蒙 偉 梁啟山

（中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司， 陜西 西安 710000）

1 概況及背景

1.1 工程概述

本工程為二等大(2)型工程，開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，無航運(yùn)、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求。水電站攔河壩主要由兩岸擋水段、溢流壩段、沖沙底孔壩段、安裝間壩段、主機(jī)間壩段組成。擋水建筑物壩頂總長度為585.84m，攔河壩壩頂高程3249.00m，最低建基高程3164.50m，最大壩高84.5m?；炷猎O(shè)計(jì)總方量約241萬m3 。

水電站位于高原溫帶季風(fēng)半濕潤氣候地區(qū)，該地區(qū)年平均氣溫在8℃左右，最暖月平均氣溫超過15℃，全年有10 個月平均氣溫在0℃以上；極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為 32.0℃、-16.6℃；多年平均相對濕度51%；年降水量在350～600mm；多年平均蒸發(fā)量為2075.2mm。

1.2 普硅替代中熱水泥的背景

本工程受外部不利因素影響，中熱硅酸鹽水泥（P·MH42.5）暫時無法正常供應(yīng)。中斷供應(yīng)3 個月。為保證工程順利開展，經(jīng)研究，復(fù)核試驗(yàn)論證，用普通硅酸鹽水泥（P·O42.5）替換中熱硅酸鹽水泥（P·MH42.5），進(jìn)行了混凝土配合比驗(yàn)證試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，用于大體積混凝土施工，生產(chǎn)27.9 萬m3 混凝土。本文對普通硅酸鹽水泥（P·O42.5）替換中熱硅酸鹽水泥（P·MH42.5）實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)的積累進(jìn)行了探索、淺析。

2 普硅水泥與中熱水泥的特點(diǎn)

普通硅酸鹽水泥（簡稱普硅水泥）具有強(qiáng)度高、水化熱大，抗凍性好、干縮小，耐磨性較好、抗碳化性較好、耐腐蝕性差、不耐高溫的特性。中熱硅酸鹽水泥（簡稱中熱水泥）是由適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料加入適量石膏，經(jīng)磨細(xì)制成的具有中等水化熱的水硬性膠凝材料。中熱水泥除抗硫酸鹽性能強(qiáng)，干縮低，耐磨性能好等優(yōu)點(diǎn)外，較普硅水泥水化熱較低，普硅水泥混凝土絕熱溫升較中熱水泥提高約6℃。

3 準(zhǔn)備工作

3.1 配合比復(fù)核

采用普硅水泥替代中熱水泥生產(chǎn)前，現(xiàn)場試驗(yàn)室首先對56 個主要常用混凝土施工配合比進(jìn)行了復(fù)核試驗(yàn)，從復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果顯示，混凝土拌和物及硬化指標(biāo)均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，較同中熱水泥配合比檢測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對比顯示，普硅水泥較中熱水泥配合比抗壓強(qiáng)度值略高2MPa～3MPa(表3.1)。

表3 .1 普硅水泥與中熱水泥配合比抗壓強(qiáng)度及耐久性統(tǒng)計(jì)表

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3.2 設(shè)計(jì)復(fù)核

由于主體工程各部位混凝土受力狀況不同，所處外界環(huán)境不同，需要滿足的功能需求不同，大壩、廠房及消力池混凝土需按不同部位和不同的工作條件分成不同的區(qū)域，為此，設(shè)計(jì)單位提出了相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，更為嚴(yán)格的溫控措施，并根據(jù)溫控措施進(jìn)行了初步復(fù)核，認(rèn)為在實(shí)施過程中嚴(yán)控混凝土峰值溫度，局部采用普硅水泥代替中熱水泥是基本可行的。

3.2.1 混凝土分區(qū)設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整

施工階段為進(jìn)一步優(yōu)化工程投資，緩解現(xiàn)場溫控壓力，設(shè)計(jì)單位開展了混凝土分區(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。主要優(yōu)化內(nèi)容：部分混凝土由采用28d 齡期強(qiáng)度調(diào)整為采用90d 齡期強(qiáng)度；部分混凝土優(yōu)化了級配，二級配調(diào)整為三級配；優(yōu)化了部分水下混凝土抗凍等級。

3.2.2 普硅代替中熱水泥后溫控設(shè)計(jì)復(fù)核計(jì)算成果（推算）

設(shè)計(jì)單位復(fù)核計(jì)算主要采用現(xiàn)場施工配合比參數(shù)，本次熱、力學(xué)參數(shù)為推算值。

3.2.3 施工期溫度應(yīng)力設(shè)計(jì)仿真分析

(一)計(jì)算邊界條件

澆筑開始時間：2017 年3 月。澆筑層厚：基礎(chǔ)約束：1.5m；非基礎(chǔ)約束：3.0m。澆筑溫度：5～9 月14℃；4，10 月自然入倉；11～2 月10℃。制冷水溫度：8～12℃；HDPE 材質(zhì)冷卻水管調(diào)整為黑鐵管。冷卻水管布置：1.5m×1.5m 調(diào)整為1.2（水平）×1.5m。冷卻水管通水流量：前7 天1.5m3 調(diào)整為2.0m3 。

（二）設(shè)計(jì)典型計(jì)算模型及結(jié)論

溫度包絡(luò)圖可以看出，混凝土最高溫度29～30℃，比中熱水泥高2～3℃，由最大應(yīng)力包絡(luò)云圖可以看出，混凝土內(nèi)部順河向和橫河向拉應(yīng)力基本均滿足相應(yīng)分區(qū)混凝土的允許抗拉強(qiáng)度要求。在局部表面小范圍存在應(yīng)力超標(biāo)。普硅水泥代替中熱水泥后，經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核計(jì)算，方案基本可行。但仍存在風(fēng)險(xiǎn)，具體如下：

（1）普硅水泥混凝土較中熱水泥混凝土絕熱溫升高約6℃，最高溫度較中熱混凝土增加2～3℃左右，而混凝土力學(xué)性質(zhì)基本相當(dāng)，若溫控措施不到位，增加了混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。

（2）從計(jì)算結(jié)果分析，應(yīng)力超標(biāo)部位主要集中在基礎(chǔ)約束區(qū)的上、下游表面及與空氣接觸的外露面，施工過程應(yīng)加強(qiáng)該部位的表面保溫措施。

4 采取溫控標(biāo)準(zhǔn)及措施

溫控標(biāo)準(zhǔn)：普硅水泥代替中熱水泥進(jìn)行混凝土生產(chǎn)后，混凝土允許最高溫度、上下層溫差及內(nèi)外溫差等溫度控制標(biāo)準(zhǔn)不變（見表4.1）。目前混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)只生產(chǎn)出機(jī)口10℃及14℃的混凝土，可滿足中熱水泥混凝土澆筑溫度14℃及18℃要求，因此，對于普硅混凝土，澆筑溫度無法進(jìn)一步降低。

溫控措施：根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)混凝土水化熱資料，普硅水泥混凝土絕熱溫升較中熱水泥提高約6℃。根據(jù)現(xiàn)場溫控現(xiàn)狀，現(xiàn)場普硅水泥生產(chǎn)混凝土的溫控標(biāo)準(zhǔn)和措施采用了減少升層高度；鋪設(shè)黑鐵管并調(diào)整間排距；采用蓄、流水養(yǎng)護(hù)措施；保溫措施；調(diào)整冷卻通水參數(shù)。具體調(diào)整如下：

4.1 調(diào)整出機(jī)口溫控混凝土生產(chǎn)時段

將原設(shè)計(jì)溫控混凝土生產(chǎn)時段為5 月份～9 月份（≤14℃；≤10℃；），延長至11 月底，中熱水泥恢復(fù)供應(yīng)后，按原設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行混凝土生產(chǎn)。

4.2 調(diào)整澆筑層厚

大壩混凝土澆筑層厚不大于1.5m（包括非約束區(qū)），而大壩非約束區(qū)中熱混凝土正常澆筑層厚為2.0m～3.0m。

4.3 調(diào)整冷卻水管布置

大壩混凝土在澆筑層厚1.5m 時，澆筑層面鋪一層黑鐵管，水管水平間距調(diào)整為1.2m。消力池常態(tài)混凝土鋪2 層HDPE 塑料管，水平間距均調(diào)整為1.2m；抗沖耐磨混凝土1.25m 層厚鋪設(shè)兩層冷卻水管，其中層面鋪設(shè)l 層HDPE 塑料管，澆筑層中間鋪設(shè)1 層黑鐵管，水平間距均為1.2m?？箾_耐磨混凝土表面采用蓄水、流水養(yǎng)護(hù)。

4.4 調(diào)整冷卻通水參數(shù)

大壩混凝土一期制冷冷卻通水時段由原5～9 月份，延長至10 月底，且大壩標(biāo)常態(tài)混凝土倉位，前7 天通水流量1.5～1.8 m2/h,抗沖耐磨混凝土倉位，前7 天通水流量1.5～2.0m2/h。過程中根據(jù)混凝土峰值溫度及降溫情況及時調(diào)整通水流量等參數(shù)，以達(dá)到控制調(diào)節(jié)峰值溫度，從而達(dá)到溫控目標(biāo)的目的。

4.5 保溫措施

（1）低溫季節(jié)（11 月～3 月上旬）及冬歇期（12 月～翌年2 月）

低溫季節(jié)澆筑的混凝土，采取在鋼模板外側(cè)嵌貼3cm 厚聚苯乙烯保溫板，上、下游面混凝土拆模后，大壩上、下游面粘貼5cm 厚聚苯乙烯保溫板，側(cè)面拆模后，采用5cm 厚保溫卷材封閉保溫。每層混凝土澆筑結(jié)束后，在其上表面采用一層塑料薄膜和5cm 厚聚乙烯保溫卷材壓緊覆蓋或采用同樣效果的保溫被。

在12 月～翌年2 月冬歇期間，其上表面采用一層塑料薄膜和兩層5cm 聚乙烯保溫卷材覆蓋，卷材采取縱橫交錯鋪設(shè)，卷材尺寸2m×3m，表面具有防水性能，并搭接嚴(yán)密。

（2）3 月中旬～10 月

3 月中旬～10 月澆筑混凝土，模板外側(cè)嵌貼3cm 厚聚苯乙烯保溫板，防內(nèi)外溫差和太陽幅射。新澆混凝土層面初凝后，前5 天進(jìn)行采取灑水養(yǎng)護(hù)，保持潮濕狀態(tài)，灑水結(jié)束后在其上表面采用一層塑料薄膜和5cm 厚聚苯乙烯保溫卷材壓緊覆蓋或采用同樣效果的保溫被，直到上一層混凝土開始澆筑，在此期間，保持混凝土表面持續(xù)濕潤。

對于抗沖耐磨混凝土澆筑層上表面，在澆筑后混凝土終凝后采用蓄水或流水養(yǎng)護(hù)散熱，養(yǎng)護(hù)時間不少于28 天。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，采用5cm 厚聚苯乙烯保溫卷材壓緊覆蓋。

（3）冬季澆筑的混凝土應(yīng)適當(dāng)推遲拆模時間，氣溫驟降期間不允許拆模。大壩廊道、底孔等孔洞部位，除按要求進(jìn)行保護(hù)外，應(yīng)及時進(jìn)行洞口封閉，防止形成風(fēng)道。

5 措施實(shí)施情況及效果

5.1 出機(jī)口及倉面檢測結(jié)果

2017 年8 月15 日至2017 年11 月29 日，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)使用普通硅酸鹽水泥生產(chǎn)混凝土方量27.9 萬m3 ，混凝土生產(chǎn)期間，檢測混凝土拌和物（含氣量、塌落度及溫度） 2280 組，合格 2279 組，合格率 99.9%。檢測結(jié)果滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。混凝土硬化指標(biāo)檢測（抗壓、抗凍、抗?jié)B、劈拉） 283 組，合格 283組，合格率 100%，檢測結(jié)果滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

5.2 混凝土內(nèi)部溫控實(shí)施效果

普硅混凝土平均3～5 天達(dá)到峰值溫度，共澆筑普硅混凝土倉位305 倉，峰值溫度超過允許值倉位65 倉，超溫倉位占21.3%，超溫范圍在0.5℃～10.6℃之間；經(jīng)統(tǒng)計(jì)溫控?cái)?shù)據(jù)分析，混凝土峰值溫度超標(biāo)部位主要為消力池抗沖耐磨高標(biāo)號混凝土層，消力池抗沖耐磨層混凝土水泥單耗量較大。閘墩結(jié)構(gòu)部位混凝土高標(biāo)號區(qū)鋼筋較為密集入倉速度較慢，且采取平鋪法施工，每坯層覆蓋時間過長，易造成混凝土升溫。

5.3 混凝土裂縫檢查

監(jiān)理、業(yè)主、設(shè)計(jì)及施工單位對主體工程普硅水泥混凝土43 個倉面進(jìn)行了裂縫專項(xiàng)檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況，未發(fā)現(xiàn)新增裂縫，保溫效果良好，滿足設(shè)計(jì)要求。消力池發(fā)現(xiàn)部分裂縫，縫深1.0m 范圍內(nèi),縫長4.0m～8.0m，縫寬0.18mm～0.20mm。成因初步分析：高溫時段澆筑；消力池抗沖耐磨層混凝土為C35W8F200 二級配混凝土，混凝土3m/層分層澆筑；水泥單耗量較大,水化熱大；后期根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求,對消力池產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行了普查、素描、分析并采取了刻槽、化灌、環(huán)氧砂漿封閉處理，經(jīng)檢測驗(yàn)收，裂縫處理結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

5.4 混凝土事后取芯復(fù)核

對普硅水泥混凝土澆筑的大體積混凝土壩體進(jìn)行了取芯復(fù)核，現(xiàn)場混凝土取芯長度合計(jì)182.4m。已完成的芯樣外觀表面光滑，骨料分散均勻，芯樣局部有少量氣泡，且不集中。取芯孔進(jìn)行“單點(diǎn)法”分段壓水，共完成67 段壓水試驗(yàn)，透水率在0.007～0.083Lu 范圍之間，滿足設(shè)計(jì)≤0.1Lu 要求。芯樣物理性能及耐久性指標(biāo)檢測滿足設(shè)計(jì)要求。

5.5 專家咨詢評價

為評價普硅水泥替代中熱水泥的混凝土實(shí)施效果，業(yè)主組織召開了專家咨詢會。專家組踏勘了現(xiàn)場，聽取了各主要參建單位匯報(bào)，審閱了相關(guān)文件，形成專家咨詢意見如下:

普硅水泥混凝土主要性能指標(biāo)檢測結(jié)果表明，混凝土拌和物性能及硬化混凝土性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；混凝土溫控效果較好，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；冬歇期復(fù)工后參建各方全面排查未發(fā)現(xiàn)新增裂縫。采用普硅水泥替代中熱水泥進(jìn)行混凝土施工是可行的。相關(guān)參建單位對恢復(fù)供應(yīng)后的中熱水泥混凝土配合比開展了適應(yīng)性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，可在工程建設(shè)中正常使用。該水電工程目前的混凝土配合比參數(shù)選擇與原材料品質(zhì)指標(biāo)較適應(yīng)，混凝土配合比調(diào)整、優(yōu)化的思路正確，成果符合一般規(guī)律。施工過程中應(yīng)根據(jù)原材料品質(zhì)變化情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

6 結(jié)束語

普硅水泥混凝土主要性能指標(biāo)檢測結(jié)果表明，混凝土拌和物性能及硬化混凝土性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；采取了更加嚴(yán)格的溫控措施，現(xiàn)場各項(xiàng)溫控管理工作到位，混凝土溫控效果較好，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。但在大壩消能結(jié)構(gòu)部位混凝土高標(biāo)號區(qū)域，存在溫控難度大，易引發(fā)溫度裂縫，結(jié)合工程實(shí)際情況，需進(jìn)一步探索研究優(yōu)化。

本工程該階段使用普通硅酸鹽硅水泥替代中熱硅酸鹽水泥期間所采取的措施，給我們在高海拔地區(qū)環(huán)境（晝夜溫差大、紫外線輻射強(qiáng)、光照強(qiáng)度高、氣候干燥、低氣壓）積累了一定的施工及監(jiān)理工作經(jīng)驗(yàn)，特別是溫控相關(guān)工作的開展和研究。相對于藏區(qū)高原高寒，物資較為匱乏交通不便的地區(qū)，使用普通硅酸鹽硅水泥進(jìn)行混凝土重力壩的澆筑施工，過程中嚴(yán)格控制混凝土溫控措施的落實(shí)，施工質(zhì)量總體是有保障的，值得我們進(jìn)一步研究探索與思考。