幾內亞蘇阿皮蒂大壩混凝土溫控淺析

羅小平，郭亮輝，王鳳林，張 申

(中國水利電力對外有限公司，北京 100120)

1 工程概況及氣候條件

幾內亞蘇阿皮蒂水電站是孔庫雷流域梯級電站的第二級，碾壓混凝土重力壩最大壩高120 m，壩軸線長1 164 m，壩體碾壓混凝土約300萬m3，大壩內部為C9015混凝土約240萬m3，電站總裝機容量450 MW。

壩體海拔高度在100～215 m之間，屬熱帶草原氣候，每年5月～10月為雨季，降雨量占全年的90%，11月～次年4月為旱季。年平均氣溫在26.6 ℃，月均氣溫在25～28 ℃之間，多年平均相對濕度73.5%，年內變化范圍57%～89%。

2 設計混凝土溫控標準[1]

根據清華大學溫控計算成果及2017年4月鄭州溫控會議形成的咨詢意見，設計確定溫控要求如下：基礎約束區碾壓混凝土澆筑溫度≤25 ℃，脫離約束區碾壓混凝土澆筑溫度≤28 ℃。基礎強約束區最高溫度≤42 ℃，基礎弱約束區碾壓混凝土允許最高溫度≤44 ℃，脫離約束區允許最高溫度≤48 ℃。混凝土建筑物內外溫差：厚度小于6 m的結構≤20 ℃，厚度大于6 m的結構≤19 ℃。

3 混凝土材料及大壩內部混凝土配合比

大壩混凝土所用水泥為幾內亞當地產42.5級的硅酸鹽水泥，粉煤灰為中國萊州粉煤灰，輝綠巖人工砂石骨料，混凝土高效緩凝減水劑與引氣劑聯摻。因輝綠巖人工砂石骨料混凝土單位用水量較其他巖石的人工砂石骨料高，混凝土膠凝材料用量隨之增大，硅酸鹽水泥發熱量較高，壩體內部C9015三級配大體積碾壓混凝土是溫控重點。

4 混凝土溫控措施分析

國內大體積混凝土，一般在壩體中布置冷卻水管，通過分期通水措施，使壩體溫度降低至滿足大壩各類灌漿要求的溫度[2-3]；蘇阿皮蒂水利樞紐項目地處幾內亞，年平均氣溫在26 ℃左右，混凝土方量大，工期緊。碾壓混凝土施工的兩個主要影響因素，其一高溫時段施工混凝土需要快速覆蓋，不宜長時間暴露在陽光下，否則溫度倒灌致使混凝土澆筑溫度上升較快；其二，幾內亞氣候特點為熱帶海洋性氣候，主雨季雨量大，降雨來得快，倉面易積水，排水困難。鑒于此，碾壓混凝土澆筑施工采取斜層平推法施工，有利于倉內排水，但在壩體內部布置冷卻水管方案執行很困難。

以分析氣候條件及水文氣象特點，合理確定穩定溫度場、分縫分塊尺寸、混凝土抗裂指標，預防危害性貫穿裂縫發生，盡可能減少表面裂縫及壩體內部深層裂縫為重點，對所收集壩址區年平均氣溫和變幅、多年月平均氣溫、旬平均氣溫、氣溫驟降的變幅和歷時及相應的頻率、河流水溫、壩基地溫以及類似工程水庫水溫等資料進行分析。

表1 C9015石粉摻和料碾壓混凝土試驗配合比

表2 C9015石粉摻和料碾壓混凝土熱學性能試驗結果

表3 C9015石粉摻和料混凝土絕熱溫升試驗結果

從蘇阿皮蒂大壩混凝土工程氣溫、河水溫度、地溫以及極端氣候條件下溫度變化情況看，環境溫度常年在25～31 ℃之間，且日、月、年變幅小，日高溫時段在13∶00～17∶00之間，低溫時段在4∶00～6∶00，且高溫/低溫持續時間短。由以上氣候特征數據可得出，環境溫度場較穩定，無極端氣候發生，外界影響因素小，有利于混凝土溫控。根據工程經驗及規范要求，控制好內外溫差不超過設計要求，就可以較好地避免混凝土溫度裂縫的發生。混凝土環境溫度在25～31 ℃之間時，根據設計要求的最高溫度、內外溫差及混凝土自身的絕熱溫升值可推導出混凝土的澆筑溫度為[3- 4]：

(1)混凝土最高允許溫度。內部混凝土最高允許溫度在25+19～31+19 ℃之間，取下限值≤44 ℃控制。

(2)最高澆筑溫度。壩體內部C9015W6F50配合比單摻粉煤灰絕熱溫升值16.08 ℃，在混凝土無其他溫度影響的條件下，允許澆筑計算溫度理論值應為27.92～33.92 ℃，澆筑溫度控制標準取理論計算下限值≤27.92 ℃。

通過對混凝土所處環境條件及設計溫控技術要求標準分析，大壩混凝土取消壩體冷卻水管也可滿足溫控要求，但須嚴格控制混凝土澆筑溫度，需降低壩體內部大體積混凝土配合比膠凝材料用量，盡可能降低水化熱溫升，控制早期水泥水化發展過快，消減水泥水化溫度峰值等措施。

5 混凝土溫控措施

5.1 降低混凝土膠凝材料用量

降低混凝土的水化熱溫升、消減溫升峰值，采用粉煤灰+石粉組合作為混凝土摻和料。利用水泥及粉煤灰不同時段水化作用，在混凝土中應用微細填料，把石粉作為膠凝材料的一部分，降低膠材總量，從而有效降低混凝土溫升，較好削減溫升峰值。石粉摻和料C9015碾壓混凝土絕熱溫升試驗配合比及試驗結果見表1～3。

三級配C9015W6F50碾壓混凝土采用摻粉煤灰+石粉方案降低混凝土溫升1.2 ℃，石粉作為惰性摻合料，在整個水泥水化過程中只是作為填料使用，使混凝土內部結構更加致密。

5.2 拌和系統風冷

5.2.1混凝土入倉溫度、出機口溫度確定及測溫結果

根據對溫控因素的分析，混凝土澆筑溫度必須控制在不大于25 ℃，依據《水利水電工程施工技術全書》控制入倉強度，從卸料、平倉攤鋪、碾壓完成至下層拌和物攤鋪覆蓋歷時，攤鋪及碾壓后混凝土表面吸收的熱量等因素進行計算，對各個環節混凝土溫度回升值疊加計算，得到控制參數為：①入倉溫度≤20℃；②根據運輸車輛裝載量、運輸距離、風速、運輸過程中吸熱量等計算，控制混凝土拌和物出機口溫度≤17℃。

根據拌和前混凝土原材料總熱量與拌和后流態混凝土的總熱量相等的原理，采取了骨料一次及二次風冷、冷水拌和、控制水泥入罐使用溫度、料堆高度限制等措施，有效保證了出機口混凝土溫度在17 ℃以內。

5.3 運輸及澆筑倉面溫度控制

(1)所有混凝土運輸車輛頂部加裝遮陽蓬。

(2)澆筑過程中高溫時段倉面采取噴霧措施，形成人造小環境。

(3)混凝土入倉后在1 h內完成碾壓作業，已完成碾壓層采取保溫被覆蓋保濕防曬防止溫度倒灌。

(4)澆筑完成的混凝土始終保持流水養護至下層混凝土覆蓋前，永久暴露面養護時間不少于28 d。

(5)大倉面通倉薄層澆筑，短間歇連續上升。

6 大壩混凝土溫控實際效果

(1)壩體測溫結果。對大壩埋設的66支溫度傳感器監測數據進行統計分析，結果見圖1。監測結果表明，91%混凝土最高溫度均滿足設計最高溫度要求，溫度較低溫度計均埋設在壩體防滲區域附近。最高溫度出現在27號壩段底孔附近，為C20常態混凝土。

圖1 壩體混凝土測溫結果分布

(2)混凝土表面裂縫檢查。對壩體混凝土進行裂縫檢查，大壩上、下游碾壓混凝土表面及壩體內部廊道較少出現視力可見的混凝土裂縫。

(3)壩體滲漏檢查。壩體初期蓄水后未發現滲漏型裂縫。

7 結 語

幾內亞蘇阿皮蒂水利樞紐工程實踐證明，在對工程所處環境溫度場充分了解的情況下，根據咨詢會議制定的溫控標準是合適的。在混凝土實際澆筑過程中，按制定的溫控標準，并通過配合比優化，拌和系統采取制冷措施，運輸過程中及倉面施工中采用溫控方式，并在混凝土終凝后持續流水養護等的溫控措施，達到了較好的溫控效果。