高抗硫混凝土在格尔木市温泉水库中的应用

马文竣

（青海省水利水电工程局有限责任公司，青海 西宁 810001）

近年来，硫酸盐侵蚀破坏逐渐成为影响水利工程耐久性的主要原因之一。硫酸盐对混凝土的破坏是多方面的，主要表现为化学腐蚀与物理破坏的双重作用，使用高抗硫混凝土已成为目前解决此类问题的关键手段。

文章主要结合高抗硫混凝土在格尔木市温泉水库除险加固工程中的应用，对高抗硫混凝土在水利工程防硫酸侵蚀工作中的作用进行研究分析。

1 工程及地质概况

1.1 工程概况

格尔木市温泉水库属Ⅱ等大（2）型工程，为多年调节水库，水库枢纽由大坝、放水洞、溢洪道三大主要建筑物组成，主要建筑物均为2 级，次要建筑物为3 级。格尔木市温泉水库的主要工程任务是防洪和发电，即为下游梯级电站供水、提高电站的供电能力。其设计洪水标准为100 年一遇，按2000 年一遇洪水校核；水库校核洪水位3958.1 m，总库容2.55×108m3，其中调洪库容0.93×108m3，兴利库容1.5×108m3，二者库容重叠0.16×108m3；设计洪水位3957.3 m，相应库容2.15×108m3；正常水位3956.4 m，相应库容1.8×108m3；死水位3951.7 m，相应库容0.3×108m3。结合工程地质情况，地震设防烈度为Ⅷ度。

1.2 工程地质环境

格尔木市温泉水库加固工程场地按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）划分，环境类别属Ⅱ类，场地土属弱- 中盐渍土，对钢筋混凝土中的钢筋具有弱- 中腐蚀性。地下水中SO42-含量达5140 mg/L～5480 mg/L，对混凝土具有结晶类硫酸性强腐蚀作用。混凝土侵蚀破坏现状见图1。

图1 混凝土侵蚀破坏现状

2 高抗硫酸盐混凝土在温泉水库中的应用

高抗硫酸盐混凝土使用高抗硫酸盐硅酸盐水泥（简称P·HSR）作为胶凝材料。高抗硫酸盐水泥是以特定矿物组成的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗较高浓度的硫酸根离子侵蚀的专用水泥[1]。高抗硫酸盐混凝土具有抗渗性好，强度高，裂缝少等优点，由其浇筑的混凝土构件结构稳定，整体力学性能优良，能显著提高硫酸根离子和氯离子的腐蚀作用，提高工程耐久性。

2.1 高抗硫酸盐混凝土在工程中的设计要求

温泉水库除险加固工程根据地质环境类别和混凝土结构耐久性要求，工程基础均采用高抗硫酸盐混凝土，按照强腐蚀设计条件处理，水泥采用P·HSR42.5 高抗硫酸盐硅酸盐水泥。混凝土强度不低于C40，水泥用量不低于350 kg/m3，水灰比不大于0.4，同时钢筋保护层厚度不小于50 mm，在基础以及溢洪道表面涂刷防腐涂料，延缓腐蚀。

2.2 高抗硫酸盐混凝土的生产

2.2.1 原材料控制

（1）水泥

水泥品种选用P·HSR42.5 高抗硫硅酸盐水泥，由保管员和质检员对水泥的外观进行检查，合格后办理入库手续。每批水泥均应有出厂合格证和复检资料，由试验员和监理工程师按有关规定，对每批水泥进行抽样复检，合格后方后使用。

以400 t 同厂家、同品种、同标号水泥作为一个取样单位，不足400 t 时按一个取样单位处理。检测项目主要包括凝结时间、水泥强度、含碱量、体积安定性及水化热等。

到场的水泥按不同出厂批号、品种、强度等级等分别贮存在仓库中，设防潮层，防止水泥变质。水泥袋距地面边墙距离不少于30 cm，堆放高度不得超过15 袋。

水泥进入拌和机时，应采取有效降温措施，控制温度不得超过60℃，并应经监理工程师批准后方可使用。

（2）水

采用库区中的水作为混凝土拌制和养护用水。进场后提前对水质进行化验，避免拌和用水所含物质影响混凝土的和易性和强度增长，从而引起钢筋和混凝土的腐蚀。

（3）骨料

作为混凝土的主要原料，骨料在建筑物中主要起骨架和支撑的作用。本工程所用骨料从格尔木市南郊砂料场采购。施工现场不同粒径的骨料分别堆存，并在骨料存放区内砌筑隔断。

2.2.2 混凝土配合比设计及调整

混凝土配合比设计在满足设计和施工所要求的强度、容重、和易性、抗冻性及抗渗性等条件下，单位体积混凝土的各种材料用量应力争做到经济，且能够保证混凝土质量最优。主要设计参数应满足以下原则：

水灰比：水灰比是影响混凝土密实性、耐久性的主要因素的，应严格控制水灰比。本工程混凝土水灰比不超过合同的有关规定；单位用水量：单位用水量主要控制混凝土拌和物流动性，以满足混凝土拌和物流动性的要求为准；砂率：砂率会影响拌和物的流动性、粘聚性和保水性。本工程经试验确定最优砂率；水泥用量：混凝土水泥用量满足技术规范要求；外加剂：根据技术规范要求，混凝土有抗渗抗冻要求的掺引气剂；为降低水泥用量掺减水剂；高强度水泥掺硅粉等。

施工过程中按照设计和技术条款要求进行混凝土配合比设计和调整，保证其水灰比不超过0.5；充分利用水泥的活性，减少水泥水化热；根据砂石、粉煤灰中的含水量及时调整用水量；机械拌和，搅拌均匀；严格控制配合比试验环境条件如表1：

表1 混凝土试验环境条件

在施工过程中，所用材料发生变化需要改变配合比时，报监理工程师批准后重新试验。

2.3 高抗硫酸盐混凝土浇筑流程

高抗硫混凝土浇筑流程如图1。

图1 高抗硫混凝土浇筑流程

2.4 高抗混凝土拌和、运输系统

（1）混凝土拌和系统

根据本工程特点，结合设计规划，按照满足混凝土运输设备的最大运输半径和运距的原则，本工程拟采用集中布置方式，设一个拌和站一套拌合系统。拌和站布置在溢洪道Ⅱ左侧0+350左右处。

（2）混凝土输送设备

拌和站至浇筑区的混凝土运输用2 台3 m3混凝土运输罐车进行水平运输。配置1 台25 t 和1 台25 t 汽车吊吊运入仓。

（3）高抗硫混凝土拌合

结合格尔木温泉水库地形特点，高抗混凝土选用现场拌制方式，严格按照混凝土配料单进行配料，高抗混凝土组成材料的配料量均以重量计。称量的允许偏差不应超过表2 规定。混凝土纯拌和时间不少于规范要求的最少拌和时间。每台班拌和前，检查拌合站叶片的磨损情况，在混凝土拌和过程中，定时检测骨料含水量，必要时应加密检测。混凝土掺和料在现场采用干掺法，且必须搅拌均匀。

表2 高抗混凝土材料允许偏差

（4）混凝土工程主要机械配置

混凝土施工主要机械设备表3。

表3 混凝土施工主要机械设备

2.5 高抗混凝土浇筑施工

（1）混凝土浇筑顺序为：先浇筑高强度等级，后浇筑低强度等级；先浇筑墙柱，后浇筑梁板。混凝土捣实使用内部机械振捣；混凝土构件顶面部分或其他特殊地方采用外部机械振捣，振捣频率每分钟不少于4500 脉冲。浇筑之前，先平铺一层2 cm～3 cm 厚的水泥砂浆，其水灰比与混凝土浇筑强度相适应，保证新老混凝土施工面结合良好。

（2）混凝土浇筑时采用台阶施工法或平铺法，按一定方向、次序、厚度，分层进行，分层下料、分层振捣，振捣采用插入式振捣器，振捣棒插入下层混凝土50 mm～100 mm，且振捣器插点均匀排列，移动间距不大于1.5 倍的作用半径，快插慢提，振捣均匀，不得漏振，变换插入式振捣棒在混凝土拌合物中的水平位置时，竖向缓慢拔出，不得放在拌合物内平拖。

（3）当梁与强、柱节点钢筋较密时，加强二次振捣，直至表面出现浮浆、不再陷落、混凝土停止下沉、不冒气泡、泛浆、表面平坦为止。当混凝土浇至梁板面时，采用平板振捣器沿垂直浇筑方向来回振捣，振捣完后及时刮平，并分别在混凝土初凝和终凝之前进行两次压实、抹平，压平过程中严禁向混凝土表面洒水，并应防止过度操作表面混凝土的质量。

（4）对于该工程高抗硫混凝土结构的施工缝，在混凝土浇筑完毕初凝后，立即将表面凿毛，凿除混凝土表面的粉煤灰、浮浆，露出混凝土中的石子。

3 结论及建议

依据《水利水电工程施工质量检测与评定规程》SL176-2007，《水利水电基本建设工程单元工程质量等级评定标准》249.1-88对监测资料进行综合评定:格尔木市温泉水库分部工程优良率100%，单位工程评定优良，工程质量等级优良。由此可知，高抗硫酸盐混凝土能显著提高工程对环境的适应性和耐久性，可以在水利工程中广泛应用。青海省盐碱地分布广泛，在工程运行过程中，土壤或地下水中腐蚀因子会严重影响工程寿命，因此，使用高抗硫酸盐混凝土，表层涂刷防腐剂普遍适用，且可以取得较好的效果[3]。