淺談河口水電站混凝土抗滲抗凍施工技術

楊 慧

(湖南水總水電建設集團有限公司 長沙市 410007)

1 工程概況

河口水電站位于新疆阿克蘇地區烏什縣境內，屬于秋格爾水電梯級開發工程中的第5個梯級電站。電站是一個以發電為主，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，冬季嚴寒，春季溫度不穩，而秋季降溫迅速，降水量少，蒸發量大，多風沙且風向不定。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、抗滲、抗凍設計要求如表1。

2 抗滲抗凍混凝土原材料及技術要求

抗滲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整混凝土配合比，提高混凝土自身的密實度而達到抗滲和抗凍要求的。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滲和抗凍能力的。防水混凝土除要滿足強度要求外，主要還需滿足抗滲抗凍要求，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，但要滿足抗滲、抗凍要求就有一定難度了，必須采取相應的技術措施。

表1 電站樞紐混凝土強度、抗滲、抗凍設計要求

（1）水泥。我國執行ISO水泥新標準后，水泥質量有了很大提高，水泥的選用除滿足現行水泥標準以外，還要滿足抗滲、抗凍混凝土的特殊要求，要選抗滲性好、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的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，其物理力學性能檢測結果如表2。

表2 物理力學性能檢測結果

（2）砂。優選中砂或中粗砂，要嚴格控制砂的級配，含泥量不大于3%，泥塊含量不應大于1%，對于泵送混凝土，要求通過0.315mm篩孔的砂不應小于15%，且不應大于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，優選級配良好的骨料是關鍵。對于石子的最大粒徑應嚴格控制，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生一些細微裂縫孔越大，對混凝土抗滲、抗凍性能極為不利。

（4）混凝土摻和料。混凝土摻和料主要有粉煤灰、沸石粉、磨細礦渣及硅粉等，摻和料應因地制宜，貨源廣、經濟、技術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，粉煤灰摻量應有個界限，抗滲、抗凍混凝土摻入Ⅰ級粉煤灰時，以摻入20%為宜，當粉煤灰摻入量小于20%時，隨著摻入量的增加，混凝土抗滲性能提高，當粉煤灰摻量超過20%時，抗滲性能有所下降。

（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、低引氣等性能優勢，特別是能引入穩定適量的微氣泡，改善混凝土的孔結構，切斷毛細通道，提高混凝土的抗滲和抗凍性能。

（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晶水化物——鈣礬石，在產生鈣礬石的同時，其體積將比水化鋁酸鈣體積增加2.5倍，因此，摻入UEA后混凝土抗滲等級比普通混凝土提高1～2倍。但膨脹劑的摻量必須嚴格控制，且每次的摻量應嚴格控制均勻，以保證混凝土的體積膨脹率一致，避免混凝土產生裂縫而影響混凝土的抗滲和抗凍性能。

3 混凝土配合比設計

配合比設計原則，首先要滿足混凝土抗滲、抗凍性要求，同時要考慮混凝土強度、和易性及經濟性等方面的要求，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。混凝土的抗滲能力取決于混凝土內部的孔隙和裂縫，影響混凝土抗滲、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、等級要進行優選，并通過試驗進行最后確定，限制砂率在一定范圍內，保證水泥漿與石子的良好結合，在砂率和最小水泥用量已定的情況下，應對灰砂比進行驗證，不宜小于1∶（2.0～2.5）等。河口水電站樞紐混凝土要求抗滲抗凍為C20 F200 W 6，其他建筑物混凝土要求抗滲抗凍為C15 F150 W4。通過反復實驗確定水灰比W/C為0.42，單位用水量W s=141 kg，砂率為38%。混凝土抗壓強度、抗滲性能試驗結果如表3。混凝土抗凍性能試驗結果如表4。

表3 混凝土抗壓強度、抗滲性能試驗結果

4 混凝土抗滲抗凍施工過程質量控制

（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，以確保混凝土攪拌均勻和發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。單摻有引氣劑的混凝土，應預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，必須防止混凝土產生離析、坍落度和含氣量的損失，運輸距離較遠或氣溫較高時，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。混凝土的澆筑作業，必須作好技術交底，要比普通混凝土有更加嚴格的要求和控制，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注意，每點振（15～30）s，以表面不再出現氣泡、不再泛出灰漿為振實。混凝土初凝前后，反復抹壓，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。結合工程具體情況，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，大量塑性收縮裂縫易出現，因此，混凝土表面必須加強處理。抗凍、抗滲試件應按規范要求制作，抗滲試塊每500m3混凝土應至少制作1組標養28 d試塊，但每一工程不能少于2組；預制商品混凝土的抗滲試件制作組數，應按結構物及規范要求制作。

（4）養護。有抗滲、抗凍要求的大體積混凝土，應采取三邊操作法，即邊澆筑、邊抹平、邊進行充分的保濕養護。有抗滲、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，應達到設計強度后才能受凍，如果工期要求必須冬期施工，應采取相應的技術措施，達到正溫養護條件。采取外圍上蓋、內加熱的立體保溫措施，養護環境溫度不宜低于+5℃。混凝土的養護程度對其抗滲、抗凍性能影響很大，如果早期脫水或養護過程中缺少充足的水分和溫度，則抗滲、抗凍性大幅度降低，甚至完全喪失，養護必須及時到位，養護時間不少于14 d；不宜采取蒸汽養護。冬期施工應采取保溫、保濕措施，不宜摻加防凍劑，要達到正溫養護條件。養護濕度越高，對提高防水混凝土的抗滲、抗凍性能越有利。大體積混凝土內部，養護時混凝土處于高溫、高濕（相對于標養）、高壓（相對于自由狀態）條件下完成硬化過程，強度增長比同齡期標養快，接近和達到蒸養效果。

（5）拆模。抗滲、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境溫度的溫差不得超過20℃，以防混凝土表面出現裂縫。一般控制拆模和上人作業時間為氣溫（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護到要求時間。地下結構部分，拆模后應及時回填土，以利于混凝土后期強度的增長及獲得預期的抗滲、抗凍性能。

5 結 語

抗滲、抗凍混凝土工程質量優劣不僅取決于混凝土原材料本身質量及配合比，而且施工過程控制如攪拌、運輸、澆筑、振搗、養護等等，都將對混凝土質量產生很大影響。因此，施工時必須對各環節嚴加控制，采取相應的措施，避免造成滲漏水等質量隱患。抗滲、抗凍混凝土施工一般不宜留施工縫，可采取分段分層連續澆筑，對于大體積混凝土工程，還應采取相應的技術措施，控制溫差不大于20℃，以避免溫度裂縫的產生。總之，在河口水電站我們通過優化混凝土配合比的設計，加強混凝土施工過程的質量控制，提高混凝土本身密實度，滿足了該工程混凝土的抗滲和抗凍性能設計要求。

［1］王玉瑛.建筑工人[J].建筑技術，2005，（11）.

［2］趙青揚.建筑知識[J].北京：中國建筑學會，2002，（5）.

［3］DL/T 5144-2001.水工混凝土施工規范[S]

［4］SL 211-2006.水工建筑物抗凍設計規范[S].

［5］DL/T 5300-2005.水工混凝土配合比設計規程[S].