几内亚苏阿皮蒂大坝混凝土温控浅析

罗小平，郭亮辉，王凤林，张 申

(中国水利电力对外有限公司，北京 100120)

1 工程概况及气候条件

几内亚苏阿皮蒂水电站是孔库雷流域梯级电站的第二级，碾压混凝土重力坝最大坝高120 m，坝轴线长1 164 m，坝体碾压混凝土约300万m3，大坝内部为C9015混凝土约240万m3，电站总装机容量450 MW。

坝体海拔高度在100～215 m之间，属热带草原气候，每年5月～10月为雨季，降雨量占全年的90%，11月～次年4月为旱季。年平均气温在26.6 ℃，月均气温在25～28 ℃之间，多年平均相对湿度73.5%，年内变化范围57%～89%。

2 设计混凝土温控标准[1]

根据清华大学温控计算成果及2017年4月郑州温控会议形成的咨询意见，设计确定温控要求如下：基础约束区碾压混凝土浇筑温度≤25 ℃，脱离约束区碾压混凝土浇筑温度≤28 ℃。基础强约束区最高温度≤42 ℃，基础弱约束区碾压混凝土允许最高温度≤44 ℃，脱离约束区允许最高温度≤48 ℃。混凝土建筑物内外温差：厚度小于6 m的结构≤20 ℃，厚度大于6 m的结构≤19 ℃。

3 混凝土材料及大坝内部混凝土配合比

大坝混凝土所用水泥为几内亚当地产42.5级的硅酸盐水泥，粉煤灰为中国莱州粉煤灰，辉绿岩人工砂石骨料，混凝土高效缓凝减水剂与引气剂联掺。因辉绿岩人工砂石骨料混凝土单位用水量较其他岩石的人工砂石骨料高，混凝土胶凝材料用量随之增大，硅酸盐水泥发热量较高，坝体内部C9015三级配大体积碾压混凝土是温控重点。

4 混凝土温控措施分析

国内大体积混凝土，一般在坝体中布置冷却水管，通过分期通水措施，使坝体温度降低至满足大坝各类灌浆要求的温度[2-3]；苏阿皮蒂水利枢纽项目地处几内亚，年平均气温在26 ℃左右，混凝土方量大，工期紧。碾压混凝土施工的两个主要影响因素，其一高温时段施工混凝土需要快速覆盖，不宜长时间暴露在阳光下，否则温度倒灌致使混凝土浇筑温度上升较快；其二，几内亚气候特点为热带海洋性气候，主雨季雨量大，降雨来得快，仓面易积水，排水困难。鉴于此，碾压混凝土浇筑施工采取斜层平推法施工，有利于仓内排水，但在坝体内部布置冷却水管方案执行很困难。

以分析气候条件及水文气象特点，合理确定稳定温度场、分缝分块尺寸、混凝土抗裂指标，预防危害性贯穿裂缝发生，尽可能减少表面裂缝及坝体内部深层裂缝为重点，对所收集坝址区年平均气温和变幅、多年月平均气温、旬平均气温、气温骤降的变幅和历时及相应的频率、河流水温、坝基地温以及类似工程水库水温等资料进行分析。

表1 C9015石粉掺和料碾压混凝土试验配合比

表2 C9015石粉掺和料碾压混凝土热学性能试验结果

表3 C9015石粉掺和料混凝土绝热温升试验结果

从苏阿皮蒂大坝混凝土工程气温、河水温度、地温以及极端气候条件下温度变化情况看，环境温度常年在25～31 ℃之间，且日、月、年变幅小，日高温时段在13∶00～17∶00之间，低温时段在4∶00～6∶00，且高温/低温持续时间短。由以上气候特征数据可得出，环境温度场较稳定，无极端气候发生，外界影响因素小，有利于混凝土温控。根据工程经验及规范要求，控制好内外温差不超过设计要求，就可以较好地避免混凝土温度裂缝的发生。混凝土环境温度在25～31 ℃之间时，根据设计要求的最高温度、内外温差及混凝土自身的绝热温升值可推导出混凝土的浇筑温度为[3- 4]：

(1)混凝土最高允许温度。内部混凝土最高允许温度在25+19～31+19 ℃之间，取下限值≤44 ℃控制。

(2)最高浇筑温度。坝体内部C9015W6F50配合比单掺粉煤灰绝热温升值16.08 ℃，在混凝土无其他温度影响的条件下，允许浇筑计算温度理论值应为27.92～33.92 ℃，浇筑温度控制标准取理论计算下限值≤27.92 ℃。

通过对混凝土所处环境条件及设计温控技术要求标准分析，大坝混凝土取消坝体冷却水管也可满足温控要求，但须严格控制混凝土浇筑温度，需降低坝体内部大体积混凝土配合比胶凝材料用量，尽可能降低水化热温升，控制早期水泥水化发展过快，消减水泥水化温度峰值等措施。

5 混凝土温控措施

5.1 降低混凝土胶凝材料用量

降低混凝土的水化热温升、消减温升峰值，采用粉煤灰+石粉组合作为混凝土掺和料。利用水泥及粉煤灰不同时段水化作用，在混凝土中应用微细填料，把石粉作为胶凝材料的一部分，降低胶材总量，从而有效降低混凝土温升，较好削减温升峰值。石粉掺和料C9015碾压混凝土绝热温升试验配合比及试验结果见表1～3。

三级配C9015W6F50碾压混凝土采用掺粉煤灰+石粉方案降低混凝土温升1.2 ℃，石粉作为惰性掺合料，在整个水泥水化过程中只是作为填料使用，使混凝土内部结构更加致密。

5.2 拌和系统风冷

5.2.1混凝土入仓温度、出机口温度确定及测温结果

根据对温控因素的分析，混凝土浇筑温度必须控制在不大于25 ℃，依据《水利水电工程施工技术全书》控制入仓强度，从卸料、平仓摊铺、碾压完成至下层拌和物摊铺覆盖历时，摊铺及碾压后混凝土表面吸收的热量等因素进行计算，对各个环节混凝土温度回升值叠加计算，得到控制参数为：①入仓温度≤20℃；②根据运输车辆装载量、运输距离、风速、运输过程中吸热量等计算，控制混凝土拌和物出机口温度≤17℃。

根据拌和前混凝土原材料总热量与拌和后流态混凝土的总热量相等的原理，采取了骨料一次及二次风冷、冷水拌和、控制水泥入罐使用温度、料堆高度限制等措施，有效保证了出机口混凝土温度在17 ℃以内。

5.3 运输及浇筑仓面温度控制

(1)所有混凝土运输车辆顶部加装遮阳蓬。

(2)浇筑过程中高温时段仓面采取喷雾措施，形成人造小环境。

(3)混凝土入仓后在1 h内完成碾压作业，已完成碾压层采取保温被覆盖保湿防晒防止温度倒灌。

(4)浇筑完成的混凝土始终保持流水养护至下层混凝土覆盖前，永久暴露面养护时间不少于28 d。

(5)大仓面通仓薄层浇筑，短间歇连续上升。

6 大坝混凝土温控实际效果

(1)坝体测温结果。对大坝埋设的66支温度传感器监测数据进行统计分析，结果见图1。监测结果表明，91%混凝土最高温度均满足设计最高温度要求，温度较低温度计均埋设在坝体防渗区域附近。最高温度出现在27号坝段底孔附近，为C20常态混凝土。

图1 坝体混凝土测温结果分布

(2)混凝土表面裂缝检查。对坝体混凝土进行裂缝检查，大坝上、下游碾压混凝土表面及坝体内部廊道较少出现视力可见的混凝土裂缝。

(3)坝体渗漏检查。坝体初期蓄水后未发现渗漏型裂缝。

7 结 语

几内亚苏阿皮蒂水利枢纽工程实践证明，在对工程所处环境温度场充分了解的情况下，根据咨询会议制定的温控标准是合适的。在混凝土实际浇筑过程中，按制定的温控标准，并通过配合比优化，拌和系统采取制冷措施，运输过程中及仓面施工中采用温控方式，并在混凝土终凝后持续流水养护等的温控措施，达到了较好的温控效果。