浅谈河口水电站混凝土抗渗抗冻施工技术

杨 慧

(湖南水总水电建设集团有限公司 长沙市 410007)

1 工程概况

河口水电站位于新疆阿克苏地区乌什县境内，属于秋格尔水电梯级开发工程中的第5个梯级电站。电站是一个以发电为主，兼顾灌溉等综合效益的水利水电枢纽工程。电站装机容量15.2MW，主要建筑物由引水渠道、前池、排冰泄槽、压力管道、厂房和尾水渠组成。电站地处塔克拉玛干大沙漠之北部，欧亚大陆腹地，属典型的北温带大陆性干旱半干旱荒漠性气候。夏季酷暑，冬季严寒，春季温度不稳，而秋季降温迅速，降水量少，蒸发量大，多风沙且风向不定。多年平均气温9.11℃，极端最高气温35.5℃（1975年7月14日），极端最低气温-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），最大冻土深度103 cm，最大积雪深度13 cm。

工程区位于塔里木盆地西北边缘，地貌轮廓大体为两山夹一谷地貌，北部为天山南麓的阔克沙勒山岭，南部为喀拉铁克山，河口水电站位于托什干河右岸的Ⅰ、Ⅱ级阶地上，两岸阶地不对称，阶面宽度Ⅰ级堆积阶地右岸宽于左岸，Ⅱ级侵蚀阶地左岸有数米厚的洪积物，而右岸大部地段无洪积物堆积或厚度较薄。地下水水位埋深（2.2～4.2）m，渗透系数6.4×10-2cm/s，属强透水，承载力值 350 kPa，变形模量30MPa，低压缩性。河口水电站厂房位于地面以下20.8m深的砂石料沉积层上，电站枢纽混凝土强度、抗渗、抗冻设计要求如表1。

2 抗渗抗冻混凝土原材料及技术要求

抗渗抗冻混凝土一般可分为普通防水混凝土、外加剂防水混凝土和膨胀防水混凝土三种，普通防水混凝土是通过调整混凝土配合比，提高混凝土自身的密实度而达到抗渗和抗冻要求的。外加剂防水混凝土和膨胀水泥防水混凝土是通过掺加外加剂和膨胀水泥达到混凝土本身密实度来提高抗渗和抗冻能力的。防水混凝土除要满足强度要求外，主要还需满足抗渗抗冻要求，防水混凝土一般都容易满足强度要求，而且都高出一个强度等级以上，但要满足抗渗、抗冻要求就有一定难度了，必须采取相应的技术措施。

表1 电站枢纽混凝土强度、抗渗、抗冻设计要求

（1）水泥。我国执行ISO水泥新标准后，水泥质量有了很大提高，水泥的选用除满足现行水泥标准以外，还要满足抗渗、抗冻混凝土的特殊要求，要选抗渗性好、泌水性小、中低水化热水泥及具有一定抗侵蚀性的水泥，水泥等级不宜低于42.5级，水泥品种首选硅酸盐水泥和普通水泥，河口水电站使用的水泥是阿克苏青松建化水泥厂生产的P.O42.5R普通硅酸盐水泥，其物理力学性能检测结果如表2。

表2 物理力学性能检测结果

（2）砂。优选中砂或中粗砂，要严格控制砂的级配，含泥量不大于3%，泥块含量不应大于1%，对于泵送混凝土，要求通过0.315mm筛孔的砂不应小于15%，且不应大于30%，其目的也是为了提高混凝土的可泵性和致密性。

（3）粗骨料。粗骨料品种选用卵石或碎石均可，优选级配良好的骨料是关键。对于石子的最大粒径应严格控制，最大粒径不得大于40mm，一般以（20～31.5）mm为宜。最小粒径不得小于20mm，选用粒径较小的石子是为了使砂浆与石子界面间产生的微小裂缝控制在最低程度，因为混凝土在硬化过程中，石子不收缩，而包裹石子周围的水泥砂浆收缩，石子与砂浆的变形是不一致的，石子粒径越大，周长越长，与砂浆收缩的差值也越大，致使砂浆与石子接触面产生一些细微裂缝孔越大，对混凝土抗渗、抗冻性能极为不利。

（4）混凝土掺和料。混凝土掺和料主要有粉煤灰、沸石粉、磨细矿渣及硅粉等，掺和料应因地制宜，货源广、经济、技术效果较为明显的首选粉煤灰。粉煤灰宜选用Ⅱ级以上灰，掺粉煤灰的主要作用是降低泌水作用，有利于骨料-水泥浆界面强度的提高，粉煤灰掺量应有个界限，抗渗、抗冻混凝土掺入Ⅰ级粉煤灰时，以掺入20%为宜，当粉煤灰掺入量小于20%时，随着掺入量的增加，混凝土抗渗性能提高，当粉煤灰掺量超过20%时，抗渗性能有所下降。

（5）外加剂。抗掺、抗冻混凝土必须掺入不同性能的各种外加剂，具体包括引气剂、减水剂、缓凝剂、膨胀剂等，才能满足混凝土高耐久性能的要求。河口水电站采用的外加剂为HS-107高浓高效聚羧酸系引气减水剂，具有高减水、高保坍、低缓凝、低引气等性能优势，特别是能引入稳定适量的微气泡，改善混凝土的孔结构，切断毛细通道，提高混凝土的抗渗和抗冻性能。

（6）膨胀剂。首选UEA或低碱UEA膨胀剂，它具有抗裂、防渗的功效，主要是因它掺入水泥中，水化后能形成一种膨胀结晶水化物——钙矾石，在产生钙矾石的同时，其体积将比水化铝酸钙体积增加2.5倍，因此，掺入UEA后混凝土抗渗等级比普通混凝土提高1～2倍。但膨胀剂的掺量必须严格控制，且每次的掺量应严格控制均匀，以保证混凝土的体积膨胀率一致，避免混凝土产生裂缝而影响混凝土的抗渗和抗冻性能。

3 混凝土配合比设计

配合比设计原则，首先要满足混凝土抗渗、抗冻性要求，同时要考虑混凝土强度、和易性及经济性等方面的要求，尽可能采用低水灰比，一般来说强度等级比普通混凝土易达到要求，且往往还高出一个强度等级以上。混凝土的抗渗能力取决于混凝土内部的孔隙和裂缝，影响混凝土抗渗、抗冻性能的主要因素是水灰比、骨料、水泥品种和外加剂，以及施工管理、控制水平。因此，对各项原材料、品种、等级要进行优选，并通过试验进行最后确定，限制砂率在一定范围内，保证水泥浆与石子的良好结合，在砂率和最小水泥用量已定的情况下，应对灰砂比进行验证，不宜小于1∶（2.0～2.5）等。河口水电站枢纽混凝土要求抗渗抗冻为C20 F200 W 6，其他建筑物混凝土要求抗渗抗冻为C15 F150 W4。通过反复实验确定水灰比W/C为0.42，单位用水量W s=141 kg，砂率为38%。混凝土抗压强度、抗渗性能试验结果如表3。混凝土抗冻性能试验结果如表4。

表3 混凝土抗压强度、抗渗性能试验结果

4 混凝土抗渗抗冻施工过程质量控制

（1）混凝土搅拌。由于防水混凝土掺外加剂和掺和料，因此，必须要比普通混凝土增加搅拌时间50%以上，宜在3min以上，以确保混凝土搅拌均匀和发挥各种外加剂的作用。搅拌时，首先将砂石、水泥倒入搅拌机内。单掺有引气剂的混凝土，应预先将引气剂稀释成一定浓度后加入，因引气剂掺量少，稀释后计量加入易控制，效果明显。

（2）混凝土运输。无论采取何种运输机具，必须防止混凝土产生离析、坍落度和含气量的损失，运输距离较远或气温较高时，通过试验确定可以掺入缓凝剂和提高混凝土坍落度（10～20）mm，以减少坍落度损失，确保浇筑时的坍落度要求。不允许采用现场二次加水提高混凝土坍落度的办法，但允许加入减水剂以提高坍落值。一般出机4 h后的混凝土就不能再用了，应作为废料弃掉，但加了缓凝的混凝土除外，以缓凝剂到初凝时间为界限控制。

（3）浇筑。混凝土的浇筑作业，必须作好技术交底，要比普通混凝土有更加严格的要求和控制，必须保证混凝土振捣密实，采用插入式振捣器时，插入间距不应超过有效半径的1.5倍。要加强振捣，做到不漏振、不欠振、不过振，要快插慢拔，尤其是泵送混凝土更应注意，每点振（15～30）s，以表面不再出现气泡、不再泛出灰浆为振实。混凝土初凝前后，反复抹压，接近初凝时，或开始凝固不易抹动时，亦可采取二次振捣方法，可使混凝土进一步密实化，以提高其防渗、抗冻能力。如果是底板，在接近初凝时更适宜进行二次振捣。当然，二次振捣时间的把握与水泥品种、W/C、坍落度、气温和振捣条件等有关。结合工程具体情况，采用无接缝、分层、二次振捣法可用平板振捣器进行，以排除表面浮浆，用木抹子拍实、搓压，或再用铁抹子压光，防止表面龟裂。混凝土表面压光宜待收水后进行，一般用手按，能留下指纹为最佳时间。泵送混凝土坍落度大，稍有振动石子就下沉、浆体上浮、泌水出现，大量塑性收缩裂缝易出现，因此，混凝土表面必须加强处理。抗冻、抗渗试件应按规范要求制作，抗渗试块每500m3混凝土应至少制作1组标养28 d试块，但每一工程不能少于2组；预制商品混凝土的抗渗试件制作组数，应按结构物及规范要求制作。

（4）养护。有抗渗、抗冻要求的大体积混凝土，应采取三边操作法，即边浇筑、边抹平、边进行充分的保湿养护。有抗渗、抗冻要求的混凝土不宜冬天施工，不采取临界受冻强度值控制，应达到设计强度后才能受冻，如果工期要求必须冬期施工，应采取相应的技术措施，达到正温养护条件。采取外围上盖、内加热的立体保温措施，养护环境温度不宜低于+5℃。混凝土的养护程度对其抗渗、抗冻性能影响很大，如果早期脱水或养护过程中缺少充足的水分和温度，则抗渗、抗冻性大幅度降低，甚至完全丧失，养护必须及时到位，养护时间不少于14 d；不宜采取蒸汽养护。冬期施工应采取保温、保湿措施，不宜掺加防冻剂，要达到正温养护条件。养护湿度越高，对提高防水混凝土的抗渗、抗冻性能越有利。大体积混凝土内部，养护时混凝土处于高温、高湿（相对于标养）、高压（相对于自由状态）条件下完成硬化过程，强度增长比同龄期标养快，接近和达到蒸养效果。

（5）拆模。抗渗、抗冻混凝土不宜过早拆模，拆模时混凝土表面温度和周围环境温度的温差不得超过20℃，以防混凝土表面出现裂缝。一般控制拆模和上人作业时间为气温（1～5）℃时72 h拆模；气温（5～10）℃时60h 拆模；气温（10～15）℃时 48h 拆模；气温（15～25）℃时36 h拆模；气温25℃以上时20 h拆模。折模后，立即采取浇水或覆盖塑料薄膜养护到要求时间。地下结构部分，拆模后应及时回填土，以利于混凝土后期强度的增长及获得预期的抗渗、抗冻性能。

5 结 语

抗渗、抗冻混凝土工程质量优劣不仅取决于混凝土原材料本身质量及配合比，而且施工过程控制如搅拌、运输、浇筑、振捣、养护等等，都将对混凝土质量产生很大影响。因此，施工时必须对各环节严加控制，采取相应的措施，避免造成渗漏水等质量隐患。抗渗、抗冻混凝土施工一般不宜留施工缝，可采取分段分层连续浇筑，对于大体积混凝土工程，还应采取相应的技术措施，控制温差不大于20℃，以避免温度裂缝的产生。总之，在河口水电站我们通过优化混凝土配合比的设计，加强混凝土施工过程的质量控制，提高混凝土本身密实度，满足了该工程混凝土的抗渗和抗冻性能设计要求。

［1］王玉瑛.建筑工人[J].建筑技术，2005，（11）.

［2］赵青扬.建筑知识[J].北京：中国建筑学会，2002，（5）.

［3］DL/T 5144-2001.水工混凝土施工规范[S]

［4］SL 211-2006.水工建筑物抗冻设计规范[S].

［5］DL/T 5300-2005.水工混凝土配合比设计规程[S].