高抗硫混凝土在格爾木市溫泉水庫(kù)中的應(yīng)用

馬文竣

（青海省水利水電工程局有限責(zé)任公司，青海 西寧 810001）

近年來(lái)，硫酸鹽侵蝕破壞逐漸成為影響水利工程耐久性的主要原因之一。硫酸鹽對(duì)混凝土的破壞是多方面的，主要表現(xiàn)為化學(xué)腐蝕與物理破壞的雙重作用，使用高抗硫混凝土已成為目前解決此類問題的關(guān)鍵手段。

文章主要結(jié)合高抗硫混凝土在格爾木市溫泉水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用，對(duì)高抗硫混凝土在水利工程防硫酸侵蝕工作中的作用進(jìn)行研究分析。

1 工程及地質(zhì)概況

1.1 工程概況

格爾木市溫泉水庫(kù)屬Ⅱ等大（2）型工程，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，水庫(kù)樞紐由大壩、放水洞、溢洪道三大主要建筑物組成，主要建筑物均為2 級(jí)，次要建筑物為3 級(jí)。格爾木市溫泉水庫(kù)的主要工程任務(wù)是防洪和發(fā)電，即為下游梯級(jí)電站供水、提高電站的供電能力。其設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，按2000 年一遇洪水校核；水庫(kù)校核洪水位3958.1 m，總庫(kù)容2.55×108m3，其中調(diào)洪庫(kù)容0.93×108m3，興利庫(kù)容1.5×108m3，二者庫(kù)容重疊0.16×108m3；設(shè)計(jì)洪水位3957.3 m，相應(yīng)庫(kù)容2.15×108m3；正常水位3956.4 m，相應(yīng)庫(kù)容1.8×108m3；死水位3951.7 m，相應(yīng)庫(kù)容0.3×108m3。結(jié)合工程地質(zhì)情況，地震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

1.2 工程地質(zhì)環(huán)境

格爾木市溫泉水庫(kù)加固工程場(chǎng)地按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）劃分，環(huán)境類別屬Ⅱ類，場(chǎng)地土屬弱- 中鹽漬土，對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具有弱- 中腐蝕性。地下水中SO42-含量達(dá)5140 mg/L～5480 mg/L，對(duì)混凝土具有結(jié)晶類硫酸性強(qiáng)腐蝕作用?；炷燎治g破壞現(xiàn)狀見圖1。

圖1 混凝土侵蝕破壞現(xiàn)狀

2 高抗硫酸鹽混凝土在溫泉水庫(kù)中的應(yīng)用

高抗硫酸鹽混凝土使用高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱P·HSR）作為膠凝材料。高抗硫酸鹽水泥是以特定礦物組成的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細(xì)制成的具有抵抗較高濃度的硫酸根離子侵蝕的專用水泥[1]。高抗硫酸鹽混凝土具有抗?jié)B性好，強(qiáng)度高，裂縫少等優(yōu)點(diǎn)，由其澆筑的混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，整體力學(xué)性能優(yōu)良，能顯著提高硫酸根離子和氯離子的腐蝕作用，提高工程耐久性。

2.1 高抗硫酸鹽混凝土在工程中的設(shè)計(jì)要求

溫泉水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程根據(jù)地質(zhì)環(huán)境類別和混凝土結(jié)構(gòu)耐久性要求，工程基礎(chǔ)均采用高抗硫酸鹽混凝土，按照強(qiáng)腐蝕設(shè)計(jì)條件處理，水泥采用P·HSR42.5 高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。混凝土強(qiáng)度不低于C40，水泥用量不低于350 kg/m3，水灰比不大于0.4，同時(shí)鋼筋保護(hù)層厚度不小于50 mm，在基礎(chǔ)以及溢洪道表面涂刷防腐涂料，延緩腐蝕。

2.2 高抗硫酸鹽混凝土的生產(chǎn)

2.2.1 原材料控制

（1）水泥

水泥品種選用P·HSR42.5 高抗硫硅酸鹽水泥，由保管員和質(zhì)檢員對(duì)水泥的外觀進(jìn)行檢查，合格后辦理入庫(kù)手續(xù)。每批水泥均應(yīng)有出廠合格證和復(fù)檢資料，由試驗(yàn)員和監(jiān)理工程師按有關(guān)規(guī)定，對(duì)每批水泥進(jìn)行抽樣復(fù)檢，合格后方后使用。

以400 t 同廠家、同品種、同標(biāo)號(hào)水泥作為一個(gè)取樣單位，不足400 t 時(shí)按一個(gè)取樣單位處理。檢測(cè)項(xiàng)目主要包括凝結(jié)時(shí)間、水泥強(qiáng)度、含堿量、體積安定性及水化熱等。

到場(chǎng)的水泥按不同出廠批號(hào)、品種、強(qiáng)度等級(jí)等分別貯存在倉(cāng)庫(kù)中，設(shè)防潮層，防止水泥變質(zhì)。水泥袋距地面邊墻距離不少于30 cm，堆放高度不得超過15 袋。

水泥進(jìn)入拌和機(jī)時(shí)，應(yīng)采取有效降溫措施，控制溫度不得超過60℃，并應(yīng)經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方可使用。

（2）水

采用庫(kù)區(qū)中的水作為混凝土拌制和養(yǎng)護(hù)用水。進(jìn)場(chǎng)后提前對(duì)水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，避免拌和用水所含物質(zhì)影響混凝土的和易性和強(qiáng)度增長(zhǎng)，從而引起鋼筋和混凝土的腐蝕。

（3）骨料

作為混凝土的主要原料，骨料在建筑物中主要起骨架和支撐的作用。本工程所用骨料從格爾木市南郊砂料場(chǎng)采購(gòu)。施工現(xiàn)場(chǎng)不同粒徑的骨料分別堆存，并在骨料存放區(qū)內(nèi)砌筑隔斷。

2.2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)及調(diào)整

混凝土配合比設(shè)計(jì)在滿足設(shè)計(jì)和施工所要求的強(qiáng)度、容重、和易性、抗凍性及抗?jié)B性等條件下，單位體積混凝土的各種材料用量應(yīng)力爭(zhēng)做到經(jīng)濟(jì)，且能夠保證混凝土質(zhì)量最優(yōu)。主要設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)滿足以下原則：

水灰比：水灰比是影響混凝土密實(shí)性、耐久性的主要因素的，應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比。本工程混凝土水灰比不超過合同的有關(guān)規(guī)定；單位用水量：?jiǎn)挝挥盟恐饕刂苹炷涟韬臀锪鲃?dòng)性，以滿足混凝土拌和物流動(dòng)性的要求為準(zhǔn)；砂率：砂率會(huì)影響拌和物的流動(dòng)性、粘聚性和保水性。本工程經(jīng)試驗(yàn)確定最優(yōu)砂率；水泥用量：混凝土水泥用量滿足技術(shù)規(guī)范要求；外加劑：根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，混凝土有抗?jié)B抗凍要求的摻引氣劑；為降低水泥用量摻減水劑；高強(qiáng)度水泥摻硅粉等。

施工過程中按照設(shè)計(jì)和技術(shù)條款要求進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)和調(diào)整，保證其水灰比不超過0.5；充分利用水泥的活性，減少水泥水化熱；根據(jù)砂石、粉煤灰中的含水量及時(shí)調(diào)整用水量；機(jī)械拌和，攪拌均勻；嚴(yán)格控制配合比試驗(yàn)環(huán)境條件如表1：

表1 混凝土試驗(yàn)環(huán)境條件

在施工過程中，所用材料發(fā)生變化需要改變配合比時(shí)，報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后重新試驗(yàn)。

2.3 高抗硫酸鹽混凝土澆筑流程

高抗硫混凝土澆筑流程如圖1。

圖1 高抗硫混凝土澆筑流程

2.4 高抗混凝土拌和、運(yùn)輸系統(tǒng)

（1）混凝土拌和系統(tǒng)

根據(jù)本工程特點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)劃，按照滿足混凝土運(yùn)輸設(shè)備的最大運(yùn)輸半徑和運(yùn)距的原則，本工程擬采用集中布置方式，設(shè)一個(gè)拌和站一套拌合系統(tǒng)。拌和站布置在溢洪道Ⅱ左側(cè)0+350左右處。

（2）混凝土輸送設(shè)備

拌和站至澆筑區(qū)的混凝土運(yùn)輸用2 臺(tái)3 m3混凝土運(yùn)輸罐車進(jìn)行水平運(yùn)輸。配置1 臺(tái)25 t 和1 臺(tái)25 t 汽車吊吊運(yùn)入倉(cāng)。

（3）高抗硫混凝土拌合

結(jié)合格爾木溫泉水庫(kù)地形特點(diǎn)，高抗混凝土選用現(xiàn)場(chǎng)拌制方式，嚴(yán)格按照混凝土配料單進(jìn)行配料，高抗混凝土組成材料的配料量均以重量計(jì)。稱量的允許偏差不應(yīng)超過表2 規(guī)定。混凝土純拌和時(shí)間不少于規(guī)范要求的最少拌和時(shí)間。每臺(tái)班拌和前，檢查拌合站葉片的磨損情況，在混凝土拌和過程中，定時(shí)檢測(cè)骨料含水量，必要時(shí)應(yīng)加密檢測(cè)?；炷翐胶土显诂F(xiàn)場(chǎng)采用干摻法，且必須攪拌均勻。

表2 高抗混凝土材料允許偏差

（4）混凝土工程主要機(jī)械配置

混凝土施工主要機(jī)械設(shè)備表3。

表3 混凝土施工主要機(jī)械設(shè)備

2.5 高抗混凝土澆筑施工

（1）混凝土澆筑順序?yàn)椋合葷仓邚?qiáng)度等級(jí)，后澆筑低強(qiáng)度等級(jí)；先澆筑墻柱，后澆筑梁板?；炷翐v實(shí)使用內(nèi)部機(jī)械振搗；混凝土構(gòu)件頂面部分或其他特殊地方采用外部機(jī)械振搗，振搗頻率每分鐘不少于4500 脈沖。澆筑之前，先平鋪一層2 cm～3 cm 厚的水泥砂漿，其水灰比與混凝土澆筑強(qiáng)度相適應(yīng)，保證新老混凝土施工面結(jié)合良好。

（2）混凝土澆筑時(shí)采用臺(tái)階施工法或平鋪法，按一定方向、次序、厚度，分層進(jìn)行，分層下料、分層振搗，振搗采用插入式振搗器，振搗棒插入下層混凝土50 mm～100 mm，且振搗器插點(diǎn)均勻排列，移動(dòng)間距不大于1.5 倍的作用半徑，快插慢提，振搗均勻，不得漏振，變換插入式振搗棒在混凝土拌合物中的水平位置時(shí)，豎向緩慢拔出，不得放在拌合物內(nèi)平拖。

（3）當(dāng)梁與強(qiáng)、柱節(jié)點(diǎn)鋼筋較密時(shí)，加強(qiáng)二次振搗，直至表面出現(xiàn)浮漿、不再陷落、混凝土停止下沉、不冒氣泡、泛漿、表面平坦為止。當(dāng)混凝土澆至梁板面時(shí)，采用平板振搗器沿垂直澆筑方向來(lái)回振搗，振搗完后及時(shí)刮平，并分別在混凝土初凝和終凝之前進(jìn)行兩次壓實(shí)、抹平，壓平過程中嚴(yán)禁向混凝土表面灑水，并應(yīng)防止過度操作表面混凝土的質(zhì)量。

（4）對(duì)于該工程高抗硫混凝土結(jié)構(gòu)的施工縫，在混凝土澆筑完畢初凝后，立即將表面鑿毛，鑿除混凝土表面的粉煤灰、浮漿，露出混凝土中的石子。

3 結(jié)論及建議

依據(jù)《水利水電工程施工質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)定規(guī)程》SL176-2007，《水利水電基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》249.1-88對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行綜合評(píng)定:格爾木市溫泉水庫(kù)分部工程優(yōu)良率100%，單位工程評(píng)定優(yōu)良，工程質(zhì)量等級(jí)優(yōu)良。由此可知，高抗硫酸鹽混凝土能顯著提高工程對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和耐久性，可以在水利工程中廣泛應(yīng)用。青海省鹽堿地分布廣泛，在工程運(yùn)行過程中，土壤或地下水中腐蝕因子會(huì)嚴(yán)重影響工程壽命，因此，使用高抗硫酸鹽混凝土，表層涂刷防腐劑普遍適用，且可以取得較好的效果[3]。