技术研发 ＴＥＣＨＮｏＬ０ＧＹ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥＴ Ｖｏ１．１９Ｎｏ．６．２０１２ 高性能混凝土在水利施工中的应用 翁泽平 （余姚市海涂围垦和海塘管理局，浙江余姚３１５４００） 摘 要：高性能混凝土因其高强度、高耐久性及高工艺性，已被广泛地应用于建筑生产当中。水利建设项目因其环境复 杂，建筑物各项指标要求高，因此对高性能混凝土的施工也有更高的要求。文章简单介绍了高性能混凝土的性能及施工 需要注意的问题，阐述了高性能混凝土的应用前景。 关键词：高性能：混凝土：水利 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１２．０６．１１８ ０引言 损、抗疲劳强度等等。所以，对混凝土的强度也需要有一个全面 的了解。 我国社会经济的高速发展，直接促进了水利水电工程的进 步。水利水电工程的建设核心在于施工的创新，包括施工工艺和 在大跨度结构物允许减小断面的构件部位，应尽量采用强 度高的混凝土。资料显示，混凝土强度从Ｃ４０提高到Ｃ８０时，造 价约增加５０％，而承载能力可提高１倍左右。由于具有减小断 面、降低结构物自重等优势，高强混凝土在国外发展很快。出于 耐久性的考虑，高强混凝土又逐渐发展成高强度的高性能混凝 土。 施工材料的创新。能否熟练、灵活地运用好施工技术，熟悉施工 材料，都决定着水利工程项目能否实现其经济效益和社会效益。 水利工程项目一般建在江河之上，不仅承受静水压力，还 要承受各种动水压力、地震震荡力等多种不同的外部荷载，受 力较为复杂，因此，其稳定性显得尤为重要。同时，水利建筑内 部及其地基内还会产生渗流，进而产生对建筑物稳定不利的渗 透压力，还有可能引起地基的渗透变形。所以，水工建筑物的防 渗问题也不可忽视。水工建筑物还必须妥善解决高速水流通过 泄水建筑物时产生的强烈冲蚀作用和冲刷作用。这些就对构成 水工建筑物主体结构的混凝土提出了相当高的要求，特别是混 凝土强度、抗冻性、抗渗性等指标。当前，普通混凝土耐久性问 题越来越严重，由于其耐久性不足而引起的工程结构的开裂、 塌方事故屡见不鲜。水利项目一旦失事，造成的损害和影响难 以估量。因此，对高性能混凝土的应用具有研究的价值与意义。 高性能混凝土（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）是指在大幅度 目前普遍认为高性能混凝土必须是高强混凝土（Ｃ５０以 上），而高强混凝土未必是高性能混凝土。但另一观点认为，高 强混凝土必须是高．陛能混凝土，而高性能混凝土不一定非要强 度高，如水工结构物，对强度要求并不高（ｃ３０左右），但对耐久 性要求却很高。 划分高强混凝土的标准，是与各国的混凝土工程技术水平 相关的。我国在普通工业与民用建筑中，现场浇注混凝土的强 度等级大都低于Ｃ３０，预制混凝土构件普遍低于Ｃ４０；而在水利 工程中，现浇Ｃ４０混凝土已是常事。考虑到其他因素，我国将强 度等级为Ｃ５０及以上的混凝土划分为高强混凝土，这样划分与 欧￣｝Ｉ＇ＩＣＥＢ、美国ＡＣＩ、Ｅｔ本等国的标准大体相当。 １．２高耐久性 提高普通混凝土的性能的基础上，采用现代混凝土技术制作 的，以耐久性为主要设计指标的一种新型高技术混凝土。高性 能混凝土具有高抗渗性（高耐久性的关键性能）；高体积稳定性 （低干缩、低徐变、低温度变形和高弹性模量）；适当的高抗压强 度；良好的施工性（高流动性、高粘聚性、自密实性），被誉为２１ 世纪的混凝土。近几年来，高性能混凝土在建筑工程中得到广 泛应用，尤其是在水利建筑、高层建筑、桥梁、矿井等工程项目 实施过程中应用广泛。浙江省属亚热带季风气候，降水量大，水 资源充沛，目前主要实施的项目为山区水库，深基坑开挖、高边 坡处理、复杂地形处理等技术难点较为常见，了解、掌握并合理 运用高性能混凝土来满足各种设计指标是水利工作者义不容 辞的责任。 １ 高性能混凝土的性能 １．１ 高强度 长期以来，混凝土一直被看成坚固耐久的材料，实践证明， 普通混凝土并不总象当初应用时所认为的那样耐久，许多国家 早期修建的一些混凝土基础设施工程已相继步入老化期。以美 国为例，美国现有大坝超过８２ ０００座，目前大多数坝正趋于老 化。近５年来，美国已建和在建的大坝有５３座，其中８ ７２４座大坝 坝高超过１５ ｍ或库容大于１００万ｍ ，１ ７４９座大坝坝高超过３０ ｍ， 许多大坝在进行修复或更新以及拆除，在以后２０年内每年需耗 资６０～８５亿美元，每年需修复更新的大坝达到６ ０００座，这不仅 耗资巨大，而且影响社会生产和生活秩序。普通混凝土因耐久 性不良造成的问题在我国也相当突出。现代高性能混凝土技术 为解决混凝土的耐久性提供了出路，对于水利、桥梁、道路工程 等许多设施来说，混凝土的耐久陛比其强度显得更为重要。 对混凝土耐久性的要求可从两个方面分析，即自然老化和 人为劣化。自然老化是指混凝土在大气、土壤和水中，随着时间 混凝土强度对结构来说是最基本的性能要求。不同的结 构，对混凝土强度要求也不一样，有的结构要求有较高的抗压 强度与抗剪强度；有的结构希望在短期内有较高的强度；有的结 的推移发生的性能变化，如气温变化、日晒雨淋、冻融循环、干 湿交替等作用，使混凝土产生裂缝、剥落、疏松等现象，降低结 构安全度；二氧化碳的侵入，使混凝土发生碳化，降低混凝土对 构需要有较高的抗拉强度；有的结构在２８ ｄ后才承受荷载，希望 后期强度有较大的增长可以利用；有的结构需要抗冲切、抗磨 ２１２ 技术与市场 钢筋的防锈保护作用；遭受有腐蚀性气体或液体的侵蚀，降低 混凝土强度，使混凝土开裂，钢筋被腐蚀等。人为劣化是指混凝 土结构在使用过程中，由于生产、生活、管理等方面的原因，使 混凝土发生降低使用功能的现象。如磨损、冲刷使混凝土降低 了耐久性：疲劳、撞击使混凝土产生裂缝或损伤，降低结构强度； 酸、碱、油的腐蚀破坏了混凝土的内在结构，失去或降低混凝土 强度；温度、渗透等作用直接损伤了混凝土。 要解决上述耐久性问题，就必须使混凝土密实度高且不产 生原生裂缝；硬化后体积稳定而不产生收缩裂缝；同时减少混凝 土内部产生侵蚀的组分。 １．３高体积稳定性 混凝土的体积稳定性直接影响结构的受力性能，严重者会 影响结构的安全。混凝土的体积稳定性可分成三类，一类是混 凝土在凝结过程中发生的体积变形，总称为收缩变形；另一类 是混凝土在承受荷载后发生的体积变形，如弹性变形，徐变变 形等；第三类是混凝土在温度作用下的体积变形，称为温度变 形。收缩变形是混凝土的一种固有特性，不均匀收缩会使混凝 土产生内应力，产生裂缝，降低混凝土强度和耐久性。减少收缩 主要应从减少用水量，减少水泥浆用量，提高混凝土的密实性 解决。 徐变是混凝土的另一个重要特性。混凝土在一个定值荷载 作用下，产生随时间增长变形增加的现象称为徐变。徐变变形 会改变结构中的内力，有时产生对结构不利的变形，影响结构 的安全。减少徐变的主要办法有：提高混凝土的强度，降低其使 用应力，减少混凝土中的水泥浆含量，不要过早使混凝土承受 使用荷载等。 弹性变形是所有结构材料共有的特性，混凝土在受力后产 生的弹性变形比较大。要使弹性变形小，就要提高混凝土的弹 性模量。提高弹性模量的办法有：提高混凝土的强度，采用弹性 模量高的集料，改善混凝土的级配，提高混凝土密实度。 混凝土的温度变形分两类，一类是热胀冷缩变形，如受到 约束时，使结构发生裂缝，甚至破坏；另一类是混凝土水化时产 生的温度应力而引起裂缝。 对体积稳定性要求，国际上也还没有一个统一的标准。一 般来说，要求混凝土的收缩变形、徐变变形小，弹性模量高，温 度膨胀系数尽量与钢筋一致。 １．４ 高工艺性 混凝土的工艺性能是混凝土质量的重要保证。没有好的工 艺性能，混凝土就很难达到高强度、高耐久性和高体积稳定性。 混凝土的工艺性包括对拌和、运输、浇灌和振实等各道操 作工序的要求，在施工过程中不产生离析，质量稳定，施工完成 后的混凝土密实、匀质、平整、表面光洁。 １．５应用经济性 虽然商陛能混凝土在成本上比普通混凝土要高一些，但由 于减小了截面尺寸，减轻了结构自重，降低了钢筋用量，这对自 重占荷载主要部分的混凝土结构具有特别重要的意义。一般情 况下，混凝土强度等级从Ｃ３０提高￣ＩＪＣ６０，对受压构件可节省 混凝土３０％一４０％，受弯构件可节省混凝土１０％～２０％，以年产 １５亿ｍ 混凝土中有２０％采用高性能混凝土，以商品混凝土 ３５０元，ｍ 计算，可节约资金２１０亿元，具有巨大的直接经济效 技术研发 益；同时由于截面尺寸减小，不但改变了结构上肥梁胖柱的不 美观问题，而且可增加使用面积和有效空间，因而可获得较大 的间接经济效益。在建设阶段通过节约混凝土用量，可以节约 土地、煤、水、矿石、砂等能源和资源的消耗量，从而减少有害气 体和废渣的排放，使用阶段可减少养护维修费用，实现节能， 带来可观的社会效益。 ２高性能混凝土施工 ２．１混凝土原材料 高性能混凝土主要由胶凝材料（水泥）、粗骨料、细骨料和 水以一定比例组合，通过加入一定数量的化学外加剂和无机矿 物粉料，经适当搅拌、硬化而成。化学外加剂和掺合料的使用可 大大改善高性能混凝土的和易性，减少水泥用量，提高强度和 耐久性。因此，在制备高性能混凝土时，原材料的选择对混凝 土的性能将会有重要的影响。原材料的选择要根据工程项目 的实际要求及地理环境、气候条件等决定。 ２．２施工配合比 商陛能混凝土的配合比设计与普通混凝土有所区别，除了 满足高强度的要求之外，更重要的是满足高耐久性。相比之下， 高性能混凝土的施工配合比设计较为复杂，应采用尽可能低的 水胶比、水泥用量，增加无机矿物质掺合料的用量、增加高效减 水剂、控制骨料的最大粒径等。国际上目前并没有统一的配合 比设计方法，现有的方法都是在施工经验的基础上发展起来 的。系统科学的方法还有待探讨研究。 ２．３施工工艺和技术要求 １）在施工方案中事先确定施工缝预留位置，不能随意变更， 施工缝的接槎处理一般情况下应在混凝土强度达到１．２ ＭＰａ以 上时，在已硬化的混凝土表面清除水泥浮浆和松动石子，将施工 缝处混凝土表面凿毛，并用水冲洗干净，不得积水，再用高标号水 泥砂浆浇抹表面后用混凝土细致捣实，使新旧混凝土结合密实。 ２）振捣方式的质量控制。施工方要根据设计图纸及其施工 规范等做好施工方案，并且及时向所有操作人员做好技术交底， 预防因振捣方式不对而造成混凝土分层、离析、表面浮浆、麻面 等质量问题，进而尽可能降低混凝土成型硬化后出现裂缝的概 率，保证混凝土的耐久性。 ３）二次振捣或多次搓压表面。高强、高性能混凝土在拌制 过程中，掺加多种外加剂及掺和料，一般情况下缓凝４ ｈ左右，这 段时间已浇混凝土表面因环境及水泥水化作用失水较多，容易 产生收缩裂缝，经初凝前二次振捣或多次搓压表面，能有效防止 表层裂纹，且通过留置的混凝土试块进行强度试验，强度提高 ５％左右。 ４）在施工过程中出现下列情况之一应挖出混凝土。不能保 证混凝土振捣密实或对水工建筑带来不利影响的级配错误的 混凝土料；长时间凝固、超过规定时间的混凝土料；下到高等级 混凝土浇筑部位的低等级混凝土料。 ５）在浇筑埋石混凝土的时候应该严格控制施工单位的埋 石量、埋石大小并保证埋石洁净以及埋石与模板的距离，杜绝 施工单位为了单纯提高埋石率而放弃质量。在施工中努力确 保埋石垂直和水平距离，以不影响振捣为原则，提高埋石混凝 土质量。 （下转第２１５页） ２１３ 技术与市场 技术研发 雨 磊 （ＴＫ）。ＧＭＰＬＳ在此基础上又对其进行了扩展和加强，从而支持 ３．３ 用于ＣＳＰＦ计算的约束条件 链路状态信息的传送。ＧＭＰＬＳ路由协议主要用于Ｉ—ＮＮＩ接口的 路由，￣ＰＡＳＯＮ域内路由。ＧＭＰＬＳ对路由协议的扩展主要包括如 通常约束条件分为两类：链路约束和路径约束。 １）链路约束。链路约束是指一条路径上链路的使用， 下方面。①对未编号链路的支持；②链路保护类型（ＬＶｒ）；③共 享风险链路组信息（ＳＲＬＧ）。如果一组链路共享某一种资源，而 这种资源的失效可能会影响共享到所有这些链路，则称这一组 即光链路的属性特征。单条成员（ＴＥ）链路可以包含如下属性 （约束条件）：①最大带宽：该参数描述了链路的容量；②未预留 带宽：该参数描述了链路上还没有被预留的带宽；③最大、最小 连接带宽：这两个参数决定了链路中可以分配给某条连接的最 链路为“共享风险链路组”；④接口交换能力描述符。ＧＭＰＬＳ定 义了以下的接口交换能力：ＰＳＣ（分组交换）、Ｌ２ＳＣ（Ｌ２交换）、 ＴＤＭ（时分交换）、ＬＳＣ（波长交换）、ＦＳＣ（光纤交换）；⑤带宽编 码。 大和最小带宽。可分配的最大带宽小于链路上的未预留带宽； 可分配的最小带宽取决于交换节点所支持的交叉粒度；（ ）链路 保护类型：指链路的保护能力；￣）ＳＲＬＧ：一串无序的数字，用于 ３智能光网络的路由算法描述 ３．１路由算法的设计目标 表示和链路相关的ＳＲＬＧ标识符；⑥接口交叉能力：包括交叉能 力和交换能力细节信息。 ２）路径约束。路径约束是指在选定路径上性能度量标准值 的加性或乘性组合的界限。①路径跳数：到达目的地路径 路由算法的设计目标通常包括以下内容：①最优化：路由 算法选择最佳路径位置的能力；②简单性：路由算法应该被设 计成尽可能地简单，即必须以最少的开销和使用费用获得高效 的功能；③顽健性：路由算法必须是健壮的，在异常的或者无法 的最大跳数；②松散显示路由：确定给出路径必须经过的一些 中间链路或中间节点；③保护恢复机制：当传输链路发生故障 时采取哪种备份路径恢复链路。 ４结语 预料的情况下（如硬件失败，高负载条件和不正确的安装和使 用等），要求算法仍能正确运行；④快速收敛性：路由算法必须 在短时间内收敛；⑤灵活性：路由算法应迅速准确地适应各种 各样的网络状况。 ３．２受限最短路径优先（ＣＳＰＦ）算法 智能光网络中的路由技术是当前的研究热点和重点。由于 目前还没有相关的行业标准，因此，在路径选择算法，约束条件 选择上具有相当的灵活性，随着光传输技术的发展，需要考虑 的约束条件也会随之而发生变化，根据不同的网络结构和性能 在通信网络中，使用Ｄｉｊｋｓｔｒａ和Ｂｅｌｌｍａｎ—Ｆｏｒｄ算法计算最短 路径是很有效的，但如果要求满足不同的ＱｏＳ条件，将约束引 入优化问题时，算法会变得十分复杂。约束最短路径优先 （Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ＳＰＦ）算法属于启发式算法，它是一种改进的最短 路径约束算法，是目前最适应于智能光网络的路由算法，在网 络中主要用来完成流量工程和快速的重路由。 对于ＣＳＰＦ算法有几个输入变量：首先是配置的流量隧道 需求来选择不同的参数，从而更好地适应智能光网络。 参考文献： 『１】毛谦．传输与交换在光层的融合——自动交换光网络ｆＣ］．／／ 全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议（ＯＦ． ＣＩＯ’２００１）论文集．２００１． ［２］ 宋涛．新一代网络体系——智能光网络ｆＪ】．光通信技术， 特性（带宽、资源类所属关系、优先级、恢复性等）；其次是与这 ２００４（５）． 【３】刘玲斐，高鹏，陆月明，等．基于ＧＭＰＬＳ的智能光网络流量工 程研究『Ｊ］．现代有线传输，２００４（３）． 作者简介： 代治国（１９７７一），男。讲师，毕业于哈尔滨工程大学，硕士， 些特性相关的资源状况；第三是网络的拓扑信息。其中网络的 资源和拓扑信息可以通过ＩＧＰ来获得。 ＣＳＰＦ的主要计算步骤如下：①ＣＳＰＦ会排除掉那些链路信 息不全的链路，然后进行链路所属的资源类的检查，检查之后， 如果发现有无效的资源所属关系的链路，就把这些链路排除 掉；（ 根据删减后的拓扑计算最短距离的路径。 （上接第２１３页） 现主要从事计算机网络方面的研究。 基金项目：佳木斯大学资助项目。项目编号：Ｌ２０１１—０３４ ３结语 ６）浇筑完的混凝土必须遮盖以保温或者防雨。高性能混凝 混凝土作为水工建筑物用量最大的结构工程材料，在对人 类的生存发展、社会进步起到重要作用的同时，也给地球环境 造成了不可忽视的副作用。混凝土材料正面临着环境和可持 续发展的双重考验。高性能混凝土在水利建设项目中的运用， 土的特点是低水胶比、高矿物掺和料、复掺外加剂，这与普通混 凝土是不同的，这使得高性能混凝土在施工的质量控制、养护 措施都与普通混凝土不同。低水胶比决定于混凝土的粘性变 大，在混凝土的运输、浇注、振捣工艺上必须严格控制，有的施 工人员为方便施工而掺水，结果强度、耐久性大幅度下降；高矿 可以提高建筑寿命和使用率，降低工程造价，减少资源和能源 的损耗，是名符其实的绿色混凝土，代表着未来混凝土的方向。 参考文献： 物掺和料要求混凝土的养护必须到位，普通混凝土早期强度高 水化快，对养护不是很敏感，但高性能混凝土则不同，高性能混 凝土用水量低，易发生自身收缩而产生裂缝，所以浇筑捣实后， 盖上湿布或草帘进行早期养护。保证水化反应的正常进行是保 ［１】郑志禄．混凝土砌块护坡在水利工程中的应用［Ｊ】．中国水运 （下半月刊），２０１１（３）． 【２］刘秉金．混凝土技术【Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４． ［３】刘明萍，杨志帅．水利工程大坝护坡混凝土施工方法质量 证商Ｉ生能混凝土商陛能的重要工艺措施。在混凝土浇筑完毕后 １２ ｈ以内，通过湿润养护，使混凝土在良好的条件下进行水化 反应。 控制『Ｊ１．民营科技，２００９（９）． 、 ［４］ 中华人民共和国国家标准编写组．ＧＢ５０２０４ ９２混凝土结 构工程及验收规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９２． ２１５
