淺談火山灰作為抗沖耐磨混凝土摻和料在水利工程中的應(yīng)用

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

葉巴灘水電站位于四川省白玉縣與西藏貢覺縣境內(nèi)的金沙江干流上，左岸隸屬于四川甘孜藏族自治州白玉縣，右岸隸屬于西藏自治區(qū)昌都地區(qū)貢覺縣。以金沙江為界，電站布置兩條導(dǎo)流洞，分別位于金沙江兩岸。

導(dǎo)流洞進(jìn)、出口高程分別為2717m和2714m，過流斷面尺寸均為12m×14m(寬×高，城門洞型)。左岸導(dǎo)流洞洞長1002.6m，閘室豎井上游底板縱坡坡比i=0.2976%，下游底板縱坡坡比i=3.108%；右岸導(dǎo)流洞洞長為896.4m，底板縱坡坡比i=0.3347%。襯砌厚度0.65m～1.50m。

導(dǎo)流洞洞身襯砌混凝土設(shè)計標(biāo)號：底板混凝土采用抗沖耐磨混凝土C40W8F100(調(diào)整后)，邊頂拱采用C25W8F100。根據(jù)設(shè)計圖紙，底板及邊墻1.5m以下為抗沖耐磨混凝土C40W8F100(調(diào)整后)，其余部位為C25W8F100。

導(dǎo)流洞運(yùn)行期單洞過流能力3500m3/s，最大流速22.5m/s，高速水流對襯砌混凝土的抗沖耐磨性能要求比較高。

導(dǎo)流洞洞身結(jié)構(gòu)見圖1。

(尺寸單位：cm)圖1 導(dǎo)流洞洞身結(jié)構(gòu)示意

2 應(yīng)用背景

葉巴灘水電站地處藏區(qū)腹地，工區(qū)附近工業(yè)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，缺乏粉煤灰摻和料的資源，根據(jù)考察，距工區(qū)最近的可供粉煤灰的大型電廠在1000km以外，運(yùn)輸路途較遠(yuǎn)，且運(yùn)輸交通受區(qū)域特性影響難以保證材料持續(xù)供應(yīng)，對電站工程進(jìn)度而言有很大程度制約性，研究備用的摻和料替代粉煤灰方案是保證電站混凝土質(zhì)量和工程順利建設(shè)的關(guān)鍵。

經(jīng)考察，建設(shè)方確定自電站附近運(yùn)距約300km的火山灰廠家購買摻和料，用于拌制抗沖耐磨混凝土。運(yùn)距短、可持續(xù)供應(yīng)，對工程建設(shè)尤其是電站前期工程有利。

3 抗沖耐磨混凝土配合比設(shè)計

3.1 原材料

(1)水泥。所用水泥為雅安西南水泥有限公司生產(chǎn)的P·042.5級普通硅酸鹽水泥。檢測指標(biāo)滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB 175-2007)的要求。

(2)摻和料。所用摻和料為爐霍華康水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的火山灰，為Ⅰ級灰。主要性能指標(biāo)滿足《水工混凝土摻用天然火山灰質(zhì)材料技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5273-2012)的要求。火山灰在混凝土中的摻量為15%。

(3)骨料。所用骨料為砂、小石、中石，均為場內(nèi)臨標(biāo)單位砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)提供。其中砂細(xì)度模數(shù)為2.9，石粉含量12.4%；粗骨料級配為二級配(5mm～20mm，20mm～40mm)，泵送粗骨料級配為中石∶小石=50∶50，經(jīng)檢測骨料品質(zhì)指標(biāo)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144-2015)標(biāo)準(zhǔn)要求。

(4)抗沖磨劑。由北京至誠達(dá)升建材科技有限公司生產(chǎn)的ZCD粉狀抗沖磨劑。抗沖磨劑在混凝土中的摻量為2.9%。

(5)外加劑。選用由北京至誠達(dá)升建材科技有限公司生產(chǎn)的ZCD-1型聚羧酸高性能減水劑(標(biāo)準(zhǔn)型)和ZCD-17型引氣劑。性能指標(biāo)檢測滿足《混凝土外加劑》(GB 8076-2008)標(biāo)準(zhǔn)要求。減水劑摻量1.0%，引氣劑摻量0.1‰。

(6)水。為現(xiàn)場拌和系統(tǒng)用水。

3.2 推薦配合比

通過現(xiàn)場施工所用的原材料，進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，混凝土各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計要求，推薦抗沖耐磨C40W8F100配合比見表1。

表1 C40抗沖耐磨混凝土推薦配合比

4 抗沖耐磨混凝土施工技術(shù)

4.1 混凝土澆筑要求

導(dǎo)流洞抗沖耐磨混凝土澆筑應(yīng)滿足《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5207-2005)及相關(guān)規(guī)范外，還應(yīng)滿足下列要求：

(1)出機(jī)口溫度

低溫季節(jié)(10月-次年3月)出機(jī)口溫度不低于10℃，其他月份不高于10℃。

(2)澆筑溫度

低溫季節(jié)(10月-次年3月)混凝土澆筑溫度6℃～10℃，高溫季節(jié)(4月-9月)不高于14℃。

(3)平整度

導(dǎo)流洞工程的混凝土澆筑要求表面平整光滑，起伏差不超過10mm，如超過，需磨成“上游坡1∶30、下游坡1∶10、側(cè)面坡1∶3”的斜坡。

4.2 混凝土施工

4.2.1 攪拌

抗沖磨外加劑在施工前按每次拌和需用量稱重分裝備用，直接以干粉狀加入混凝土攪拌機(jī)中，但應(yīng)避免直接加入無料或僅有拌和用水的料筒中。混凝土施工所用原材料的稱量誤差需滿足《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144-2015)要求，總拌和時間不少于180s。混凝土坍落度在保證澆筑施工的情況下盡量采用較小值。根據(jù)骨料含水率的大小由試驗(yàn)人員調(diào)整用水量、水泥和砂率，使坍落度和和易性滿足施工要求，杜絕單純加水使坍落度大于配合比設(shè)計值。

4.2.2 運(yùn)輸和入倉

混凝土拌制好后用罐車運(yùn)輸，運(yùn)輸過程中盡量減少顛簸防止離析；同時應(yīng)組織快速入倉減少等待卸車時間或者卸料入倉時間，避免多次轉(zhuǎn)料入倉，現(xiàn)場作業(yè)面?zhèn)}位混凝土采用泵送入倉，泵送過程中嚴(yán)禁隨意加水稀釋；泵管出口下料高度大于1.5m時，采用溜筒或溜槽過渡。卸料時嚴(yán)禁混凝土入倉直接沖擊模板，造成模板移位、變形。

4.2.3 混凝土振搗、收面

底板混凝土采用平鋪法澆筑，分層厚度40cm，人工使用φ70、φ50振搗器進(jìn)行振搗，振搗器以手提式軟軸振搗器為主，混凝土應(yīng)隨澆隨平倉，不得堆積，采用振搗器平倉時，不能以平倉代替振搗。振搗器要插入下層混凝土5cm，快插慢拔，振搗到混凝土不再明顯下沉、不冒氣泡為止，粗骨料應(yīng)均勻的分布在砂漿較多處。底板混凝土施工必須保證入倉強(qiáng)度，避免上層覆蓋前底層混凝土發(fā)生初凝。

底板混凝土澆筑完成后，初凝以前完成抹面、收光工序。在收面過程中和混凝土初凝后12h內(nèi)混凝土表面不得有外來水進(jìn)入倉面。

底板收面采用刮軌、人工刮尺(3m長自制的鋁合金直尺)精平，抹光機(jī)抹面，人工靠尺檢查平整度后采用鐵抹子二道壓實(shí)收光。

4.2.4 脫模、養(yǎng)護(hù)、成品保護(hù)

底板在收面完成后及時在表面鋪設(shè)塑料薄膜進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，12h～18h后掀開薄膜灑水養(yǎng)護(hù)，上部澆筑無砂混凝土保護(hù)。

混凝土達(dá)到規(guī)范規(guī)定的拆模強(qiáng)度后方可進(jìn)行模板拆除，模板拆除不得野蠻進(jìn)行，不得猛砸硬撬，損壞已澆筑混凝土。底板混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后方可過車，避免損壞已澆底板混凝土。

4.3 溫控措施

4.3.1 高溫季節(jié)溫控措施

(1)降低混凝土澆筑溫度

①防陽隔熱設(shè)施：運(yùn)輸混凝土工具有保溫被或防雨布等設(shè)施，縮短混凝土暴曬時間，控制從出機(jī)口到倉面澆筑溫度回升(或損失)不超過4℃。

②加強(qiáng)管理，保證交通暢通，加快施工速度：通過加強(qiáng)管理，盡量避免交通堵塞，減少等待卸車時間或者卸料入倉時間，避免多次轉(zhuǎn)料入倉。若混凝土罐車因故需要等待，應(yīng)盡量安排在洞內(nèi)等待。

(2)合理安排澆筑工期

①當(dāng)無法避免在高溫季節(jié)澆筑時，應(yīng)盡可能安排在早、晚或夜間施工，冬季施工時盡可能安排在白天溫度開始回升的時段進(jìn)行澆筑。

②高溫季節(jié)，由于日曬或者車輛自身運(yùn)行導(dǎo)致車輛溫度升高，要對車輛進(jìn)行降溫處理。

③混凝土澆筑工作面溫度較高時可通過噴霧降低工作面環(huán)境溫度，或者在澆筑工作面布置鼓風(fēng)機(jī)或空調(diào)機(jī)來降低工作面環(huán)境溫度，減少混凝土澆筑過程中溫度倒灌。

(3)加強(qiáng)溫度檢測

在混凝土澆筑期間，安排專人進(jìn)行溫度監(jiān)測并做好監(jiān)測記錄。建立骨料溫度、環(huán)境溫度、混凝土出機(jī)口溫度、入倉溫度、澆筑溫度、最高溫度之間的關(guān)系，指導(dǎo)現(xiàn)場采取可行的溫控防裂措施。

4.3.2 低溫季節(jié)溫控措施

(1)拌和系統(tǒng)砂石骨料成品堆放場安設(shè)保溫棚、安設(shè)地?zé)峁艿溃⒃O(shè)置鍋爐集中為地?zé)峁艿拦┧?，保證骨料溫度滿足冬季施工溫度要求。

(2)為滿足混凝土澆筑溫度要求，在拌和站另建設(shè)一座鍋爐，集中為拌和系統(tǒng)供應(yīng)熱水。澆筑混凝土?xí)r提前對水進(jìn)行加熱，拌和混凝土前用熱水對拌和機(jī)、輸送泵管進(jìn)行沖洗。進(jìn)入拌和機(jī)的水溫要求不低于10℃，且不宜超過60℃。超過60℃時，應(yīng)改變拌和加料順序，將骨料與水先拌和，然后加入水泥。

(3)混凝土的拌和時間應(yīng)比常溫季節(jié)適當(dāng)延長。

(4)在澆筑過程中，應(yīng)控制并及時調(diào)節(jié)混凝土的出機(jī)口溫度，減少波動，保持澆筑溫度均勻?？刂品椒ㄒ哉{(diào)節(jié)水溫為宜。

(5)拌和站安排專人每天對室外環(huán)境溫度、拌和用水溫度、骨料溫度和出機(jī)口溫度進(jìn)行監(jiān)測，并做好紀(jì)錄，以指導(dǎo)現(xiàn)場拌和。

(6)混凝土可摻引氣劑，且其含氣量可適當(dāng)增加。

(7)利用混凝土攪拌罐車進(jìn)行混凝土運(yùn)輸時，用保溫棉被提前對罐車進(jìn)行包裹保溫。

(8)在導(dǎo)流洞口搭設(shè)保溫門簾封閉，以減少對流，保持洞內(nèi)溫度相對穩(wěn)定。必要時在導(dǎo)流洞進(jìn)出口位置安裝暖風(fēng)機(jī)或空調(diào)對施工倉位的環(huán)境加溫。

5 質(zhì)量檢測和缺陷修補(bǔ)

5.1 抗沖耐磨混凝土檢測結(jié)果

葉巴灘左、右岸導(dǎo)流洞全長1.9km，底板澆筑歷時9個月，澆筑方量約3.6萬余m3，抽檢底板抗沖耐磨混凝土共計200次，抗壓強(qiáng)度檢測成果見表2。

混凝土抗凍、抗?jié)B性能檢測共計9次，檢測成果見表3。

表2底板抗沖耐磨混凝土抗壓強(qiáng)度檢測成果

表3底板抗沖耐磨混凝土抗拉、抗凍、

5.2 混凝土質(zhì)量缺陷修補(bǔ)

經(jīng)與監(jiān)理、業(yè)主單位進(jìn)行底板質(zhì)量缺陷檢查，未發(fā)現(xiàn)溫度裂縫，矮邊墻局部部位出現(xiàn)有蜂窩、麻面，根據(jù)檢查結(jié)果和質(zhì)量要求，對蜂窩、孔洞、麻面≥5mm的深層缺陷，采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理；對麻面(輕微)、氣泡≤5mm的薄層缺陷，采用環(huán)氧膠泥進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

個別倉位底板平整度存在超標(biāo)的情況，經(jīng)處理后，表面不平整度滿足設(shè)計要求并與周邊混凝土面平順銜接。

6 結(jié)論

葉巴灘水電站導(dǎo)流洞工程運(yùn)行期時間長、流速大，對抗沖耐磨混凝土質(zhì)量要求高。

本工程抗沖耐磨混凝土采用火山灰作為摻和料應(yīng)用于大型建筑物，通過現(xiàn)場配合比試驗(yàn)、施工過程中抽檢檢測，保證了抗沖耐磨混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足規(guī)范和設(shè)計要求，確保了工程的實(shí)體質(zhì)量，限于本工程施工環(huán)境的前提下，采用火山灰作為抗沖耐磨混凝土摻和料方案是合適的。為類似工程提供了施工經(jīng)驗(yàn)和必要的技術(shù)支撐。