HF抗沖耐磨混凝土在水電工程中的應(yīng)用

雷 維 岳， 范 春 艷， 丁 俊

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 611830)

1 概 述

隨著HF混凝土技術(shù)的日益完善和成熟，其工程使用效果逐步顯現(xiàn)，越來越多的大中型工程從原來的選擇硅粉混凝土、纖維混凝土、高性能混凝土等傳統(tǒng)抗沖耐磨混凝土逐步改變?yōu)檫x擇HF混凝土，使抗沖耐磨防空蝕問題從單一的材料選擇轉(zhuǎn)到選擇一整套護面技術(shù)——HF混凝土技術(shù)。HF混凝土是由 HF外加劑、優(yōu)質(zhì)粉煤灰(或其它摻合料如磨細礦渣、硅粉等)、符合要求的砂石骨料和膠凝材料組成，并按規(guī)定的要求進行設(shè)計、按照要求的施工工藝和質(zhì)量控制方法組織澆筑并完成的混凝土[1]。

某水電站位于四川省甘孜藏族自治州鄉(xiāng)城縣境內(nèi)，其高流速導(dǎo)流放空洞全長894 m，襯砌厚度分別為50 cm和60 cm，設(shè)計流速為35 m/s，混凝土設(shè)計要求為C40F300W6。原設(shè)計方案選用的硅粉抗沖耐磨混凝土存在表面易干縮龜裂、施工難度大等缺點。經(jīng)多方討論和論證，最終將其更換為HF抗沖耐磨混凝土。HF抗沖耐磨混凝土的使用有效地避免了硅粉抗沖耐磨混凝土表面干縮龜裂通病的產(chǎn)生，其還具有水泥用量低、抗沖耐磨性能好、易于施工等特點。

2 HF高強耐磨混凝土

在混凝土配合比設(shè)計階段，應(yīng)綜合考慮混凝土的和易性、強度、耐久性、經(jīng)濟性等方面，在此基礎(chǔ)上，優(yōu)先選用品質(zhì)優(yōu)良的膠凝材料及骨料、外加劑，以使成品HF混凝土的施工和易性及其他各項性能指標更為優(yōu)良[2]。

2.1 原材料

(1)水泥：選用祥云縣建材有限責任公司生產(chǎn)的小灣P.MH 42.5水泥，其比表面積為278 m2/kg，密度為3.11 g/cm3,初終凝時間分別為156 min和226 min,其28 d抗壓強度為47.6 MPa ,抗折強度為7.6 MPa,安定性合格。

(2)粉煤灰：采用成都搏磊資源循環(huán)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的II級粉煤灰，其細度為5%，燒失量為6.6%，需水量比為96%，密度為2.31 g/cm3。

(3)細骨料：采用拉瑪隆砂石料廠生產(chǎn)的的機制砂。細度模數(shù)為2.52；表觀密度為2.63 g/cm3,堆積密度為1.48 g/cm3，吸水率為2.4%，含泥量為2.5%，超遜徑合規(guī)。

(4)粗骨料：采用拉瑪隆砂石料廠生產(chǎn)的的碎石。采用粒徑為5～20 mm、20～40 mm碎石組成的合成級配，分別占比為50%時，振實容重較優(yōu)，為1.75 g/cm3，吸水率為0.62%，超遜徑合規(guī)。

(5)外加劑：采用甘肅巨才電力技術(shù)有限責任公司生產(chǎn)的HF混凝土專用HF外加劑，其 pH值為13，細度為2.2%，含水量為2.4%，水泥膠砂流動度為168 mm；采用攀枝花市吉源科技有限公司生產(chǎn)的JY-Y引氣劑，摻量為0.008%，減水率為6.5%，含氣量為4.8%，凝結(jié)時間差為初凝+15 min,終凝+45 min，3 d、7 d、28 d抗壓強度比分別為95%、92%、87%，均符合相關(guān)要求。

(6)水：符合要求的飲用水。

2.2 摻量選擇

(1)粉煤灰摻量：此次選用II級粉煤灰。因低熱硅酸鹽水泥混凝土的粉煤灰最大摻量與硅酸鹽水泥混凝土相同，故選取25%的摻量作為此次抗磨混凝土配合比摻量[3]。

(2)HF混凝土抗沖耐磨劑摻量：本次試驗采用的水膠比為0.35，骨料二級配(比例50∶50)，對HF混凝土抗沖耐磨劑和 JY-Y引氣劑分別進行了外加劑摻量效應(yīng)試驗；混凝土坍落度按 100～140 mm控制，含氣量為4.5%～6.5%。HF混凝土外加劑摻量效應(yīng)試驗成果見表1。

表1 HF混凝土外加劑摻量效應(yīng)試驗成果表

從表1中的試驗結(jié)果可以看出：混凝土的用水量隨外加劑摻量的增加而減少，但摻量增加超過2.7%后用水量減少的趨勢減緩，同時，混凝土的和易性變得稍差，因此可以認為：HF混凝土抗沖劑的最佳摻量為2.7%。

2.3 耐久性試驗

(1)混凝土抗凍抗?jié)B試驗：選取0.4、0.35、0.3水膠比成型混凝土試塊進行抗凍抗?jié)B試驗?？箖鲂阅茉囼灲Y(jié)果表明：在凍融循環(huán)300次的條件下，其相對動彈模量、質(zhì)量損失率均能達到相關(guān)要求。抗?jié)B性能亦能達到W6抗?jié)B要求。

(2)混凝土抗沖耐磨性試驗：選取0.4、0.35、0.3水膠比成型混凝土試塊，使用水下鋼球法進行抗沖耐磨試驗，所取得的試驗結(jié)果見表2。

表2 HF混凝土抗沖耐磨試驗結(jié)果表

2.4 配合比設(shè)計

在滿足設(shè)計強度和耐久性等要求的前提下，根據(jù)施工圖紙設(shè)計總說明和相關(guān)規(guī)范要求初步選定配合比中的試拌水膠比[4]。隨后選用固定水膠比0.35，在使用單位用水量的前提下變動砂率，測定混凝土坍落度、強度并觀察混凝土拌合物的和易性，從而選出水膠比的最佳砂率。最后，通過試拌找到水膠比與混凝土單位用水量、砂率及抗壓強度之間的變化關(guān)系。建立了混凝土28 d抗壓強度與膠水比的關(guān)系，并對其進行了線性分析，28 d常態(tài)HF混凝土抗壓強度與膠水比的關(guān)系曲線見圖1，回歸方程表明抗壓強度與膠水比相關(guān)性較好。

圖1 常態(tài)HF混凝土28 d抗壓強度與膠水比關(guān)系曲線圖

最終確定的該項目HF高強度抗沖耐磨混凝土配合比見表3。

表3 高速導(dǎo)流放空洞常態(tài)HF C40W6F300混凝土配合比表

3 HF混凝土施工

3.1 施工工藝流程

該水電站高流速導(dǎo)流放空洞高強耐磨HF混凝土的施工工藝流程為：混凝土試驗復(fù)核→測量放線與驗收→ 鋼筋綁扎與臺車就位→ 拌和投料攪拌→ 運輸與混凝土入倉→振搗與抹面→ 養(yǎng)護→HF混凝土缺陷修補。

3.2 各環(huán)節(jié)的注意事項

3.2.1 施工前的試驗復(fù)核

施工前，對HF混凝土配合比進行現(xiàn)場復(fù)核試驗，試驗段為底板及邊墻兩種試驗段。底板試驗塊厚度為0.4 m，長、寬各1 m，無配筋；邊墻試驗塊澆筑高度為1.2 m，長2 m，寬0.4 m，無配筋。底板采用100～140 mm坍落度混凝土罐車直接入倉，邊墻采用140～180 mm坍落度混凝土泵車泵送入倉。

試驗取得的主要結(jié)論：設(shè)計得到的HF混凝土配合比能滿足現(xiàn)場施工時對混凝土和易性的要求。黏聚性優(yōu)良，無骨料離析現(xiàn)象?；炷寥雮}后，采用立即振搗和靜置20～30 min后振搗兩種方法，兩種方法對混凝土收面的影響均不大。混凝土振搗后，混凝土收面時較為容易，與普通混凝土收面差別不大?；炷敛鹉：螅厜Ρ砻嬗猩僭S氣泡，且氣泡多集中在邊墻頂部，需注意加強振搗[5]。

3.2.2 測量放線與驗收

(1)測量放線。在對倉號基礎(chǔ)進行清潔后再進行測量放線，放出關(guān)鍵控制點并作好醒目標志。

(2)倉號驗收?；炷翝仓埃_保倉號干凈整潔，無浮土、雜物、積水等。

3.2.3 鋼筋綁扎與臺車就位

(1)安裝鋼筋。安裝鋼筋前，應(yīng)以測量放點確定安裝位置，嚴格按施工圖紙和相關(guān)規(guī)范要求進行安裝。

(2)臺車就位。鋼模臺車在出口涵洞段底板上安裝完成后行走至襯砌工作面。

3.2.4 HF混凝土的投料順序及攪拌要求。

拌和時的投料順序為:粒徑5～20 mm的小石、砂、水泥、粉煤灰、HF外加劑、引氣劑；粒徑20～40 mm的中石。HF混凝土的干料全部按順序投入到拌和機內(nèi)，先進行干料攪拌，攪拌均勻后加水攪拌，總拌和時間不少于180 s。

3.2.5 運輸與混凝土入倉

(1)襯砌混凝土采用8 m3混凝土攪拌車運輸，襯砌混凝土的垂直運輸采用泵車入倉。入倉方式采用多點卸料，人工攤鋪。

(2)混凝土入倉前，應(yīng)優(yōu)先攤鋪富漿混凝土于倉底，再分層下料，采用人工平倉、振搗。底板混凝土澆筑時，對靠近模板處要振搗密實，以防止出現(xiàn)氣泡、麻面等。

(3)混凝土澆筑應(yīng)對稱均勻下料，澆筑開始時選擇對稱窗口泵送混凝土料，將下料高度控制在2 m。

3.2.6 振搗與抹面

(1)振搗。振搗的持續(xù)時間以混凝土表面浮漿無氣泡排出和不再下沉為佳。

(2)混凝土抹面。HF 混凝土在振搗完成后先用木抹子進行混凝土的毛面抹平，必須保證一次抹面成功，才能保證混凝土不產(chǎn)生裂縫。

3.2.7 脫 模

鋼模臺車在澆完頂拱后8～12 h、同條件養(yǎng)護混凝土試塊強度滿足要求后脫模，且應(yīng)分段進行混凝土脫模。

3.2.8 養(yǎng) 護

(1)HF混凝土終凝后，對混凝土表面采用塑料薄膜覆蓋，或用不瀝水草口袋覆蓋混凝土表面，并開始灑水養(yǎng)護混凝土，養(yǎng)護時間不少于28 d。

(2)灑水時間。HF混凝土的養(yǎng)護噴水間隔應(yīng)以能保證混凝土表面濕潤為優(yōu)。當環(huán)境溫度較高時，宜增加養(yǎng)護次數(shù)，以避免混凝土表面溫度太高而出現(xiàn)裂縫。

3.2.9 HF混凝土缺陷修補

(1)混凝土澆筑完成后，經(jīng)過拆模、臺車移位后對成型混凝土進行檢查。對檢查后發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，如混凝土出現(xiàn)蜂窩、孔洞、錯臺、麻面等大于5 mm 的缺陷，經(jīng)人工用砂輪打磨后采用環(huán)氧砂漿進行補強處理。

(2)對混凝土表面的輕微麻面、氣泡等小于5 mm的缺陷，采用環(huán)氧膠泥進行缺陷處理。對于寬度大于2 mm 的混凝土裂縫，采用化學(xué)灌漿的方式進行處理。經(jīng)過處理后的混凝土其表面不平整度應(yīng)滿足相關(guān)設(shè)計要求。

4 結(jié) 語

該水電站導(dǎo)流放空洞抗沖耐磨混凝土設(shè)計方量為5 640 m3，全部采用HF抗沖耐磨混凝土進行施工，不僅保證了工程質(zhì)量，而且在一定程度上縮短了工期，取得了良好的經(jīng)濟及社會效益，值得在今后類似項目推廣使用。