清水混凝土在水电站中的应用

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1、【作者】 贺双喜； 赵家声【机构】 中国水利水电第十四工程局有限公司勘察设计研究院；【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；1 前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，

2、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

3、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，加上方量不大和结构单一，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65100

4、04kw的水轮发电机（共260万km）。其地下厂房岩锚梁的长度为228m，断面为3.2m2.65m的梯形，面积为5.705m2，3.2m的长边为基岩接触面，混凝土浇筑分为38个仓位，混凝土方量约2600m3。混凝土的原设计等级为C25，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C30。考虑到坍落度过大产生的泌水会影响混凝土的外表质量，施工时入仓坍落度控制在100mm120mm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42.5水泥，以减少混凝土的绝热温升引发的收缩。2 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，

5、并在施工中严格遵照执行。清水混凝土的施工工艺包括以下三个方面：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強且变形较小，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。浇筑工艺混凝土的浇筑工艺包括铺料厚度、振捣棒的插入间隔和振捣时间

6、。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。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

7、凝土的强度等级不宜低于C30。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和物的泌水现象，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混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

8、施工也无例外的按照这一模式进行。3 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：混凝土配合比设计前期清水混凝土的工艺试验总结前期工艺试验的成果清水混凝土配合比的室内调整试验制定最后一次工艺试验的方案并组织实施通过定量分析试验块的表面质量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中热硅酸盐P.MH42.5水泥， 28d抗压强度47.1MPa；庐州地博一级粉煤灰，需水量比92.3%，0.045mm筛余率10.8%；江苏博特新材料有限公司生产的JM-PCA-HN-II型聚羧酸减水剂，掺量0.8%时减水率为26%；水洗机制砂，细度模数为2.82，

9、0.16mm含量为7.1%，表观密度2730kg/m3；碎石分为520mm和2040mm两级，按照5:5组合使用，表观密度为2740kg/m3。工艺试验的试验块按照实体断面尺寸的二分之一的比例，采用维萨板制作模型，前后一共进行了四次。但前三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，在总结前三次工艺试验的基础上，根据存在的问题采取了以下措施：调整混凝土的配合比胶凝材料用量由310kg/m3提高至344kg/m3和适当的提高砂率，以解决混凝土泌水引起的缺陷和色差明显的问题；并调整混凝土的振捣工艺，采用频率大于10000Hz

10、的高频振动器和常用的频率为2840Hz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40cm，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1：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，对混凝土拌和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

11、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三次工艺试验块的照片对比如下：第四次工艺试验的试验块拆模后，通过对六个区域的2mm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，确定了岩锚梁清水混凝土的振捣工艺为：以低频振捣器振捣为主，振捣时间为60s，以保证绝大部分混凝土的振捣密实。此外，再采用高频振动器在靠近模板周边加振20s，以排除混凝土与面上大的气泡。4 岩锚梁清水混凝土的施工和总结长河坝水电站岩

12、锚梁的混凝土共分为38个浇筑块，自2012年3月初开始施工，4月初全部完成。由于准备充分，并对拌和楼的混凝土生产进行了严格控制，加上模板工艺和振捣工艺按照既定的流程严格执行。岩锚梁的混凝土施工不仅得以顺利进行。岩锚梁混凝土采用的模板为维萨板，维萨板的两面均为酚醛树脂覆膜，具有表面光滑易脱模的特点，使用中发现，在第一次使用时仅用毛巾擦净即可，以后的周转使用则采用表面清理干净后用棉纱蘸少许食用油，在维萨板表面涂擦一薄层作为混凝土的脱模剂，对减少混凝土表面的气泡效果较好。因此拆模后的混凝土表面光滑如镜，较佳的外观质量受到了业主和监理单位的好评，前来参观的单位和人员络绎不绝。因地下厂房的开挖工作是自上

13、而下的进行，岩锚梁混凝土浇筑完成后，下一层的开挖工作将在混凝土达到一定强度后继续进行，为了保护岩锚梁的混凝土面，模板拆除后还需采用竹席等覆盖。因此，首先拆除了侧面的模板，以评价混凝土的外表质量。部分拆模后的混凝土表面光洁如镜的照片见后：从施工中机口和仓面的坍落度检验结果可以看出，对岩锚梁清水混凝土的拌和控制较好，坍落度基本控制在要求的范围内，保证了清水混凝土的和易性要求；此外，从取样的强度试验结果来看，强度平均值m.fcu为41.4MPa，强度最小值fcu.min和标准差分别为35.7MPa和3.3MPa，按照水工混凝土施工规范中对强度平均值和强度最小值的要求的两个强度验收公式m.fcufcu

14、.kktfcu.min0.9fcu.k来计算，满足强度等级fcu.k C35混凝土验收的强度平均值为36.1MPa，（当N51时，查表得到k0.2；当强度保证率95%时，t1.645）最小值为31.5MPa。计算结果说明了岩锚梁清水混凝土的取样检验结果均满足了C35混凝土强度验收的要求。不仅反映了岩锚梁混凝土的内在质量较高，而且标准差仅3.3MPa，说明了强度波动较小。水电站的混凝土结构由于大部分为地下工程，设计要求的强度等级一般较低，所以清水混凝土的应用不多。近年来随着人们对建筑物美观要求和质量意识的提高，较多的水电站工程不仅是岩锚梁，还对副厂房和安装间等结构提出清水混凝土的要求，这是一个令人高兴的发展趋势。通过长河坝岩锚梁清水混凝土的施工实践，使我们认识到：清水混凝土是一种内外质量均较佳的混凝土，漂亮的外观不仅能给人一种美的享受，而且还有对其质量放心和使用安全的感觉。因此，在水工混凝土结构中的应用具有较好的前景；做好清水混凝土需要较好的材料并增加施工成本，但更需要严格的模板工艺、混凝土浇筑工艺和适宜的混凝土配合比才能完成；工艺试验对清水混凝土而言是必需的，只有通过工艺试验发现和改进存在的问题，才能达到预期的质量目标。