硅粉混凝土施工技術在水利工程中的應用

李 東 強， 成 奇, 郭 萬 里， 孟 凡 朋

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

新疆某河道因高速水流攜帶泥沙對前期上游修筑的過水箱涵面層混凝土破壞嚴重(已出現(xiàn)較為嚴重的漏筋現(xiàn)象)，在下游導流洞設計時，考慮到高速水流攜帶泥沙對導流洞的沖刷破壞作用，對導流洞底板及1.1 m高矮邊墻采用了P.O52.5水泥、內摻粉煤灰、硅粉及聚丙烯纖維的抗沖磨混凝土。導流洞底板Ⅱ、Ⅲ類圍巖的混凝土襯砌厚度為40 cm，Ⅴ類圍巖的混凝土襯砌厚度為55 cm，C50硅粉混凝土量約為3 500 m3。

2 硅粉混凝土具有的特性

有關研究資料表明，硅粉對混凝土性能的改善最突出地表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)強度顯著提高[1，2，3]。在普通混凝土中摻入硅粉后，其強度可提高40%～150%。硅粉混凝土的強度發(fā)展稍慢，硅粉對混凝土強度發(fā)展的作用主要在3～28 d，但適量的硅粉將使混凝土的絕對強度大大提高。硅粉摻量為20%以內時，混凝土的強度一般隨硅粉摻量的增加而提高；當摻量超過20%時，硅粉對混凝土強度的貢獻明顯下降。

(2)新拌混凝土的和易性顯著改善[1，2]。摻入硅粉后，硅粉的比表面積非常大，顆粒表面的濕潤需要大量的水分，使新拌混凝土中的大量自由水被硅粉粒子約束，混凝土內部很難有多余的水分溢出；另一方面，硅粉微粒堵塞了新拌混凝土的毛細孔，因此，在混凝土中摻入硅粉，使混凝土的粘聚性和保水性得到了提高，但其流動性大大降低。為了保證硅粉混凝土的強度和必需的流動性，在混凝土摻入硅粉的同時，必需摻加一定數(shù)量的高效減水劑。

(3)由于硅粉的微填料效應，摻入硅粉的混凝土孔隙小，密實度增強，抗?jié)B能力提高，抗凍能力改善，從有關試驗資料得知：內摻5%～10%的硅粉，其抗?jié)B性能提高6～11倍；當摻量在15%以內，抗凍性約提高2倍，均達到了普通混凝土水灰比為0.4時的抗?jié)B與抗凍能力。

(4)摻加硅粉后，混凝土的其他性能改善也較明顯，其抗化學侵蝕性、抗空蝕性、抗沖擊性等均有大幅度的提高[1，2，3]。

3 原材料及配合比

(1)水泥：采用天山P.O52.5普通硅酸鹽水泥(進行檢測)。

(2)河砂：采用查汗圖料場的河砂(進行檢測)。

(3)粗骨料：采用查汗圖料場的粗骨料(進行檢測)。

(4)水：施工區(qū)河水。

(5)硅粉：甘肅博城硅業(yè)有限公司生產(chǎn)的微硅粉。

(6)外加劑：新疆格輝化工有限公司生產(chǎn)的高效減水劑。

(7)粉煤灰：新疆瑪納斯電廠 I級粉煤灰。

(8)聚丙烯纖維：河北廊坊永興建材有限公司的聚丙烯纖維。

經(jīng)試驗得出28 d強度要求的C50抗沖磨混凝土配合比[4]見表1。

表1 C50F300抗沖磨混凝土配合比表

4 硅粉混凝土施工

在距導流洞進口上游約400 m處的左岸修建了一座HZS50拌和站，用以供應整個導流洞澆筑所需的混凝土[4]。采用6 m3罐車將混凝土運輸至工作面附近，采用HBT60混凝土泵機泵送入倉澆筑[5]。

4.1 原材料的添加與防護

骨料、水泥、粉煤灰利用已由博州質監(jiān)站校核、率定的拌和站計量系統(tǒng)，按照配合比的要求進行摻加。硅粉、聚丙烯纖維按照配合比的要求人工稱量添加。外加劑按照配合比的要求添加。進料順序見圖1。

圖1 進料順序框圖

材料添加完成后進行充分的拌和，直至各種材料攪拌均勻、無干粉現(xiàn)象將坍落度控制在120～160 mm范圍。

為防止下雨及太陽光對配合比的影響，骨料倉頂部全部采用彩鋼棚遮擋，拌和機由彩板封閉。硅粉等原材料全部采用搭棚遮擋。

由于C50硅粉混凝土初期凝固快且堅固，因此，在拌和料完成后必須及時沖洗并清理拌和站。

4.2 硅粉混凝土的運輸

硅粉混凝土采用6 m3混凝土罐車在拌和站接料運輸至工作面附近，再由HBT60混凝土泵機泵送入倉。

4.3 硅粉混凝土的澆筑

4.3.1 倉面清理

底板清理先采用60型挖掘機挖除多余的渣料， 5人并排一起清理多余的渣料，然后采取高壓風吹、結合水管的方式清洗巖面，必需達到倉面驗收要求。

4.3.2 鋼筋制安

鋼筋統(tǒng)一在制作場制作完成后，采用車輛轉運至工作面；鋼筋安裝采用散裝方法。鋼筋安裝前，根據(jù)設計圖紙每12 m一倉進行測量放線定位，先固定定位筋，再按間距進行排列。鋼筋的安裝位置、間距、保護層及各部分鋼筋的大小、尺寸均按照施工圖紙的規(guī)定進行，并將其允許偏差控制在《水工混凝土鋼筋施工規(guī)范》(DL/T5169-2013)要求的范圍內。鋼筋的錨固長度必須滿足設計及規(guī)范要求。鋼筋的連接采用焊接，位置及搭接長度必須滿足《水工混凝土鋼筋施工規(guī)范》(DL/T5169-2013)的要求，單面焊接的焊縫長度不小于10倍鋼筋直徑，雙面焊的焊接長度不小于5倍鋼筋直徑。為確保混凝土保護層的必要厚度，在鋼筋和模板之間設置強度不小于結構設計強度的混凝土墊塊，在墊塊中埋設鐵絲并與鋼筋扎緊，墊塊位置互相錯開，分散布置。各排鋼筋之間用短鋼筋支撐，以保證位置準確。

4.3.3 模板的安裝

由于底板及1.1 m高的小邊墻采用的是C50硅粉混凝土，以上部分為C30混凝土，所以先進行底板及1.1 m高的小邊墻施工，再進行邊頂拱的施工。底板及1.1 m高的小邊墻采用定型模板施工。鋼筋完成后根據(jù)設計圖紙測量定位，在其內側安裝邊墻及底板的固定定位筋進行定型模板的固定，外側采用架管橫向支撐加固。倉號端頭的模板采用1.5 cm厚的木板制作。上部邊墻及頂拱采用鋼模臺車進行澆筑。

4.3.4 混凝土入倉、振搗及抹面[4]

(1)混凝土入倉及振搗。底板及1.1 m高的小邊墻C50硅粉混凝土采用HBT60混凝土泵機泵送入倉。由于高標號硅粉混凝土凝固較快且早期強度升高較快，在澆筑底板混凝土時，從一端進行鋪料，鋪料厚度不超過50 cm，然后采用φ50軟軸振動棒振搗密實，每一位置的振搗時間以水泥漿不再下沉、不出氣泡并開始泛漿為準。如經(jīng)振搗后還沒有達到設計高度，則需采用人工鏟料回填并輕微振搗即可。

(2)抹 面。鑒于在混凝土中摻加硅粉會提高混凝土的粘滯性并大幅度減少泌水，且因混凝土內部水的分泌率較低，混凝土表面因缺少水分而使抹面變得困難，因此，在硅粉混凝土澆筑振搗密實后刮去浮漿，快速完成抹面工作，并在混凝土終凝前1～2 h(手指按稍軟、抹子能抹光)進行二次抹面，能夠有效避免混凝土塑性裂縫的產(chǎn)生。

4.3.5 所采取的溫度控制及養(yǎng)護措施

(1)溫度控制。①由于陽光直曬對混凝土拌和溫度影響較大，故對砂石料及拌和樓采取搭設頂棚防曬并噴水霧降溫(細骨料除外)的方式控制溫度。②水池頂部設隔熱層，防止太陽暴曬使水升溫。③混凝土施工避開高溫時段澆筑，每天在高溫時段只作澆筑前的準備工作，盡量將其安排在早晚低溫時段進行澆筑。④對混凝土運輸車輛實施灑水降溫并進行遮擋。

(2)養(yǎng)護措施。由于C50硅粉混凝土澆筑完成后水化熱較高，為防止混凝土開裂，混凝土初凝后應及時覆蓋麻袋或氈布灑水保濕養(yǎng)護，派專人對已澆筑的混凝土定時灑水并保證所覆蓋的麻袋或氈布濕潤。養(yǎng)護至少需要21 d。邊頂拱在模板表面灑水，通過模板縫滲入內部進行養(yǎng)護。

4.3.6 硅粉混凝土澆筑過程中出現(xiàn)的問題及采取的措施

在導流洞洞身出口段澆筑的第一倉硅粉混凝土初凝后沒有及時灑水養(yǎng)護，在其表面發(fā)現(xiàn)了不同程度的裂縫，影響了施工質量。

為了在后續(xù)的施工中避免裂縫的產(chǎn)生，項目部在選擇澆筑第二倉混凝土時進行了溫度及裂縫觀測。在混凝土澆筑完成、初凝后及時采用麻袋覆蓋并灑水確保麻袋全部濕潤，并不定時地灑水以確保其一直處于濕潤狀態(tài)。經(jīng)過2、3、5 d觀測混凝土表面沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。養(yǎng)護21 d后取掉麻袋，發(fā)現(xiàn)混凝土表面光滑平整，沒有裂縫。由此可見，硅粉混凝土前期釋放了大量的熱量，但將養(yǎng)護工作做好也可以有效地避免因混凝土早期收縮產(chǎn)生的裂縫。

在后續(xù)的施工過程中，混凝土初凝后及時進行麻袋覆蓋并灑水養(yǎng)護，亦沒有出現(xiàn)因早期干裂收縮導致裂縫的現(xiàn)象發(fā)生。

5 質量保證措施

(1)嚴格執(zhí)行“三檢制”，各工序嚴格執(zhí)行班組自檢，作業(yè)隊復檢，項目部終檢。

(2)工程所用的鋼筋品種、數(shù)量符合設計要求；加工使用前，對其上附著的油污、浮銹等清除干凈，確保其與混凝土的握裹力；嚴格按設計要求測量放點安裝。采用橫撐、混凝土預制塊等手段固定鋼筋，以確保其滿足設計位置的要求。

(3)各原材添加前嚴格按照配合比進行稱量，確保所拌制的混凝土滿足要求。

(4)采用強制式攪拌機拌制高強度的抗沖磨混凝土，拌和時間比普通混凝土延長0.5倍。硅粉應在加入水泥的前后相繼加入。

(5)硅粉混凝土要確保其早期潮濕養(yǎng)護，澆筑完畢，立即在硅粉混凝土表面不間斷噴霧養(yǎng)護或覆蓋濕透的麻袋、氈布進行養(yǎng)護，使其表面始終處于飽和水潮濕狀態(tài)21 d以上。如遇干燥氣候條件，應至少延長至28 d。

(6)硅粉混凝土澆筑后應及時進行一次收面，待初凝前幾分鐘進行二次收面，確保底板混凝土表面光滑平整。

(7)硅粉混凝土入倉后按照振搗規(guī)范進行，不能漏振、過振，以確?；炷恋拿軐?。

6 安全保證措施

(1)對所有高空作業(yè)的部位均設置防護欄、安全網(wǎng)等安全防護設施，及時清除安全網(wǎng)內的雜物，嚴禁雜物積墊，高空作業(yè)人員必須戴安全帽、系安全帶(繩)、穿防滑鞋，防止高空墜落事故的發(fā)生。

(2)離地2 m以上進行混凝土澆筑施工時應有操作平臺，施工人員必須佩戴安全帶等防護設備。

(3)各種機械操作人員和車輛駕駛員必須持有操作證，對機械操作人員建立檔案并由專人管理，不準操作人員操作與其所持有的操作證不相符的機械；不準將機械設備交給無操作證的人員操作。

(4)各種電纜線、照明線有序鋪設；按作業(yè)機組設配電柜，規(guī)范用電接線；對供電用電系統(tǒng)進行經(jīng)常性的檢查、維護和更換，確保施工用電安全。

(5)振動棒應外接漏電保護器。

(6)硅粉混凝土拌和后，對拌和機、混凝土輸送泵、混凝土罐車等設備要及時清洗，避免混凝土凝結堵塞管道。

7 結 語

通過硅粉混凝土的施工，使我們對硅粉混凝土的特性有了更清楚的認識。通過采取適當?shù)酿B(yǎng)護措施，可有效防止混凝土表面產(chǎn)生早期裂縫。在類似的后續(xù)項目施工中可以參考并不斷改進所取得的經(jīng)驗，更進一步地防止硅粉混凝土施工過程中出現(xiàn)地相關不利影響，提高混凝土的澆筑質量。