水工抗沖磨防空蝕混凝土關(guān)鍵技術(shù)分析探討

蔣準(zhǔn)彪

摘? ? 要：很多水工工程在經(jīng)過長期使用后都會(huì)出現(xiàn)不同程度的空蝕磨損現(xiàn)象，對水工建筑整體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)固性產(chǎn)生了較大的威脅，因此必須加強(qiáng)對抗磨蝕混凝土關(guān)鍵技術(shù)的研究，同時(shí)要結(jié)合水工建筑的實(shí)際情況積極采取設(shè)置摻氣減蝕設(shè)施、合理選擇護(hù)面材料、嚴(yán)格控制混凝土澆注施工技術(shù)工藝等方式來全面提高水工工程的施工質(zhì)量，確保水工工程運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：水工;抗沖磨防空蝕;混凝土;關(guān)鍵技術(shù)

1? 前言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來水工工程的建設(shè)規(guī)模和項(xiàng)目數(shù)量不斷增加，對水工建筑的施工技術(shù)提出了更高的要求。通過總結(jié)建成投入使用的水工建筑的施工實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，溢洪道、泄洪洞和消力池等水工建筑在運(yùn)行一段時(shí)間后，其泄水消能護(hù)面的抗磨蝕混凝土往往會(huì)在高速水流的沖磨作用下出現(xiàn)空蝕等損壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了水工建筑的運(yùn)行安全以及其各項(xiàng)功能的正常發(fā)揮。因此要高度重視這一問題，并要結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加大對水工抗沖磨防空蝕混凝土關(guān)鍵技術(shù)的研究力度，全面提高水工建筑的質(zhì)量和使用壽命。

2? 破壞水工抗沖磨防空蝕混凝土的主要原因分析

當(dāng)水工建筑的混凝土表面存在障礙物以及平整度較差時(shí)，高速水流就會(huì)對抗沖磨防空蝕混凝土產(chǎn)生破壞作用，并導(dǎo)致其出現(xiàn)不同程度的空蝕損害，影響水工建筑整體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)固性。同時(shí)如果在水工建筑的施工過程中存在模板接縫不平、定線測量誤差明顯、混凝土表面有突起殘留以及抹面施工質(zhì)量較差等問題時(shí)，都會(huì)造成過流表面的平整度較低，進(jìn)而在局部邊界出現(xiàn)分離現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致漩渦的形成并加大出現(xiàn)空蝕破壞的幾率。此外，在抗沖磨混凝土的澆搗養(yǎng)護(hù)施工中如果出現(xiàn)多次澆注且間隔時(shí)間不合理等問題時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生裂縫以及脫空的情況，此時(shí)抗沖磨混凝土在受到高速水流的沖磨作用下就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的破損。

3? 水工抗沖磨防空蝕混凝土關(guān)鍵技術(shù)

3.1? 采用摻氣減蝕技術(shù)

防止水工抗沖磨混凝土出現(xiàn)空蝕問題的關(guān)鍵技術(shù)之一就是采用高速水流摻氣技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)外水工建筑中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。通過總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在水流流速超過30m/s時(shí)，水工抗沖磨混凝土出現(xiàn)空蝕問題的幾率較高。而隨著我國水利工程項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，由高速水利造成的空蝕空化、摻氣以及其他破壞問題日益突出，因此必須加強(qiáng)對摻氣減蝕技術(shù)的研究。摻氣減蝕技術(shù)主要是通過在高速水流邊界采取強(qiáng)迫摻氣技術(shù)，促使水流從底部紊流邊界逐步向自由表面摻氣后改變其物理特性，從而達(dá)到減免空蝕破壞的目的。目前在我國的多項(xiàng)水利工程建設(shè)中都已經(jīng)采用了這一技術(shù)方法，并形成較為完善的技術(shù)規(guī)范。力圖在水工隧洞的施工中應(yīng)將摻氣水面上方凈空余幅控制在15%到25%隧洞面積范圍內(nèi)，而對于較長水工隧洞還應(yīng)采取必要的補(bǔ)氣措施，以確保水工泄洪建筑的安全運(yùn)行。

3.2? 合理控制抗沖磨防空蝕混凝土齡期

在水工建筑的建設(shè)中，應(yīng)嚴(yán)格按照抗沖磨混凝土的相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求并結(jié)合工程區(qū)域的含沙量以及流速等參數(shù)確定混凝土的強(qiáng)度，同時(shí)還應(yīng)開展現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)一步提高抗沖磨混凝土強(qiáng)度以及齡期選擇的合理性。由于混凝土齡期對抗沖磨混凝土胡呢料中膠凝材料以及各種摻入料的用量有較大的應(yīng)用，同時(shí)還與抗沖磨混凝土的防裂能力密切相關(guān)，因此一般在水工建筑中應(yīng)將抗沖磨混凝土齡期控制在90d左右。通過對實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，在坍落度強(qiáng)度以及級配相同的條件下，90d齡期的抗沖磨混凝土的膠凝材料用量比28d齡期明顯降低，且其強(qiáng)度增長也達(dá)到了28d的1.2倍～1.25倍左右。

3.3? 積極采用新型抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)

（1）采用復(fù)合材料混凝土技術(shù)。隨著我國水工建筑施工技術(shù)以及材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，各種抗沖磨混凝土材料被陸續(xù)研發(fā)應(yīng)用，高強(qiáng)混凝土被作為解決水工建筑混凝土抗沖磨防空蝕問題的重要技術(shù)方法之一。同時(shí)，在傳統(tǒng)高強(qiáng)混凝土的基礎(chǔ)上，還進(jìn)一步發(fā)展出了多元復(fù)合型的新型抗沖磨混凝土材料。多元復(fù)合材料混凝土的強(qiáng)度等級通常能夠達(dá)到C40大C60左右，且其材料成分更加多元化，通過摻入纖維、粉煤灰、鐵礦石骨料、硅粉以及礦渣等復(fù)合型多元成分有效提高了抗沖磨混凝土的防裂性能、強(qiáng)度以及耐磨能力，從而成為了解決水工抗沖磨混凝土出現(xiàn)空蝕缺陷的關(guān)鍵技術(shù)。目前在水工建筑中使用的多元復(fù)合型混凝土主要為硅粉粉體類。該類型抗沖磨混凝土具有較好的耐磨性能和較高的強(qiáng)度，同時(shí)隨著聚羧酸減水劑、纖維的摻入使用以及對硅粉摻量的優(yōu)化控制，進(jìn)一步提高了其抗沖磨防空蝕性能，不過目前仍存在收縮裂縫控制以及抹面處理難度較高等問題。

（2）采用HF混凝土技術(shù)。所謂HF混凝土阿就是在混凝土混合料中摻入雙摻粉、多元粉體等摻合料、優(yōu)質(zhì)煤灰以及HF外加劑的混凝土類型，同時(shí)HF混凝土對于水泥以及砂石骨料也就其特殊的要求，這使得HF混凝土具有水化熱溫升幅度和干縮性比較小的特點(diǎn)，而且其在抗裂性以及防空蝕耐沖磨性能等方面的優(yōu)勢也比較突出，施工技術(shù)工藝也相對簡單，因此HF混凝土在水工建筑中被廣泛應(yīng)用，并取得了較為理想的護(hù)面效果。這主要是由于應(yīng)用HF混凝土有效解決了抗沖磨混凝土材料的自身缺陷問題，在應(yīng)用HF混凝土進(jìn)行水工建筑護(hù)面施工時(shí)，能夠明顯提高護(hù)面的流線形以及平整度度，客觀上降低了高速水流對混凝土護(hù)面的沖磨作用，從而達(dá)到了防止空蝕破壞出現(xiàn)的目的。

3.4? 混凝土澆注施工關(guān)鍵技術(shù)分析

（1）采用同步澆注基層混凝土技術(shù)提高層間結(jié)合緊密度。與傳統(tǒng)的在基層混凝土澆注完成后再澆注抗沖磨混凝土的施工方式相比采用，同步澆注基層和水工建筑邊墻以及泄槽等豎立面抗沖磨混凝土的技術(shù)工藝能夠有效有效避免不同混凝土由于彈性模量、變形以及應(yīng)力等差異而產(chǎn)生的脫空等問題，從而達(dá)到提高層間結(jié)合的緊密度、避免層間脫開的目的。

（2）合理選擇混凝土澆注施工方式。在抗沖磨混凝土的澆注施工時(shí)可以按照常態(tài)混凝土來進(jìn)行施工技術(shù)工藝的選擇，將混凝土坍落度控制在5cm～7cm左右，這樣可以減少水泥以及水的用量，有效避免出現(xiàn)溫度裂縫。

（3）混凝土振搗收面施工技術(shù)要點(diǎn)。在振搗施工時(shí)應(yīng)合理選擇振搗設(shè)備，并準(zhǔn)確控制振動(dòng)力以及振動(dòng)幅度，以確?；炷撩軐?shí)度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)應(yīng)采取人工刮軌方式來進(jìn)行收面作業(yè)。收面時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確判斷混凝土的初凝時(shí)間，并嚴(yán)禁在混凝土表面采取撒水泥以及灑水等作業(yè)方法。

（4）抗沖磨防空蝕混凝土養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)。完成抗沖磨的澆搗收面施工后，施工人員應(yīng)及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)措施。在混凝土表面終凝前應(yīng)通過噴霧以及噴灑養(yǎng)護(hù)劑等方法來保持其表面的濕潤度。而在混凝土表面完成終凝后，則應(yīng)在具備邊界條件是采用覆蓋養(yǎng)護(hù)材料的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理。在養(yǎng)護(hù)抗沖磨混凝土豎立面時(shí)，則應(yīng)在拆除模板后通過噴淋以及覆蓋等方面來保持豎立面的濕潤度，避免抗沖磨混凝土表面出現(xiàn)裂縫等問題。

4? 總結(jié)

在高速水流的長期沖磨作用下，水工建筑的護(hù)面混凝土往往會(huì)出現(xiàn)空蝕等問題，嚴(yán)重威脅了水工建筑的運(yùn)行安全，同時(shí)也對水工建筑各項(xiàng)使用功能的正常發(fā)揮產(chǎn)生了不利的影響。因此應(yīng)加強(qiáng)對水工抗沖磨防空蝕混凝土關(guān)鍵技術(shù)的研究，并不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過設(shè)置摻氣減蝕設(shè)施，科學(xué)選擇抗沖磨混凝土齡期和抗磨蝕混凝土材料、準(zhǔn)確掌握混凝土的澆搗、收面以及養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，全面提高水工建筑的施工質(zhì)量。

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