Материал для строительства гравитационных плотин
Гравитационные плотины могут возводиться из следующих материалов: 1) бетона; 2) бутовой кладки камня на цементном растворе в случае небольших объемов работ, в районах, куда трудно завозить цемент, а также при наличии свободной рабочей силы соответствующей квалификации; 3) крупных бетонных блоков; 4) камнебетона — бетонной кладки, включающей крупные камни, которые не проходили через бетоносмеситель. Слой этих камней, уложенный поверх бетонной смеси, втапливается в бетонную смесь вибраторами. Объем таких камней может доходить до 20...25 % объема плотины. Достоинство камнебетона — уменьшение расхода цемента и снижение начальных температурных напряжений в бетоне; недостаток — усложнение механизации строительных работ.
В настоящее время гравитационные плотины строят почти исключительно из бетона.
I. Общие сведения о бетоне. Бетон — это смесь цемента, воды, мелкого (песка) d5 мм и крупного (гравия, щебня — 5 мм 100...250 мм) заполнителя (табл. 7.1).
Напомним также следующее:
1) для приготовления гидротехнического бетона применяют портландцемент и его разновидности: шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент;2) главнейшие свойства гидротехнического бетона, которые должны устанавливаться при проектировании сооружения: а) прочность на осевое сжатие (ку биковая прочность); б) прочность на осевое растяжение; в) морозостойкость;
г) водопроницаемость. Эти свойства оцениваются соответствующими марками. Дополнительно приходится интересоваться полным суммарным тепловыделением, интенсивностью тепловыделения, водостойкостью;
3) упомянутые свойства гидротехнического бетона зависят от следующих факторов: а) вида и активности (марки) цемента; б) качества заполнителя; в) водоцементного отношения (по массе); г) способа приготовления бетонной смеси;
д) транспортирования ее; е) уплотнения ее; ж) времени и температурновлажностных условий твердения бетона. Практически наибольшее значение обычно имеют активность (марка) цемента и водоцементное отношение (В/Ц);
4) как правило, прочность заполнителя всегда больше, чем прочность цементного камня, связывающего между собой отдельные частицы песка, гравия, щебня и т. п. Поэтому поверхность разрыва или сдвига, возникающая в бетоне, должна проходить по цементному камню. Практически прочность бетона равна прочности цементного камня. Что касается прочности цементного камня, то она определяется в основном водоцементным отношением и не зависит от количества цемента, расходуемого на 1 м3 бетона;
5) водоцементное отношение (В/Ц) устанавливают для проектируемой бетонной смеси, исходя из требований к прочности, водонепроницаемости и морозостойкости;
6) существенным свойством бетонной смеси является ее подвижность. Подвижную смесь (литую, пластичную) можно сравнительно легко укладывать в сооружение. Подвижность смеси устанавливают в проекте производства работ с учетом размеров сооружения и намеченных методов транспортирования и укладки смеси. Подвижность бетонной смеси зависит от вида цемента, зернового состава заполнителя, формы зерен заполнителя и характера их поверхности, водоцементного отношения и количества цемента на 1 м3 бетона. Подвижность бетонной смеси может быть повышена введением в нее пластифицирующих, гидрофобных и воздухововлекающих добавок;
7) важно подчеркнуть, что, имея установленное значение В/Ц, можно, например, увеличить объем цементного теста, добавляемого к заполнителю (мелкому и крупному). При этом прочность бетона не изменится. Вместе с тем, увеличивая количество цементного теста, подвижность смеси будет возрастать, что является положительным фактором, количество цемента на 1 м3 бетона будет также возрастать, что является отрицательным фактором (при этом будет увеличиваться стоимость бетона, а также суммарное тепловыделение).
Задача проектирования (подбора) бетонной смеси состоит в отыскании оптимального решения с учетом отмеченных положительных и отрицательных обстоятельств (и учитывая то обстоятельство, что подвижность бетонной смеси при B/U = const регулируется в основном содержанием в ней цементного теста; прочность же бетона определяется главным образом В/Ц).
2. Основные требования, предъявляемые к бетону как к материалу, образующему плотину. Бетон в теле плотины должен быть:
1) монолитен, т. е. в нем по возможности должны отсутствовать трещины и каверны; 2) водонепроницаем; с уменьшением фильтрационного расхода уменьшается также и интенсивность выщелачивания бетона; 3) атмосферо, водо и морозостоек в такой степени, которая обеспечивает длительную нормальную службу (долговечность) его в соответствующих частях сооружения; 4) обладать достаточной прочностью на сжатие; это обстоятельство существенно только для высоких плотин; для массивных плотин средней высоты и низких бетон в теле плотины недонапряжен на сжатие.
Для того чтобы выдержать перечисленные условия: 1) используют соответствующий цемент и заполнители; 2) надлежащим образом подбирают состав бетонной смеси и 3) соблюдают необходимые правила приготовления, транспортирования и укладки бетонной смеси.
Гидротехнический бетон, применяемый для строительства бетонных плотин, должен удовлетворять требованиям СНиП II54—771 иСНиП II56—77.
3. Зональное распределение бетона разного качества по поперечному профилю. Согласно первому отмеченному нормативному документу в теле бетонных плотин в зависимости от работы бетона следует различать четыре зоны: I—наружные части плотины, находящиеся под атмосферным воздействием, не омываемые водой; II—наружные части плотины в пределах колебания уровней воды (периодически омываемые водой); III—наружные части, находящиеся под постоянным воздействием воды; IV — внутренние части плотины, ограниченные отмеченными выше наружными частями. Ширину I, II и III зон принимают не менее 2,0 м; границы зон совмещают с границами блоков бетонирования.
К бетону каждой из указанных выше зон предъявляют требования в отношении следующих основных свойств: I зона—морозостойкости, прочности и малых объемных деформаций при твердении; II зона—водостойкости, водонепроницаемости, морозостойкости, прочности и малых объемных деформаций при твердении; III зона водостойкости, водонепроницаемости, прочности и малых объемных деформаций при твердении; IV зона прочности и малых объемных деформаций при твердении.