“五小水利”重點縣小型農田水利工程抗凍砼的質量控制

洱源縣水利水電勘測設計隊

摘要：本文簡要闡述了通過對原材料、引氣減水劑、配比試驗、施工現場管理，四個關鍵要素進行嚴格的控制以確保抗凍砼的質量。

關鍵詞：抗凍性；質量；措施；引氣減水劑；水灰比；配合比

1 工程概況

“五小水利”重點縣2015年建設項目范圍涉及洱源縣的鳳羽鎮、右所鎮和鄧川鎮共3個鎮，屬洱源縣工程性缺水較為嚴重的村委會灌片。其中鳳羽鎮設計灌溉面積1.073萬畝，節水改造渠道（干、支、斗渠）26條總長43.76km，共配套渠系建筑物232座。

“五小水利”重點縣2015年度洱源縣鳳羽灌片工程主要由輸水工程和配套渠系建筑物兩部分組成。輸水工程由盤山渠道干渠、田間灌溉支、斗渠組成。其中盤山渠道干渠所在海拔高程2250m～2300m，建成后干渠多在輸水情況下和冬季氣溫較低、溫差較大區域。

2 盤山明渠（干渠）砼抗凍的必要性

鳳羽灌片工程盤山渠道海拔在2250m～2300m之間。在高海拔地區修建輸水干渠，水工砼的抗凍耐久性（簡稱抗凍性）是一個不容忽視的問題。強度和耐久性是砼的兩大基本性能。水工建筑物要長期工作在水中，受各種外部條件的影響，維修更新難度大，因此水工砼的耐久性就是我們關注的焦點，其中砼的抗凍性更是其重點。此處針對現實施的高海拔部分渠道砼進行論述。

根據洱源縣氣象站實測資料統計：洱源縣多年平均氣溫13.9℃，最熱月平均氣溫20℃，最冷月平均氣溫6.7℃，但由于高差的原因鳳羽鎮西部山區局部最冷月平均氣溫要達到0℃。按氣候分區劃分標準應將其劃分為溫和區，但考慮到工程區立體氣候和區域小氣候非常明顯，極端氣候經常出現，所以我們將該工程區劃分為寒冷區進行考慮。工程區每年11月下旬、12月、1月、2月上旬的夜間平均氣溫都要在-5～-11℃之間，年凍融循環次數要≥100次。盤山明渠的砼多在水下和冬季水位變化區，且山高坡陡難于檢修，一旦發生凍融破壞會直接導致輸水干渠無法正常運行，威脅下游農田及群眾生命安全。

輸水干渠的砼必須要考慮其抗凍性能。按《水工混凝土結構設計規范》（SL/T191-96）的要求，根據氣候分區、凍融循環次數、表面局部小氣候條件、結構構件重要性和檢修條件，該部分砼抗凍等級要定為F300（按28d齡期的試件用快凍試驗方法測定）。

3質量控制是確保砼抗凍性的關鍵

“百年大計、質量第一”。工程質量在水利施工中占有重要的位置，是基本建設投資效益實現的主要保證。但是，在施工項目開展中，由于質量控制能力較差，控制手段不力，造成質量水平不穩定，甚至下降，致使工程質量事故時有發生。

質量控制是確保砼各項指標滿足要求的關鍵。砼質量控制的最終目標是得到質量均勻、體積穩定、耐久、滿足設計要求而且經濟的砼。只要得到了這樣優質的砼，那么其強度、抗凍性等就能得到很好的保證。我們要明確砼質量控制的重要性，要積極尋求控制質量的方法。

4 質量控制措施

4.1選用優質的原材料是砼具有良好抗凍性的前提。

首先要選用高標號水泥。水泥標號高，用量大，砼的抗凍性能則好。對抗凍性能要求高的工程部位應優先采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

其次就是選擇質地堅實，粒徑級配合理的砂石骨料。砂石骨料含有毛細孔，骨料粒徑越大，則比表面越小，界面受凍破壞的可能性越大。所以粒徑小得多的孔骨粒對抗凍有利。因此選用粒徑為5～20mm的連續級配的碎石作為粗骨料。在選用細骨料時，因為使用粗砂或細砂會使砼的和易性變差，導致含氣量下降對砼的抗凍性不利。為此我們選用了細度模數為2.75的中砂。

表1 本工程選用的原材料

水 泥砂碎 石

生產廠家品種等級實測強度（N/mm2）產地種類細度模數產地種類公稱粒徑（mm）

滇西

水泥廠上登水泥

（P.O42.5）59.9洱源西甸石場

機制砂2.75洱源西甸石場

碎石5--20

4.2使用引氣減水劑是提高砼抗凍性的主要技術措施。

提高砼的抗凍性有兩個途徑：一是使用減水劑，降低水灰比。降低水灰比能使砼的孔隙率變小，可凍孔數相應減少，砼的抗凍性則增強；二是使用引氣劑，提高含氣量。在混凝土中摻入引氣劑，可使混凝土產生均勻的適量的閉合小氣泡，改善混凝土中孔的分布和結構。利用附加氣泡在凍脹外力作用下形狀的改變來緩沖和調節凍脹壓力，從而達到提高抗凍性的目的。

4.3認真進行配比試驗是砼達到預期目標的基礎

每項砼工程在施工前都必須根據該工程所用水泥、骨料等實際材料，按照設計要求進行砼配合比設計、試驗，從而選擇出既能滿足設計要求，又經濟上合理的砼配合比。砼的配比設計是保證其質量的根本。抗凍砼中控制引氣減水劑摻量又是確保砼強度及抗凍性的關鍵。按抗凍規范推薦的小型工程抗凍含氣量要求作為參考來進行配比設計。推薦含氣量要求與水灰比要求見下表。

表2 小型工程抗凍砼含氣量要求表

砼抗凍等級≥F200≥F150砼抗凍等級≥F200≥F150

最大骨料粒徑 20mm（6.0±1）%（5.0±1）%最大骨料粒徑 80mm（4.5±1）%（3.5±1）%

最大骨料粒徑 40mm（5.5±1）%（4.5±1）%最大骨料粒徑 150mm（4.0±1）%（3.0±1）%

表3 小型工程抗凍砼水灰比要求表

砼抗凍等級F300F200F150F100F50

水灰比<0.45<0.50<0.52<0.55<0.58

在《混凝土外加劑應用技術規范》（GB 50119-2013）中對有抗凍要求的砼含氣量也有著相應規定，要求其含氣量上限不宜超過下表。

表4 摻引氣劑或引氣減水劑的砼含氣量限值

粗骨料最大公稱粒徑（mm）砼含氣量限值（%）粗骨料最大公稱粒徑（mm）砼含氣量限值（%）

107.0255.0

156.0404.5

205.5

由表2、表3、表4可知，我們在進行抗凍等級為F300的砼的配比試驗時，要求水灰比<0.45、含氣量控制在5%<5.5%之間。確定水灰比與含氣量的范圍值后，下一步工作就是認真的進行抗凍砼配比設計和抗凍試驗。試驗過程中一定要注意材料配合比參數的誤差。室內設計的配比是在標準溫度、濕度等情況進行的，而施工現場條件與室內是有誤差的。試驗室確定的材料配合比參數與施工現場越接近，誤差也就越小。

表5 抗凍砼配比試驗情況表

編號水灰比（w/C）1m3砼各項材料用量（kg）坍落度

（mm）拌和氣溫

（℃）抗壓強度（28d）

（N/mm2）含氣量

（%）

水泥砂碎石引氣減水劑（1.0%）水

10.42389.2799.21083.83.89163.271571038.95.6

20.44350.8856.21057.23.51154.141591034.65.3

30.50319.8911.51025.63.2160.911631029.75.1

表6 砼抗凍試驗情況表

編號凍融循環次數質量指標標準值測試值檢驗結論

123平均

1300強度損失率不超過25%20181718滿足F300要求

重量損失率不超過5%3.23.53.33.3

相對動彈性模量值不小于60%76777476

2300強度損失率不超過25%19211920滿足F300要求

重量損失率不超過5%3.63.53.43.5

相對動彈性模量值不小于60%72757474

3300強度損失率不超過25%28293129不足F300要求

重量損失率不超過5%4.13.83.93.9

相對動彈性模量值不小于60%71736971

經檢測，以上三組配比方案中第1、2組的抗凍等級均達到設計要求的F300，綜合考慮其他因素后確定選用2號配比方案，其配合比質量比例為：

水泥：砂：碎石：水：引氣減水劑=1：2.44：3.01：0.43：0.01

4.4嚴格的現場管理是砼達到預期目標的保證

抗凍砼有一個良好的配比設計是必要的，但能否按要求進行施工和質量控制是砼具有良好性能的保證。提出最佳配比設計方案后，嚴格按施工規范進行施工，控制質量，否則檢測中發現的問題就難以挽回。

第一，嚴格控制原材料的質量。所有進場原材料必須經過嚴格的檢驗，其各項指標均達到設計要求方能使用；第二，嚴格控制現場施工時用料用量的準確性。如果有了一個良好的配合比，但由于現場作業人員沒能準確的按配比要求用料，會造成實際澆筑的砼達不到預期的效果，所以對現場作業過程實行嚴格的監督也是一個很重要的環節；第三，抗凍砼澆筑完成后的養護工作也不能忽視，進行精心養護，是確保剛澆筑的混凝土以最佳的方式，向高強度、抗滲、耐久的硬化方向發展的重要手段。

5結語

在我們南方地區很少會遇到抗凍砼的施工，但西南山區也存在高海拔的施工環境，不能因為地域來劃分就忽視其重要性。我們要從砼發生凍融破壞的條件出發去分析是否需要考慮抗凍性能。在抗凍砼施工過程中我們要層層控制確保工程質量，控制質量過程中要注意以下幾點：（1）控制好原材料，選擇質量好、級配合理、符合要求的骨料以及抗凍性能好的水泥。（2）根據要求超前進行配比試驗，確定合理有效的配比方案，注意控制配比參數（如溫度、濕度等）。（3）監督好施工現場的作業人員，保證各種材料用量準確，拌和時間合理，避免由于實際拌和的砼與設計要求的砼不一致而造成砼質量不達標的情況發生。（4）抗凍砼澆筑完成后的養護工作也非常關鍵，不容忽視。（5）最后對已完工的砼進行現場檢測，了解其各項指標是否達到要求。

參考文獻：

[1]《水工混凝土結構設計規范》（SL/T191-96）

[2]《混凝土外加劑應用技術規范》（GB 50119-2013）

[3]《水工建筑物抗冰凍設計規范》（SL 211-2006）

[4]《水工混凝土試驗規程》（SL 352-2006）