楊 慧

(湖南水總水電建設(shè)集團有限公司 長沙市 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開發(fā)工程中的第5個梯級電站。電站是一個以發(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級階地上，兩岸階地不對稱，階面寬度Ⅰ級堆積階地右岸寬于左岸，Ⅱ級侵蝕階地左岸有數(shù)米厚的洪積物，而右岸大部地段無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，屬強透水，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，電站樞紐混凝土強度、抗?jié)B、抗凍設(shè)計要求如表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調(diào)整混凝土配合比，提高混凝土自身的密實度而達到抗?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摻加外加劑和膨脹水泥達到混凝土本身密實度來提高抗?jié)B和抗凍能力的。防水混凝土除要滿足強度要求外，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度要求，而且都高出一個強度等級以上，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 電站樞紐混凝土強度、抗?jié)B、抗凍設(shè)計要求

（1）水泥。我國執(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，水泥等級不宜低于42.5級，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)性能檢測結(jié)果如表2。

表2 物理力學(xué)性能檢測結(jié)果

（2）砂。優(yōu)選中砂或中粗砂，要嚴(yán)格控制砂的級配，含泥量不大于3%，泥塊含量不應(yīng)大于1%，對于泵送混凝土，要求通過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)選級配良好的骨料是關(guān)鍵。對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，因為混凝土在硬化過程中，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，周長越長，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蟹勖夯摇⒎惺?、磨細(xì)礦渣及硅粉等，摻和料應(yīng)因地制宜，貨源廣、經(jīng)濟、技術(shù)效果較為明顯的首選粉煤灰。粉煤灰宜選用Ⅱ級以上灰，摻粉煤灰的主要作用是降低泌水作用，有利于骨料-水泥漿界面強度的提高，粉煤灰摻量應(yīng)有個界限，抗?jié)B、抗凍混凝土摻入Ⅰ級粉煤灰時，以摻入20%為宜，當(dāng)粉煤灰摻入量小于20%時，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20%時，抗?jié)B性能有所下降。

（5）外加劑。抗摻、抗凍混凝土必須摻入不同性能的各種外加劑，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，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，其體積將比水化鋁酸鈣體積增加2.5倍，因此，摻入UEA后混凝土抗?jié)B等級比普通混凝土提高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

配合比設(shè)計原則，首先要滿足混凝土抗?jié)B、抗凍性要求，同時要考慮混凝土強度、和易性及經(jīng)濟性等方面的要求，盡可能采用低水灰比，一般來說強度等級比普通混凝土易達到要求，且往往還高出一個強度等級以上。混凝土的抗?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，對各項原材料、品種、等級要進行優(yōu)選，并通過試驗進行最后確定，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)對灰砂比進行驗證，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。通過反復(fù)實驗確定水灰比W/C為0.42，單位用水量W s=141 kg，砂率為38%?；炷量箟簭姸?、抗?jié)B性能試驗結(jié)果如表3?；炷量箖鲂阅茉囼灲Y(jié)果如表4。

表3 混凝土抗壓強度、抗?jié)B性能試驗結(jié)果

4 混凝土抗?jié)B抗凍施工過程質(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，首先將砂石、水泥倒入攪拌機內(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，稀釋后計量加入易控制，效果明顯。

（2）混凝土運輸。無論采取何種運輸機具，必須防止混凝土產(chǎn)生離析、坍落度和含氣量的損失，運輸距離較遠(yuǎn)或氣溫較高時，通過試驗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，確保澆筑時的坍落度要求。不允許采用現(xiàn)場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，采用插入式振搗器時，插入間距不應(yīng)超過有效半徑的1.5倍。要加強振搗，做到不漏振、不欠振、不過振，要快插慢拔，尤其是泵送混凝土更應(yīng)注意，每點振（15～30）s，以表面不再出現(xiàn)氣泡、不再泛出灰漿為振實?；炷脸跄昂?，反復(fù)抹壓，接近初凝時，或開始凝固不易抹動時，亦可采取二次振搗方法，可使混凝土進一步密實化，以提高其防滲、抗凍能力。如果是底板，在接近初凝時更適宜進行二次振搗。當(dāng)然，二次振搗時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，采用無接縫、分層、二次振搗法可用平板振搗器進行，以排除表面浮漿，用木抹子拍實、搓壓，或再用鐵抹子壓光，防止表面龜裂。混凝土表面壓光宜待收水后進行，一般用手按，能留下指紋為最佳時間。泵送混凝土坍落度大，稍有振動石子就下沉、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處理?？箖觥⒖?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。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、邊進行充分的保濕養(yǎng)護。有抗?jié)B、抗凍要求的混凝土不宜冬天施工，不采取臨界受凍強度值控制，應(yīng)達到設(shè)計強度后才能受凍，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，達到正溫養(yǎng)護條件。采取外圍上蓋、內(nèi)加熱的立體保溫措施，養(yǎng)護環(huán)境溫度不宜低于+5℃?；炷恋酿B(yǎng)護程度對其抗?jié)B、抗凍性能影響很大，如果早期脫水或養(yǎng)護過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)護必須及時到位，養(yǎng)護時間不少于14 d；不宜采取蒸汽養(yǎng)護。冬期施工應(yīng)采取保溫、保濕措施，不宜摻加防凍劑，要達到正溫養(yǎng)護條件。養(yǎng)護濕度越高，對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)護時混凝土處于高溫、高濕（相對于標(biāo)養(yǎng)）、高壓（相對于自由狀態(tài)）條件下完成硬化過程，強度增長比同齡期標(biāo)養(yǎng)快，接近和達到蒸養(yǎng)效果。

（5）拆模。抗?jié)B、抗凍混凝土不宜過早拆模，拆模時混凝土表面溫度和周圍環(huán)境溫度的溫差不得超過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)時間為氣溫（1～5）℃時72 h拆模；氣溫（5～10）℃時60h 拆模；氣溫（10～15）℃時 48h 拆模；氣溫（15～25）℃時36 h拆模；氣溫25℃以上時20 h拆模。折模后，立即采取澆水或覆蓋塑料薄膜養(yǎng)護到要求時間。地下結(jié)構(gòu)部分，拆模后應(yīng)及時回填土，以利于混凝土后期強度的增長及獲得預(yù)期的抗?jié)B、抗凍性能。

5 結(jié) 語

抗?jié)B、抗凍混凝土工程質(zhì)量優(yōu)劣不僅取決于混凝土原材料本身質(zhì)量及配合比，而且施工過程控制如攪拌、運輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護等等，都將對混凝土質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。因此，施工時必須對各環(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?，在河口水電站我們通過優(yōu)化混凝土配合比的設(shè)計，加強混凝土施工過程的質(zhì)量控制，提高混凝土本身密實度，滿足了該工程混凝土的抗?jié)B和抗凍性能設(shè)計要求。

［1］王玉瑛.建筑工人[J].建筑技術(shù)，2005，（11）.

［2］趙青揚.建筑知識[J].北京：中國建筑學(xué)會，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)計規(guī)范[S].

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