淺談河口水電站混凝土抗?jié)B抗凍施工技術(shù)

楊 慧

(湖南水總水電建設(shè)集團(tuán)有限公司 長(zhǎng)沙市 410007)

1 工程概況

河口水電站位于新疆阿克蘇地區(qū)烏什縣境內(nèi)，屬于秋格爾水電梯級(jí)開發(fā)工程中的第5個(gè)梯級(jí)電站。電站是一個(gè)以發(fā)電為主，兼顧灌溉等綜合效益的水利水電樞紐工程。電站裝機(jī)容量15.2MW，主要建筑物由引水渠道、前池、排冰泄槽、壓力管道、廠房和尾水渠組成。電站地處塔克拉瑪干大沙漠之北部，歐亞大陸腹地，屬典型的北溫帶大陸性干旱半干旱荒漠性氣候。夏季酷暑，冬季嚴(yán)寒，春季溫度不穩(wěn)，而秋季降溫迅速，降水量少，蒸發(fā)量大，多風(fēng)沙且風(fēng)向不定。多年平均氣溫9.11℃，極端最高氣溫35.5℃（1975年7月14日），極端最低氣溫-26.6℃（1967年1月5日），多年平均降水量92.0mm，最大一日降水量65.6mm（1976年6月16日），最大凍土深度103 cm，最大積雪深度13 cm。

工程區(qū)位于塔里木盆地西北邊緣，地貌輪廓大體為兩山夾一谷地貌，北部為天山南麓的闊克沙勒山嶺，南部為喀拉鐵克山，河口水電站位于托什干河右岸的Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地上，兩岸階地不對(duì)稱，階面寬度Ⅰ級(jí)堆積階地右岸寬于左岸，Ⅱ級(jí)侵蝕階地左岸有數(shù)米厚的洪積物，而右岸大部地段無(wú)洪積物堆積或厚度較薄。地下水水位埋深（2.2～4.2）m，滲透系數(shù)6.4×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水，承載力值 350 kPa，變形模量30MPa，低壓縮性。河口水電站廠房位于地面以下20.8m深的砂石料沉積層上，電站樞紐混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍設(shè)計(jì)要求如表1。

2 抗?jié)B抗凍混凝土原材料及技術(shù)要求

抗?jié)B抗凍混凝土一般可分為普通防水混凝土、外加劑防水混凝土和膨脹防水混凝土三種，普通防水混凝土是通過(guò)調(diào)整混凝土配合比，提高混凝土自身的密實(shí)度而達(dá)到抗?jié)B和抗凍要求的。外加劑防水混凝土和膨脹水泥防水混凝土是通過(guò)摻加外加劑和膨脹水泥達(dá)到混凝土本身密實(shí)度來(lái)提高抗?jié)B和抗凍能力的。防水混凝土除要滿足強(qiáng)度要求外，主要還需滿足抗?jié)B抗凍要求，防水混凝土一般都容易滿足強(qiáng)度要求，而且都高出一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)以上，但要滿足抗?jié)B、抗凍要求就有一定難度了，必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

表1 電站樞紐混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍設(shè)計(jì)要求

（1）水泥。我國(guó)執(zhí)行ISO水泥新標(biāo)準(zhǔn)后，水泥質(zhì)量有了很大提高，水泥的選用除滿足現(xiàn)行水泥標(biāo)準(zhǔn)以外，還要滿足抗?jié)B、抗凍混凝土的特殊要求，要選抗?jié)B性好、泌水性小、中低水化熱水泥及具有一定抗侵蝕性的水泥，水泥等級(jí)不宜低于42.5級(jí)，水泥品種首選硅酸鹽水泥和普通水泥，河口水電站使用的水泥是阿克蘇青松建化水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如表2。

表2 物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

（2）砂。優(yōu)選中砂或中粗砂，要嚴(yán)格控制砂的級(jí)配，含泥量不大于3%，泥塊含量不應(yīng)大于1%，對(duì)于泵送混凝土，要求通過(guò)0.315mm篩孔的砂不應(yīng)小于15%，且不應(yīng)大于30%，其目的也是為了提高混凝土的可泵性和致密性。

（3）粗骨料。粗骨料品種選用卵石或碎石均可，優(yōu)選級(jí)配良好的骨料是關(guān)鍵。對(duì)于石子的最大粒徑應(yīng)嚴(yán)格控制，最大粒徑不得大于40mm，一般以（20～31.5）mm為宜。最小粒徑不得小于20mm，選用粒徑較小的石子是為了使砂漿與石子界面間產(chǎn)生的微小裂縫控制在最低程度，因?yàn)榛炷猎谟不^(guò)程中，石子不收縮，而包裹石子周圍的水泥砂漿收縮，石子與砂漿的變形是不一致的，石子粒徑越大，周長(zhǎng)越長(zhǎng)，與砂漿收縮的差值也越大，致使砂漿與石子接觸面產(chǎn)生一些細(xì)微裂縫孔越大，對(duì)混凝土抗?jié)B、抗凍性能極為不利。

（4）混凝土摻和料?；炷翐胶土现饕蟹勖夯?、沸石粉、磨細(xì)礦渣及硅粉等，摻和料應(yīng)因地制宜，貨源廣、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效果較為明顯的首選粉煤灰。粉煤灰宜選用Ⅱ級(jí)以上灰，摻粉煤灰的主要作用是降低泌水作用，有利于骨料-水泥漿界面強(qiáng)度的提高，粉煤灰摻量應(yīng)有個(gè)界限，抗?jié)B、抗凍混凝土摻入Ⅰ級(jí)粉煤灰時(shí)，以摻入20%為宜，當(dāng)粉煤灰摻入量小于20%時(shí)，隨著摻入量的增加，混凝土抗?jié)B性能提高，當(dāng)粉煤灰摻量超過(guò)20%時(shí)，抗?jié)B性能有所下降。

（5）外加劑?？箵健⒖箖龌炷帘仨殦饺氩煌阅艿母鞣N外加劑，具體包括引氣劑、減水劑、緩凝劑、膨脹劑等，才能滿足混凝土高耐久性能的要求。河口水電站采用的外加劑為HS-107高濃高效聚羧酸系引氣減水劑，具有高減水、高保坍、低緩凝、低引氣等性能優(yōu)勢(shì)，特別是能引入穩(wěn)定適量的微氣泡，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，切斷毛細(xì)通道，提高混凝土的抗?jié)B和抗凍性能。

（6）膨脹劑。首選UEA或低堿UEA膨脹劑，它具有抗裂、防滲的功效，主要是因它摻入水泥中，水化后能形成一種膨脹結(jié)晶水化物——鈣礬石，在產(chǎn)生鈣礬石的同時(shí)，其體積將比水化鋁酸鈣體積增加2.5倍，因此，摻入U(xiǎn)EA后混凝土抗?jié)B等級(jí)比普通混凝土提高1～2倍。但膨脹劑的摻量必須嚴(yán)格控制，且每次的摻量應(yīng)嚴(yán)格控制均勻，以保證混凝土的體積膨脹率一致，避免混凝土產(chǎn)生裂縫而影響混凝土的抗?jié)B和抗凍性能。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)原則，首先要滿足混凝土抗?jié)B、抗凍性要求，同時(shí)要考慮混凝土強(qiáng)度、和易性及經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，盡可能采用低水灰比，一般來(lái)說(shuō)強(qiáng)度等級(jí)比普通混凝土易達(dá)到要求，且往往還高出一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)以上?；炷恋目?jié)B能力取決于混凝土內(nèi)部的孔隙和裂縫，影響混凝土抗?jié)B、抗凍性能的主要因素是水灰比、骨料、水泥品種和外加劑，以及施工管理、控制水平。因此，對(duì)各項(xiàng)原材料、品種、等級(jí)要進(jìn)行優(yōu)選，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行最后確定，限制砂率在一定范圍內(nèi)，保證水泥漿與石子的良好結(jié)合，在砂率和最小水泥用量已定的情況下，應(yīng)對(duì)灰砂比進(jìn)行驗(yàn)證，不宜小于1∶（2.0～2.5）等。河口水電站樞紐混凝土要求抗?jié)B抗凍為C20 F200 W 6，其他建筑物混凝土要求抗?jié)B抗凍為C15 F150 W4。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定水灰比W/C為0.42，單位用水量W s=141 kg，砂率為38%?；炷量箟簭?qiáng)度、抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果如表3?；炷量箖鲂阅茉囼?yàn)結(jié)果如表4。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果

4 混凝土抗?jié)B抗凍施工過(guò)程質(zhì)量控制

（1）混凝土攪拌。由于防水混凝土摻外加劑和摻和料，因此，必須要比普通混凝土增加攪拌時(shí)間50%以上，宜在3min以上，以確?；炷翑嚢杈鶆蚝桶l(fā)揮各種外加劑的作用。攪拌時(shí)，首先將砂石、水泥倒入攪拌機(jī)內(nèi)。單摻有引氣劑的混凝土，應(yīng)預(yù)先將引氣劑稀釋成一定濃度后加入，因引氣劑摻量少，稀釋后計(jì)量加入易控制，效果明顯。

（2）混凝土運(yùn)輸。無(wú)論采取何種運(yùn)輸機(jī)具，必須防止混凝土產(chǎn)生離析、坍落度和含氣量的損失，運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)或氣溫較高時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)確定可以摻入緩凝劑和提高混凝土坍落度（10～20）mm，以減少坍落度損失，確保澆筑時(shí)的坍落度要求。不允許采用現(xiàn)場(chǎng)二次加水提高混凝土坍落度的辦法，但允許加入減水劑以提高坍落值。一般出機(jī)4 h后的混凝土就不能再用了，應(yīng)作為廢料棄掉，但加了緩凝的混凝土除外，以緩凝劑到初凝時(shí)間為界限控制。

（3）澆筑?；炷恋臐仓鳂I(yè)，必須作好技術(shù)交底，要比普通混凝土有更加嚴(yán)格的要求和控制，必須保證混凝土振搗密實(shí)，采用插入式振搗器時(shí)，插入間距不應(yīng)超過(guò)有效半徑的1.5倍。要加強(qiáng)振搗，做到不漏振、不欠振、不過(guò)振，要快插慢拔，尤其是泵送混凝土更應(yīng)注意，每點(diǎn)振（15～30）s，以表面不再出現(xiàn)氣泡、不再泛出灰漿為振實(shí)?；炷脸跄昂?，反復(fù)抹壓，接近初凝時(shí)，或開始凝固不易抹動(dòng)時(shí)，亦可采取二次振搗方法，可使混凝土進(jìn)一步密實(shí)化，以提高其防滲、抗凍能力。如果是底板，在接近初凝時(shí)更適宜進(jìn)行二次振搗。當(dāng)然，二次振搗時(shí)間的把握與水泥品種、W/C、坍落度、氣溫和振搗條件等有關(guān)。結(jié)合工程具體情況，采用無(wú)接縫、分層、二次振搗法可用平板振搗器進(jìn)行，以排除表面浮漿，用木抹子拍實(shí)、搓壓，或再用鐵抹子壓光，防止表面龜裂?；炷帘砻鎵汗庖舜账筮M(jìn)行，一般用手按，能留下指紋為最佳時(shí)間。泵送混凝土坍落度大，稍有振動(dòng)石子就下沉、漿體上浮、泌水出現(xiàn)，大量塑性收縮裂縫易出現(xiàn)，因此，混凝土表面必須加強(qiáng)處理?？箖?、抗?jié)B試件應(yīng)按規(guī)范要求制作，抗?jié)B試塊每500m3混凝土應(yīng)至少制作1組標(biāo)養(yǎng)28 d試塊，但每一工程不能少于2組；預(yù)制商品混凝土的抗?jié)B試件制作組數(shù)，應(yīng)按結(jié)構(gòu)物及規(guī)范要求制作。

（4）養(yǎng)護(hù)。有抗?jié)B、抗凍要求的大體積混凝土，應(yīng)采取三邊操作法，即邊澆筑、邊抹平、邊進(jìn)行充分的保濕養(yǎng)護(hù)。有抗?jié)B、抗凍要求的混凝土不宜冬天施工，不采取臨界受凍強(qiáng)度值控制，應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能受凍，如果工期要求必須冬期施工，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，達(dá)到正溫養(yǎng)護(hù)條件。采取外圍上蓋、內(nèi)加熱的立體保溫措施，養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度不宜低于+5℃?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)程度對(duì)其抗?jié)B、抗凍性能影響很大，如果早期脫水或養(yǎng)護(hù)過(guò)程中缺少充足的水分和溫度，則抗?jié)B、抗凍性大幅度降低，甚至完全喪失，養(yǎng)護(hù)必須及時(shí)到位，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d；不宜采取蒸汽養(yǎng)護(hù)。冬期施工應(yīng)采取保溫、保濕措施，不宜摻加防凍劑，要達(dá)到正溫養(yǎng)護(hù)條件。養(yǎng)護(hù)濕度越高，對(duì)提高防水混凝土的抗?jié)B、抗凍性能越有利。大體積混凝土內(nèi)部，養(yǎng)護(hù)時(shí)混凝土處于高溫、高濕（相對(duì)于標(biāo)養(yǎng)）、高壓（相對(duì)于自由狀態(tài)）條件下完成硬化過(guò)程，強(qiáng)度增長(zhǎng)比同齡期標(biāo)養(yǎng)快，接近和達(dá)到蒸養(yǎng)效果。

（5）拆模。抗?jié)B、抗凍混凝土不宜過(guò)早拆模，拆模時(shí)混凝土表面溫度和周圍環(huán)境溫度的溫差不得超過(guò)20℃，以防混凝土表面出現(xiàn)裂縫。一般控制拆模和上人作業(yè)時(shí)間為氣溫（1～5）℃時(shí)72 h拆模；氣溫（5～10）℃時(shí)60h 拆模；氣溫（10～15）℃時(shí) 48h 拆模；氣溫（15～25）℃時(shí)36 h拆模；氣溫25℃以上時(shí)20 h拆模。折模后，立即采取澆水或覆蓋塑料薄膜養(yǎng)護(hù)到要求時(shí)間。地下結(jié)構(gòu)部分，拆模后應(yīng)及時(shí)回填土，以利于混凝土后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)及獲得預(yù)期的抗?jié)B、抗凍性能。

5 結(jié) 語(yǔ)

抗?jié)B、抗凍混凝土工程質(zhì)量?jī)?yōu)劣不僅取決于混凝土原材料本身質(zhì)量及配合比，而且施工過(guò)程控制如攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等等，都將對(duì)混凝土質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。因此，施工時(shí)必須對(duì)各環(huán)節(jié)嚴(yán)加控制，采取相應(yīng)的措施，避免造成滲漏水等質(zhì)量隱患?？?jié)B、抗凍混凝土施工一般不宜留施工縫，可采取分段分層連續(xù)澆筑，對(duì)于大體積混凝土工程，還應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，控制溫差不大于20℃，以避免溫度裂縫的產(chǎn)生?？傊诤涌谒娬疚覀兺ㄟ^(guò)優(yōu)化混凝土配合比的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)混凝土施工過(guò)程的質(zhì)量控制，提高混凝土本身密實(shí)度，滿足了該工程混凝土的抗?jié)B和抗凍性能設(shè)計(jì)要求。

［1］王玉瑛.建筑工人[J].建筑技術(shù)，2005，（11）.

［2］趙青揚(yáng).建筑知識(shí)[J].北京：中國(guó)建筑學(xué)會(huì)，2002，（5）.

［3］DL/T 5144-2001.水工混凝土施工規(guī)范[S]

［4］SL 211-2006.水工建筑物抗凍設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［5］DL/T 5300-2005.水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].