清水混凝土在水电站中的应用.pdf

2 0 1 3 年 第 3 期 (总 第 2 8 1 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 o 1 3 ( T o t a l No ．2 8 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONCRET E 清水混凝土在水电站中的应用 贺双喜 ，赵家声 ( 中国水利水电第十四工程局有限公司 勘察设计研究院，云南 昆明 6 5 0 0 4 1 ) 摘要： 清水混凝土属于内部质量和外观质量较佳的一类混凝土 ， 近年逐渐在水工混凝土结构中有所应用。 通过介绍四川省大 渡河流域 的长河坝水电站岩锚梁清水混凝土的工艺试验过程和施工取得成功的施工范例 ， 充分揭示了清水混凝土的外表质量与 模板工艺 、 浇筑工艺和混凝土配合 比的内在联系。 事实再次证明： 欲取得清水混凝土较好的施工效果 ， 进行必要 的工艺试验以及 总结并改进存在的问题是关键。 关键词： 清水混凝土 ；工艺试验 ；模板工艺 ；浇筑工艺；混凝土配合比 中图分类号： T U 5 2 8 ． 3 8 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 叭3 ) 0 3 — 0 1 0 3 — 0 3 As- ca s t - f i ni s h c on cr e t e a ppl i ca t i on i n hy dr opow er s t at i ons HE Sh u a n g - x i ， ZHAO J i a — s he n g ( Ch i n a Wa t e r Co n s e r v a n c ya n dHy d r o p o we r S u r v e yandDe s i g nI n s t i t u t e ， B u r e a u 1 4C o ． ， L t d ． ， Ku n mi n g 6 5 0 0 4 1 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： As — c a s t - fi n i s h c o n c r e t e i s g e n e r a l l y a p p l i e d b y c o n c r e t e f 0 r h y d r a u l i c s t r u c mr e b e c a u s e b e ~ e r i n t e m a l q u a l i t y a n d a p p e a r a n c e q u a l i ty．I t i n t r o d u c e e d t h e S u c c e s s c o n s t r u c t i o n e x a mp l e wh i c h r o c k a n c h o r b e a m a s — c a s t — fi n i s h c o n c r e t e t e c h n o l o g y t e s t in g p r o c e s s and c o n s t r uc t i o n i n Da d u Ri v e r Va l l e y S i c h ua n Pr o v i nc e o f Cha ng h e ba Hy d r o p o we r S t a t i o n． To f u 1 1 v r e v e a l t he r e l a t i o ns h i p whi c h c o n c r e t e a pp e a r an c e q ua l i t y a nd t e mp l a t e t e c hn o l o gy ， p o ur ing pr oc e s s an d c o n c r e t e mi x p r o po ~i o n． On c e a g a i n p r o v e d t h a t ， i t i s t h e ke y t ha t ma ke t he n e c e s s a r y t e c h no l o gy t e s t an d t he s u mma r y an d i mpr o v e me n t o f t h e p r o b l e ms f o r a s - c a s t — fi ni s h be ~e r c o ns t r u c t i o n e f f e c t Ke y w or ds： a s — c a s t — fin i s h c on c r e t e ； t e c hn o l o g i c a l t e s t ； p r o c e s s t e mp l a t e； po u r i n g pr o c e s s ； c o n c r e t e mi x r a t i o 0 引 言 清水混凝 土属于直接利用混凝土成型后 的 自然 质感 作为饰面效果的一种混凝土 ， 较多 的使用于工业 和民用建 筑的结构混凝土 中。 水工混凝土结构也有使用 ， 习惯上称为 镜 面混凝土 ， 顾名思义 ， 镜面混凝土就是混凝 土的外 表要 像镜子一样的光滑和具有一定 的光泽 。 混凝土结构物 的质 量包 括 内在质量和外表质量两个方面 ， 内在 质量 ( 混凝土 的力学性能如抗压强度等 ) 可以通过检测的手段获得 ， 而外 表质量 ( 混凝 土表面平整光滑程度和色感等 ) 则是综合 肉 眼观察 和统计 混凝 土的外 表特征后评价得到 。 一般来说 ， 内在 质量合格而外表质量欠佳 的混凝土总是 给人 留下某 种遗憾或不放心 的感觉 ； 而清水混凝土则是属于 内外质量 较好的一类混凝土 ， 它给人 留下的印象不但是质量放心 ， 而 且是看到后就有一种欣赏工程艺术品的感觉。 岩锚梁是水电站厂房 中极为重要 的混凝土结构物 ， 承 担着发 电厂房 中行车 的运行 和吊装 上百吨发 电机组 的重 任 ，其重要性不言而喻。 岩锚梁一般 布置在发 电厂房 两边 长边墙 的上部 ， 与基 岩的接触面利用控制爆破技术形成 向 外凸出并与岩面成一定角度的岩 台 ， 以改善岩锚梁 的受力 情况 。 由于其处于人们的视野之内 ， 加上混凝土用量不大和 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 9 — 0 9 结构单一 ， 近年 以来大部分 的工程业主都将岩锚梁的外 表 质量要求上升至清水混凝土的标准 ， 其 目的就是混凝土外 表具有较好的观感 以满足人们对建筑物观瞻要求外 ， 更 主 要是力求岩锚梁混凝土的质量达到既令人完全放心 ， 又确 保行车安全运行万无一失。 由中国水利水 电第十 四工程局有 限公司承建 的四川 省大渡河流域 的长河坝水 电站是一个以发电为主的工程 ， 装 机容量为 4台 6 5 x l 0 0 0 k W 的水轮发电机 ( 共 2 6 0 万 k m) 。 其地下厂房岩锚梁的长度为 2 2 8 m， 断面为 3 ． 2 m x 2 ． 6 5 1 T 1 的 梯形 ， 面积为 5 ． 7 0 5 m ： ， 3 ．2 m 的长边为基岩接触面 ， 混凝土 浇筑分为 3 8 个仓位 ， 混凝土用量约 2 6 0 0 m3 o 混凝土的原设 计等级为 C 2 5 ， 因担心胶凝材料偏少不能满足清水混凝土 的外观要求 ， 同意将强度等级提高至≥C 3 0 。 考虑到坍落度 过大产生 的泌水会影响混凝土的外 表质量 ， 施工时人仓坍 落度控制在 1 0 0 ～ 1 2 0 m m 之间， 采用 吊罐入仓 。 为了避免或 减少混凝土出现裂缝 ，设计要求采用中热 4 2 ． 5 级水泥 ， 以 减少混凝土的绝热温升引发的收缩 。 1 清水 混凝 土工 艺试验的意 义 众所周知 ， 做好清水混凝土 的关键必 须具有相应的施 工工艺 ， 并在施工中严格遵照执行 。 清水混凝 土的施工工艺 1 03 包括以下 3 个方面 ： ( 1 ) 模板工艺——是清水混凝土工艺中最为重要的工 艺 ， 也是决定成型后混凝土表面光洁度的重要因素 ， 因此 ， 清水 混凝 土的模板一般选用表面较为光滑且耐碱腐蚀 的 板材。 模板在加工过程中要求 的精度较高 ， 误差必须满足设 计的要求 。 安装过程 中模板的接缝处要求接合 紧密， 缝面通 常采用双面胶和泡沫胶堵塞模板缝 隙及模板与混凝土接 合面的缝隙 ， 以防止混凝 土漏浆或成为泌水 的通道而影响 表面质量 。 模 板的加 固要求做到抵抗混凝土振捣的能力强 且变形较小 ， 拉筋孔的位置对称美观 。 因此 ， 模板工艺是决 定清水混凝土表面质量的主要 因素。 ( 2 ) 浇筑工艺——} 昆 凝 土的浇筑工艺包括铺料厚度 、 振捣棒 的插人间隔和振捣时间。 一般来说 ， 混凝土表面的气 泡难以清除是 当前清水混凝土施工较 为头痛的问题 。 这是 由于脱模剂大部分为油性成分 ， 客观上存在着憎水性 ， 而混 凝土则属于亲水性物质 ， 在靠近模板的时存在一个相斥力 ， 这就是混凝土表面气泡难 以排除的主要原 因之一。 气泡的 存在影 响了清水 混凝 土的外表质量 ， 因此 ， 最大限度减少 气泡的振捣工艺的重要性不言而喻。 因此 ， 适宜的振捣工艺 是减少或消除清水混凝土表面气泡的重要因素。 ( 3 ) 清水混凝土外表的光滑程度除了取决于模板 的光 洁度外 ， 还与混凝土 中的胶凝 材料用量有关 ， 混凝土 的设 计等级越高 ， 相应 的水胶 比较小 ， 使用的胶凝材料用量就 多 ， 在使用模板光洁度 的一定 的条件下 ， 混凝 土外 表的光 滑程度就越高。 因此 ， 一般认为清水混凝土的强度等级不宜 低 于 C 3 0 。 此外 ， 清水混凝土的坍落度不宜过大 ， 这是因为 混凝土的坍落度越大会增加拌合物的泌水现象 ， 当泌水从 未凝 固的混凝土 面流过 时会带走砂粒表面的水泥浆而导 致 麻面的出现 ， 同时 ， 泌水还是造成混凝土表面出现水波 纹和色差的主要因素。 所 以， 适宜的配合 比是保证清水混凝 土外观质量 的又一个重要 因素。 因此 ， 一个清水混凝土工程施工前 ， 施工单位往往采 用选定 的模板材料 ， 按照一定 比例制作模型和试验方案进 行数次工艺性试验 ， 通过每一次拆模后评定} 昆 凝土试验块 的外观质量特征 ， 找出存在的问题并采取对应的措施改进 ， 最后利用工艺试验得到的试验 成果 总结 出清水混凝土 的 施工工艺供施 工参照执行 。 长河坝水 电站岩锚梁清水混凝 土 的施工也无例外的按照这一模式进行。 2 清水混凝 土的工艺试验 长河坝水电站岩锚梁清水混凝土施工 的技术线路为 ： 混凝土配合 比设计一前期清水混凝土的工艺试验一总结前 期工艺试验的成果一清水混凝土配合比的室 内调整试验一 制定最后一次工艺试验的方案并组织实施一通过定量分析 试验块的表面质量一最终确定清水混凝土的振捣工艺。 工程使用的原材料情况如下 ： 四川嘉华水泥厂生产 的 P MH 4 2 ． 5 级水泥 ， 2 8 d 抗压 强度 4 7 ． 1 MP a 。 庐州地博一级粉煤灰， 需水量比9 2 ．3 ％， 0 ． 0 4 5 mm筛余 1 04 率 1 0 ． 8 ％。 江苏博特新材料有限公司生产 的 J M P C A — H N — I I 型聚 羧酸减水剂 ， 掺量 0 ． 8 ％时减水率为 2 6 ％。 水洗机制砂 ， 细度模数为 2 ． 8 2 ， < 0 ． 1 6 m m含量为 7 ． 1 ％， 表观密度 2 7 3 0 k g ／ m3 。 碎石分为 5 ～ 2 0 m m和 2 0 ～ 4 0 m m两级 ， 按照 5 ： 5 组合使 用 ， 表观密度为 2 7 4 0 k g ／ m 。 工艺试验 的试 验块按照实体断面尺寸 的 1 ／ 2的比例 ， 采用维萨板制作模型 ， 前后一共进行了 4 次。 但前 3 次工艺 试验的结果令人不太满意 ， 主要存在试验块 的边角局部水 波纹和麻面 、 混凝土表面尚有大的气泡和色差较为明显的 现象 。 为此 ， 在总结前 3 次工艺试验 的基础上 ， 根据存在 的 问题采取了以下措施 ： ( 1 ) 调整混凝土的配合比_皎凝材料用量由3 1 0 k g ／ m 提高至 3 4 4 k g ／ m 和适当的提高砂率 ， 以解决} 昆 凝土泌水引 起的缺陷和色差明显的问题。 ( 2 ) 并调整混凝土的振捣工艺 ， 采用频率大于 1 0 0 0 0 H z 的高频振动器和常用的频率为 2 8 4 0 H z的低频振捣器 ， 以 不同振捣时间的组合方式在试验块上进行分区振捣 。 拆模 后通过定量分析混凝土表面的大气泡个数和气泡面积 ， 以 评定各种振捣组合的破泡效果 ， 择优最终确定清水混凝土 的振捣工艺。 第四次清水混凝 土工艺试验的振捣工艺按照铺料厚 度 为 4 0 c m， 振捣 间距为 0 ． 8 倍的振动棒长度 ， 振捣工艺 的 组合按 照高度分 为三层和水平方 向在试验块 的大 面上分 为两块， 共计六种振捣组合区域 ， 各区域 的振捣组合见表 l 。 表 1 各区域的振捣组合表 S 清水混凝土的配合 比调整前后见表 2 。 表 2 调整前后的清水混凝土配合比 第 四次工艺 清水混凝土 的工艺试验 由于项 目部 的高 度重视 ， 加上组织得 当， 对混凝土拌合 物的坍 落度控制得 较好 ， 加上严格认真执行试验方案 中的振捣要求 ， 工艺试 验圆满完成并取得成功。 混凝土试验块模板才拆开 ， 漂亮的 外观就受到了人们的好评 ， 这对欲做好岩锚梁清水混凝土 的施工人员无疑是一大鼓舞。 第 四次工艺试验的试验块和 前 3 次工艺试验块的照片对 比如 图 1 、 2 所示。 第四次工艺试验的试验块拆模后， 通过对六个区域的≥ 2 m m气泡个数和气泡面积进行统计计算 ， 其结论是采用高 频振动器的气泡个数和气泡面积均较小——即破泡效果较 佳， 但是振捣效率偏低； 而低频振捣器振捣的效率较高而破 泡效果不如高频振动器 。 因此 ， 确定了岩锚梁清水} 昆 凝土的