抗沖磨混凝土在新疆阿爾塔什水利樞紐工程中的應用研究

代興艷，王曉軍，秦 猛

（中國葛洲壩集團第三工程有限公司，陜西 西安710065）

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程，位于喀什地區(qū)莎車縣和克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣交界處，是葉爾羌河干流山區(qū)下游河段的控制性水利樞紐工程，主要由攔河壩、泄水建筑物、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房、生態(tài)基流放水洞等組成，規(guī)劃水庫正常蓄水位1 820 m，最大壩高164.8 m，水庫總庫容22.49億m3，電站總裝機容量755 MW，設計年發(fā)電量22.6億kW·h，是目前新疆最大的水利工程。因在設計、施工等方面面臨諸多技術難題，被稱為“新疆的三峽工程”[1]。

2 抗沖磨混凝土

抗沖磨混凝土，通常用于大壩、泄水建筑物及排沙孔等的抗沖磨部位，這些部位一般水流速度很大，混凝土受到的沖刷作用較大，磨損嚴重，給工程的正常運行造成極大的負面影響[2]。因此，阿爾塔什水利樞紐工程的水工建筑物必須具備強大的抗沖磨能力。

2.1 提高抗沖磨性能途徑

我國利用硅粉混凝土、纖維混凝土以及粉煤灰混凝土等，作為抗沖磨混凝土，取得了良好的效果。典型的有三峽工程泄洪深孔、葛洲壩水利樞紐二江泄水閘、江西大港水電站等[3-7]。目前，國內(nèi)外提高水工混凝土抗沖磨性能的主要采用以下途徑[2]：

一是盡量選擇較高強度等級的水泥。因為相同條件下，混凝土的抗沖磨性能與強度，均隨水泥強度等級的提高而提高。二是盡可能選取質地堅硬耐磨的骨料。骨料性能的好壞，對抗沖磨性能有很大的影響。三是優(yōu)選合適的礦物摻合料。如硅灰、粉煤灰及礦粉等，以增強混凝土的密實性，提高混凝土的強度，從而提高混凝土的抗沖磨性能。四是選擇合適的外加劑。如抗沖磨劑、聚羧酸減水劑及其他改性劑。五是摻加鋼纖維、聚丙烯纖維等纖維。

2.2 檢測方法

抗沖磨混凝土的檢測方法，我國《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL 352-2006）和《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術規(guī)范》（DL/T 5207-2005）規(guī)定，采用水下鋼球法、風砂槍法及圓環(huán)法，評價混凝土的抗沖磨性能。

3 抗沖磨混凝土研制試驗

基于上述規(guī)范、經(jīng)驗與做法，本工程采用摻加高性能復合型混凝土改性劑技術，研制抗沖磨混凝土；通過水下鋼球法測定現(xiàn)場混凝土的抗沖磨強度，以評判抗沖磨混凝土的抗沖磨性能是否符合工程要求。

3.1 原材料

水泥：克州青松水泥有限責任公司生產(chǎn)的P.O.42.5水泥，比表面積358 m2/kg，標準稠度用水量26.4%，3 d和28 d抗壓強度分別為28.8 MPa和48.7 MPa。

細骨料：新疆阿爾塔什C3料場河砂，細度模數(shù)2.6，表觀密度為2 690 kg/m3，石粉含量14.1%，堅固性5%，硫化物及硫酸鹽含量0.2%，14 d膨脹率0.25%。

粗骨料：新疆阿爾塔什C3料場5～20 mm、20～40 mm碎石，表觀密度2 700 kg/m3，堅固性1%，針片狀含量分別為10%、5%，含泥量分別為0.8%、0.4%；14 d膨脹率均為0.21%。粗細骨料均存在堿活性潛在危害。

粉煤灰：新疆華電喀什二期發(fā)電有限責任公司的II級粉煤灰，細度19.2%，燒失量4.5%，需水量比102%，含水量0.4%。

外加劑：北京首領科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的XJA/B型高性能復合型混凝土改性劑，由液體組分A和粉體組分B組成。液體組分XJ-A的減水率為29%，含氣量4.2%，28 d抗壓強度比156%。粉體組分XJ-B的含水量0.1%，氯離子含量0.05%，比表面積920 m2/kg。

3.2 配合比

參考《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL 352-2006）建議的水工混凝土配合比設計方法，設計抗沖磨混凝土的配合比，通過大量試配試驗，確定了抗沖磨混凝土的最優(yōu)配合比，見表1。

表1高性能混凝土配合比

3.3 試驗方法

3.3.1 工作性能試驗

采用坍落度和擴展度，評定抗沖磨混凝土的工作性能。按《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL 352-2006）中3.2混凝土拌合物坍落度試驗規(guī)定的方法進行。

3.3.2 抗壓強度試驗

采用立方體抗壓強度，評定抗沖磨混凝土的強度等級。按《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL 352-2006）中4.2混凝土立方體抗壓強度試驗規(guī)定的方法進行。試件尺寸采用100 mm×100 mm×100 mm。

3.3.3 抗沖磨性試驗

采用抗沖磨強度評定抗沖磨混凝土的抗沖磨性能。按《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL 352-2006）中4.20混凝土抗沖磨試驗（水下鋼球法）進行?；炷量箾_磨指標，用抗沖磨強度Ra表示，按公式（1）計算：

式中：Ra——抗沖磨強度，即單位面積上被磨損單位質量所需的時間，h/（kg/m2）；

T——試驗累計時間，h；

A——試件受沖磨面積，m2；

MT——經(jīng)過T時段沖磨后，試件損失的累計質量，kg。

4 結果與分析

4.1 工作性能與抗壓強度

抗沖磨混凝土的工作性能和抗壓強度，試驗結果見表2。結果表明：混凝土的坍落度達到200 mm以上，能夠滿足現(xiàn)場泵送的要求。此外，編號1 240和1 150的混凝土28 d強度分別達到了58.2 MPa和63.8 MPa，根據(jù)《混凝土強度檢驗評定標準》（GB/T 50107-2010）的有關規(guī)定，可以判定所配制的抗沖磨混凝土強度等級，符合C40和C50的設計要求。

表2混凝土工作性能和抗壓強度試驗結果

4.2 抗沖磨強度

混凝土抗沖磨性能的試驗結果見表3，表明混凝土的抗沖磨強度實測值明顯高于設計值，抗沖磨性能滿足設計要求。和常規(guī)的水工抗沖磨混凝土相比，通過摻入高性能復合型混凝土改性劑，不僅可以減少部分水泥膠凝材料的摻量，同時還可以明顯提高混凝土的抗沖磨強度。

表3混凝土抗沖磨試驗結果

4.3 工程應用

試驗制備的抗沖磨混凝土的工作性能、強度和抗沖磨性能均滿足設計要求，所配制的抗沖磨混凝土C50，已在阿爾塔什水利樞紐工程的泄水孔部位進行了驗證性試驗，各項技術性能均符合相關的設計規(guī)范要求。

5 結論

針對新疆阿爾塔什水利樞紐工程泄水建筑物的工程技術要求，通過采用摻加高性能復合型混凝土改性劑的工藝技術，在前期大量的配合比優(yōu)化試驗的基礎上，獲得了適合該工程施工并滿足高耐沖磨要求的C40和C50混凝土配合比，通過檢測及現(xiàn)場論證，這種高性能復合型混凝土改性劑不僅可優(yōu)化混凝土的工作性能，同時可明顯提高抗沖磨混凝土的抗沖磨能力?？稍陬愃频乃こ掏茝V應用。