降低高溫地區(qū)面板混凝土缺陷率的研究與應(yīng)用

田 聰

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 611130)

1 概 述

老撾南公1水電站以防洪、發(fā)電、灌溉、旅游為開發(fā)目標(biāo)，目的是促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。主壩校核洪水位高程為320.80 m，相應(yīng)庫容6.51×108m3，正常蓄水位高程為320 m，相應(yīng)庫容6.33×108m3。死水位高程為280 m，相應(yīng)庫容0.97×108m3，調(diào)節(jié)庫容5.36×108m3，具有多年調(diào)節(jié)能力。工程為二等大(2)型工程，電站裝機(jī)容量160 MW，裝機(jī)2臺(tái)，單機(jī)容量80 MW，主擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，布置于主河床，壩頂長409.946 m，壩頂寬8.8 m，壩頂高程為325 m，最大壩高為90 m。壩體上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.35?；炷撩姘屙敳亢穸?.3 m，漸變至面板底部，底部厚度0.66 m，面板垂直縫間距12 m。

2 研究目的

老撾屬熱帶季風(fēng)型氣候，氣溫終年常熱，4～7月份最熱，最高氣溫達(dá)38 ℃。某面板混凝土澆筑時(shí)段在4～7月實(shí)施完成后，檢查發(fā)現(xiàn)有多條溫度裂縫，為了吸取同類型工程出現(xiàn)較多裂縫的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，將流紋巖高吸水率(3.09%-5.3%)骨料配合比進(jìn)行分析、研究，通過優(yōu)化調(diào)整施工配合比，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采取相應(yīng)的降溫措施，降低了高溫地區(qū)面板混凝土裂縫缺陷率，確保了大壩面板混凝土施工質(zhì)量，有效提高了混凝土面板的防滲作用，保證大壩安全運(yùn)行，同時(shí)為后期混凝土裂縫處理節(jié)約成本和工期，為實(shí)現(xiàn)下閘蓄水節(jié)點(diǎn)目標(biāo)創(chuàng)造有利條件。

3 對(duì)產(chǎn)生裂縫的原因分析

針對(duì)混凝土裂縫的缺陷率高這一質(zhì)量問題，經(jīng)研究分析，從“人、機(jī)、環(huán)、法、料”五個(gè)環(huán)節(jié)查找影響因素，最終查找到的影響因素主要有：

(1)實(shí)驗(yàn)室人員責(zé)任心不強(qiáng)，在拌制混凝土?xí)r未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行拌制，也未嚴(yán)格按照砂的含水率和氣溫變化及時(shí)適當(dāng)調(diào)整配合比，導(dǎo)致混凝土和易性較差。

(2)現(xiàn)場管理人員和施工人員素質(zhì)較差，未固定人員在壩面進(jìn)行卸料控制，導(dǎo)致卸料人員隨意在卸料過程中向混凝土內(nèi)加生水。

(3)現(xiàn)場只布置了一臺(tái)攪拌機(jī)，由于管理和維修保養(yǎng)不到位，零部件配備不齊全，導(dǎo)致混凝土供應(yīng)不及時(shí)，出現(xiàn)施工縫或冷縫。

(4)運(yùn)輸車輛不足，且沖洗罐車的水未及時(shí)清理干凈，導(dǎo)致混凝土坍落度過大。

(5)混凝土施工時(shí)環(huán)境溫度較高，白天最高氣溫達(dá)38 ℃以上，且晝夜溫差較大。

(6)小石、中石骨料生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定，流紋巖本身吸水率較高，人工砂石粉含量高，質(zhì)量波動(dòng)較大。

(7)混凝土和易性較差且含氣量變化較大，坍落度在運(yùn)輸過程中損失較大。

(8)混凝土入倉速度慢，施工人員對(duì)混凝土施工工藝不熟悉，現(xiàn)場存在漏振、欠振、過振現(xiàn)象。

(9)小石、中石遮陽設(shè)施不到位，骨料使用前溫度較高(達(dá)38 ℃左右)。

(10)混凝土運(yùn)輸罐車、溜槽、滑模等遮陽設(shè)施不到位，由于氣溫較高，在運(yùn)輸和施工過程中坍落度損耗較大，導(dǎo)致混凝土坍落度、和易性等指標(biāo)不能滿足設(shè)計(jì)要求。

(11)混凝土抹面人員不足，且抹面人員不固定，抹面不及時(shí)。

(12)未派專人對(duì)已澆混凝土面進(jìn)行及時(shí)覆蓋和灑水養(yǎng)護(hù)，存在養(yǎng)護(hù)不到位的現(xiàn)象。

4 實(shí)施對(duì)策

4.1 面板混凝土配合比設(shè)計(jì)與優(yōu)化

由于老撾南公1電站地處老撾南部，常年氣溫較高，而面板混凝土在氣溫最高的4～7月份澆筑，并且現(xiàn)場開采加工的流紋巖骨料的吸水率高，混凝土裂縫的產(chǎn)生不可避免。因此，面板混凝土配合比設(shè)計(jì)與優(yōu)化對(duì)降低混凝土裂縫缺陷率有重大意義。

4.1.1 主要原材料品質(zhì)試驗(yàn)檢測(cè)

(1)水泥化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果及物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表1、2。

表1 水泥化學(xué)成份檢測(cè)結(jié)果

(2)粉煤灰物理品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見表3。

表2 水泥物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

表3 粉煤灰物理品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

(3)砂石骨料。

①砂石骨料常規(guī)檢測(cè)。砂石骨料的物理性能直接影響混凝土的用水量、水泥用量及抗凍耐久性指標(biāo)，砂的顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 砂的顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果

砂顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果表明：人工砂、河砂的顆粒級(jí)配以及細(xì)度模數(shù)都能滿足《水工混凝施工規(guī)范》(DL/T5144-2015)的要求[1]。

②骨料的堿活性試驗(yàn)。骨料的堿活性試驗(yàn)按照《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T5151-2014)中骨料堿活性試驗(yàn)(砂漿棒快速法)執(zhí)行，骨料堿活性砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 骨料堿活性砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果

砂石系統(tǒng)生產(chǎn)砂石骨料砂漿試件14 d膨脹率為0.042%，小于0.1%，骨料評(píng)定為非堿活性骨料。天然河砂28 d試件的膨脹率為0.17%，小于規(guī)范要求(低于0.2%的標(biāo)準(zhǔn))，評(píng)定為非堿活性骨料。

③骨料級(jí)配容重?；炷凉橇献罴鸭?jí)配是根據(jù)骨料按不同比例搭配后檢測(cè)的振實(shí)容重獲得，不同骨料級(jí)配組合與容重關(guān)系見表6。

表6 不同骨料級(jí)配組合與容重關(guān)系表

(4)混凝土外加劑。老撾南公1水電站所用減水劑、引氣劑、抗裂防水劑、聚丙烯纖維等外加劑經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范規(guī)定要求。

4.1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

(1)大壩面板混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)(表7)。

表7 大壩面板混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

(2)混凝土拌和試驗(yàn)。根據(jù)南公1水電站現(xiàn)場實(shí)際情況及設(shè)計(jì)要求，同時(shí)考慮砂石骨料品質(zhì)特點(diǎn)，采用飽和面干砂石骨料，配合比計(jì)算采用絕對(duì)體積法。天然河砂的粉煤灰摻量20%、25%、30%，人工砂粉煤灰摻量20%，試驗(yàn)過程中采用多種材料組合形式，室內(nèi)拌和出機(jī)坍落度控制在80～100 mm，含氣量控制在3%～5%范圍。對(duì)新拌混凝土測(cè)試了出機(jī)、延時(shí)30 min坍落度、含氣量以及混凝土和易性變化情況，同時(shí)成型了7 d、28 d抗壓強(qiáng)度試件，進(jìn)行混凝土拌和物和易性、力學(xué)性能、變形性能等指標(biāo)分析對(duì)比，選取結(jié)果較優(yōu)者進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

(3)施工混凝土配合比水膠比選擇。

①混凝土水膠比選擇。根據(jù)《南公1水電站混凝土原材料與溫控施工技術(shù)要求》 《水工混凝土施工規(guī)范》(DLT5144-2015)中水膠比最大允許值規(guī)定，面板混凝土最大水膠比取值不大于0.45。

②混凝土配制強(qiáng)度。根據(jù)面板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求，大壩面板混凝土配制強(qiáng)度理論計(jì)算見表8。

表8 大壩面板混凝土配制強(qiáng)度理論計(jì)算表

4.1.3 大壩面板混凝土推薦施工配合比

(1)面板混凝土推薦施工配合比。大壩面板混凝土推薦施工配合比是對(duì)通過前述相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)，按照工程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)以及《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2015)要求[2]，對(duì)提出的混凝土施工配合比用人工砂石骨料和外購河砂進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)驗(yàn)證試驗(yàn)。根據(jù)各種材料組合的混凝土配合比對(duì)其用水量、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、軸向抗拉強(qiáng)度、極限拉伸、抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析比較后[3]，根據(jù)南公1水電站大壩面板混凝土推薦施工配合比(表9)，選擇能夠滿足設(shè)計(jì)要求的最優(yōu)配合比。

表9 南公1水電站大壩面板混凝土推薦施工配合比表

說明：1.配合比編號(hào)1為面板混凝土的主要施工配合比，其余的配合比均為備用配合比；

2. 配合比編號(hào)04的砂料為人工砂和外購河砂各50%比例混合使用；

3.當(dāng)原材料發(fā)生變化時(shí)，嚴(yán)禁套用該配合比，必須重新進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)后才能使用。

(2)混凝土配合比相關(guān)物理力學(xué)、性能驗(yàn)證試驗(yàn)?；炷涟韬臀镏饕强雌浜鸵仔允欠衲軡M足施工操作要求，擬推薦施工配合比混凝土力學(xué)、變形、耐久性能驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 混凝土力學(xué)、變形、耐久性能驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表

4.1.4 對(duì)大壩面板混凝土推薦施工配合比的專題論證

2019年11月，業(yè)主邀請(qǐng)三峽集團(tuán)、中水電公司、中水八局、中水十二局、中電建建筑集團(tuán)、昆明設(shè)計(jì)院等單位專家對(duì)面板推薦施工配合比進(jìn)行評(píng)審，經(jīng)評(píng)審的南公1水電站大壩面板混凝土施工配合比見表11。

表11 南公1水電站大壩面板混凝土施工配合比表

備注：水泥采用老撾中亞玉溪水泥有限公司生產(chǎn)的P.I 52.5水泥；粉煤灰采用越南生產(chǎn)的“Vung Ang”(旺昂)Ⅱ級(jí)粉煤灰；中石、小石骨料(配比1∶1)采用現(xiàn)場生產(chǎn)的人工砂石骨料，砂為外購的天然河砂。

4.2 現(xiàn)場采取的相應(yīng)措施

4.2.1 原材料溫控措施

(1)由于老撾地區(qū)旱季氣溫較高，最高可達(dá)38 ℃左右，為了降低原材料溫度，要求對(duì)中石、小石骨料倉全部采用遮陽棚遮蓋[4],同時(shí)對(duì)料倉加裝噴霧設(shè)施,混凝土澆筑前2～4 h對(duì)骨料進(jìn)行不間斷的噴霧降溫。

(2)鑒于該工程骨料吸水率高,粗骨料進(jìn)入拌和料倉前,要求提前2～4 h對(duì)骨料進(jìn)行酒水處理，以達(dá)到降溫保濕的目的。

(3)面板混凝土要求全部采用制冷水(溫度5℃～7 ℃)拌和, 為了確保制冷水能夠滿足混凝土生產(chǎn)需求，要求承包人在拌和系統(tǒng)配置1臺(tái)LSBLG180型冷水機(jī)組，名義制冷量為180 kW，生產(chǎn)5 ℃冷凍水量31 m3/h，其制冷型號(hào)和制冷能力滿足溫控混凝土用量的正常供應(yīng)需求。要求承包人加強(qiáng)冷水機(jī)組的運(yùn)行和維護(hù)，在拌制混凝土前2 h開始進(jìn)行拌合用水制冷，監(jiān)理工程師對(duì)整個(gè)混凝土拌制過程進(jìn)行旁站和巡視檢查監(jiān)督，嚴(yán)格控制拌合站出機(jī)口混凝土溫度滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.2 對(duì)運(yùn)輸過程所采取的溫控措施

為防止?jié)仓^程中的熱量倒灌，需加快混凝土的運(yùn)輸、吊運(yùn)和平倉振搗速度。運(yùn)輸過程中要求對(duì)混凝土運(yùn)輸罐車車體加裝保溫層，防止太陽直射，以減少運(yùn)輸過程中溫度回升。同時(shí)在拌和樓和現(xiàn)場卸料部位安裝噴霧設(shè)備對(duì)運(yùn)輸罐車進(jìn)行噴霧降溫，以防止外界高溫直接灌入車內(nèi)混凝土，使罐車內(nèi)混凝土溫度不斷上升。

4.2.3 對(duì)混凝土澆筑過程所采取的溫控措施

(1)在溜槽上加裝遮陽棚,避免太陽直射。

(2)在滑模模體上加裝噴霧設(shè)施,降低倉內(nèi)局部環(huán)境溫度。

(3)在面板埋入溫度計(jì),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面板混凝土溫度情況。

(4)在混凝土澆筑過程中配備足夠的、施工經(jīng)驗(yàn)豐富的現(xiàn)場施工人員，加快混凝土入倉、平倉、振搗和抹面等各工序施工進(jìn)度，在滿足澆筑計(jì)劃的同時(shí)，應(yīng)盡可能采用薄層、短間歇、均勻上升的澆筑方法。新澆混凝土終凝后即進(jìn)行表面流水降溫，水流需覆蓋整個(gè)倉面。

4.2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量控制方面

要求承包人務(wù)必派專人對(duì)已澆筑混凝土及時(shí)活水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)方式采用塑料薄膜先進(jìn)行表層覆蓋,再使用無妨布進(jìn)行全斷面覆蓋，要求大壩面板混凝土全斷面、全天候流水養(yǎng)護(hù)至大壩蓄水[5]。

4.2.5 其他措施

(1)制定詳細(xì)的施工計(jì)劃，根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃提前配備人員、材料和設(shè)備等。

(2)制定可行的應(yīng)急預(yù)案，確保備用拌合站及備用電源的可靠性。

(3)保障面板施工隊(duì)伍的穩(wěn)定性，同時(shí)保障充足的施工人員；并選取經(jīng)驗(yàn)豐富的混凝土振搗、抹面工人。

(4)在混凝土拌制過程中，要求試驗(yàn)人員全程旁站監(jiān)督，嚴(yán)格按照大壩面板推薦使用配合比進(jìn)行混凝土拌制，確?；炷撂涠取⒑鸵仔?、出機(jī)口溫度等指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

(5)在施工過程中，如果砂石骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)的砂石骨料的細(xì)度模數(shù)、骨料級(jí)配、品質(zhì)等發(fā)生變化時(shí)應(yīng)對(duì)施工配合比重新進(jìn)行相關(guān)參數(shù)及指標(biāo)的試驗(yàn)復(fù)核，并根據(jù)復(fù)核結(jié)果對(duì)施工配合比作相應(yīng)調(diào)整，使入倉混凝土的和易性滿足施工要求。

5 采取相應(yīng)措施后取得的效果

(1)大壩面板混凝土抽樣試驗(yàn)檢測(cè)成果。對(duì)大壩面板混凝土抗壓強(qiáng)度抽樣檢測(cè)32組，其各項(xiàng)指標(biāo)全部滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范規(guī)定要求，其中抗壓強(qiáng)度最大值35.2 MPa，最小值26.7 MPa，平均值30.8 MPa，強(qiáng)度保證率100%。

(2)大壩面板混凝土檢查存在的裂縫。大壩面板于2020年8月4日全部澆筑完成，各參建單位多次聯(lián)合對(duì)所有面板裂縫進(jìn)行了普查。同時(shí)業(yè)主委托清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院對(duì)面板混凝土缺陷(裂縫、脫空等)采用人工檢查+無人機(jī)(拍攝面板全景，進(jìn)行三維建模分析，并精確定位裂縫位置)+超聲波進(jìn)行了檢測(cè)，面板混凝土裂縫檢測(cè)成果見表12。

表12 面板混凝土裂縫檢測(cè)成果表(僅統(tǒng)計(jì)縫寬大于0.2 mm以上)

通過上述檢測(cè)得知：該工程面板混凝土裂縫共發(fā)現(xiàn)30條，均為非貫穿性淺層裂縫，總長86.7 m(其中縫寬大于0.2 mm以上的裂縫僅3條，累計(jì)長5.9 m)，裂縫數(shù)量總體偏少[5]。

(3)大壩滲流監(jiān)測(cè)成果。目前大壩已蓄水至高程306.80 m，量水堰過流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保持在7.35 L/s，基本保持穩(wěn)定變化，無異?，F(xiàn)象。通過大壩滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得知，大壩滲流量較小，說明大壩面板及壩基防滲效果很好，大壩面板施工質(zhì)量優(yōu)良。

6 結(jié) 語

老撾南公1水電站大壩面板混凝土施工通過采取對(duì)流紋巖高吸水率骨料配合比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)在施工過程中采取了制冷水拌和、對(duì)砂石骨料提前灑水保濕和噴霧降溫、對(duì)運(yùn)輸罐車加裝保濕層及對(duì)裝料和卸料過程進(jìn)行噴霧降溫、對(duì)混凝土溜槽搭設(shè)遮陽棚和對(duì)倉面噴霧保濕降溫及全覆蓋流水養(yǎng)護(hù)等嚴(yán)格有效的施工措施。因此，大壩面板混凝土在高溫環(huán)境施工情況下，達(dá)到高指標(biāo)的質(zhì)量要求，大壩面板混凝土溫度裂縫缺陷率較小，滲流量較小(7.35 L/s)，整個(gè)大壩面板防滲效果較好，這對(duì)于高溫環(huán)境進(jìn)行大壩面板混凝土施工提供了工程實(shí)例，具有很好的借鑒作用。