔn)《水下不分散混凝土施工規(guī)范》同時(shí)公布實(shí)行；形成了我國(guó)的水下不分散混凝土產(chǎn)品、施工等系列配套技術(shù)。 此外，長(zhǎng)江科學(xué)院、南京水科院、二航局科研所、華東院、水電科學(xué)院、以及大連理工大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、上海交大、同濟(jì)大學(xué)等也曾進(jìn)行過(guò)研究。如二航局科研所的PN型絮凝劑在南京空軍后勤部水運(yùn)大隊(duì)修理所船臺(tái)滑道水下節(jié)點(diǎn)工程及九江客運(yùn)碼頭修補(bǔ)斷樁工程中應(yīng)用；南科院在新安江水電廠大橋中墩加固工程及湖南馬跡塘水電廠淺孔護(hù)坦補(bǔ)強(qiáng)工程中應(yīng)用。 由于多糖類絮凝劑配制的不分散混凝土塌落度損失小，泵送阻力小，攪拌時(shí)間短，抗分散性好，在工程應(yīng)用中已基本取代了早期的聚丙烯類絮凝劑產(chǎn)品。