白鶴灘水電站泄洪洞預(yù)縮砂漿配合比設(shè)計(jì)研究

周賢成

（中國(guó)水利水電第五工程局有限公司科研設(shè)計(jì)咨詢公司，四川 成都 610225）

0 引言

白鶴灘水電站泄洪洞工程因施工通病原因，過流面混凝土存在缺陷，如蜂窩、麻面等，為保證泄洪洞后期過流安全，需對(duì)過流面混凝土進(jìn)行缺陷修補(bǔ)。常規(guī)采用的環(huán)氧砂漿方法成本高、效果差，因此采用M40預(yù)縮砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，這種砂漿具有可補(bǔ)償收縮、成本低、速度快的特點(diǎn)。對(duì)砂漿強(qiáng)度及收縮率進(jìn)行室內(nèi)檢測(cè)，M40預(yù)縮砂漿滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，能夠替代環(huán)氧砂漿進(jìn)行過流面混凝土缺陷（蜂窩、麻面）的修補(bǔ)，為以后同類工程缺陷修補(bǔ)提供了數(shù)據(jù)支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 工程概況

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，上游距烏東德壩址182km，下游距溪洛渡水電站約195km，控制流域面積43.03 萬km2，占金沙江以上流域面積的91%。白鶴灘水電站的開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，電站正常蓄水位為825.0m，水庫總庫容206.27 億m3。

樞紐工程主要由混凝土雙曲拱壩、二道壩及水墊塘、泄洪洞、引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。泄洪洞進(jìn)水口包括進(jìn)水渠、進(jìn)水塔和聯(lián)系平臺(tái)。

2 試驗(yàn)依據(jù)及設(shè)計(jì)要求

白鶴灘水電站泄洪洞項(xiàng)目須對(duì)泄洪洞進(jìn)口過流面混凝土施工中存在的缺陷（蜂窩、麻面）進(jìn)行處理，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并受該項(xiàng)目部經(jīng)理部委托，對(duì)缺陷處理所需的M40干硬性預(yù)縮砂漿進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)[1]。

配合比試驗(yàn)主要依據(jù)（不限于）:《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5150-2001）、《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）、《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T 17671-1999）、《水泥比表面積測(cè)定方法 勃氏法》（GB/T 8074-2008）、《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》（GB/T 1346-2011）、《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5151-2014）、《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）、《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（DL/T 5330-2015）和《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5144-2015）等，預(yù)縮砂漿配合比技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 預(yù)縮砂漿配合比技術(shù)指標(biāo)

3 試驗(yàn)原材料

3.1 水泥

水泥采用四川省寧南縣白鶴灘水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的“螺髻山”P·O42.5普通硅酸鹽水泥，檢測(cè)結(jié)果表明：水泥所檢測(cè)指標(biāo)均滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）中關(guān)于P·O42.5 普通硅酸鹽水泥的技術(shù)要求。其物理性能結(jié)果見表2所示。

表2 水泥物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

3.2 細(xì)骨料

試驗(yàn)所用細(xì)骨料為水電八局骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂，檢測(cè)結(jié)果表明：人工砂所檢測(cè)指標(biāo)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5144-2015）規(guī)范要求。砂品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果及砂顆粒級(jí)配檢測(cè)結(jié)果見表3、表4所示。

表3 人工砂品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

表4 人工砂顆粒級(jí)配檢測(cè)結(jié)果

預(yù)縮砂漿用人工砂需烘干后過2.5mm 篩，過篩后細(xì)度模數(shù)見表5所示。

3.3 外加劑

本次試驗(yàn)用外加劑為石家莊市長(zhǎng)安育才建材有限公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)型GK-3000高性能減水劑。外加劑按廠家推薦摻量范圍進(jìn)行試驗(yàn)，均按膠凝材料的質(zhì)量百分比計(jì)。檢驗(yàn)按《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）及《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》（DL/T5100-1999）進(jìn)行，所檢測(cè)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 外加劑品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

3.4 拌合用水

本次混凝土配合比試驗(yàn)用水采用生活飲用水。

4 預(yù)縮砂漿配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)基本條件

細(xì)骨料采用水電八局骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂，人工砂需烘干后過2.5mm篩，計(jì)量以氣干狀態(tài)為準(zhǔn)。預(yù)縮砂漿配合比計(jì)算采用假定質(zhì)量法。預(yù)縮砂漿原材料投料順序：膠凝材料、砂、外加劑和水；外加劑溶于水后投入。

4.2 預(yù)縮砂漿參數(shù)選擇

預(yù)縮砂漿配合比設(shè)計(jì)參數(shù)及原材料理論用量見表7所示。原材料理論用量采用容重法進(jìn)行計(jì)算。

表7 預(yù)縮砂漿配合比設(shè)計(jì)參數(shù)及原材料理論用量

4.3 預(yù)縮砂漿配合比試驗(yàn)及結(jié)果

根據(jù)選定的預(yù)縮砂漿參數(shù)，采用《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5150-2001），按表7 人工拌制預(yù)縮砂漿，確保每組水灰比砂漿拌成后手握成團(tuán)、手上有濕痕而無水膜。用濕毛巾覆蓋砂漿拌合物，放置1h 后成型7d、28d抗壓強(qiáng)度試件。成型采用70.7mm×70.7mm×70.7mm砂漿試模，分兩層鋪料，每層鋪料搗實(shí)不超過40mm。搗實(shí)用硬木棒進(jìn)行，至表面出現(xiàn)少量漿液為止，第一層搗實(shí)后用小刀拉毛，確保層間結(jié)合緊密無斷層，頂層用抹刀反復(fù)抹壓至平整光滑。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)[1-2]，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表8所示。根據(jù)表8進(jìn)行回歸分析，可得出強(qiáng)度與膠水比的關(guān)系式。試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于不同水膠比下，預(yù)縮砂漿膠水比與抗壓強(qiáng)度呈良好的線性關(guān)系（見圖1所示）。

圖1 預(yù)縮砂漿抗壓強(qiáng)度與膠水比關(guān)系曲線

表8 預(yù)縮砂漿室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果

5 預(yù)縮砂漿施工配合比

5.1 預(yù)縮砂漿水膠比的確定

根據(jù)預(yù)縮砂漿設(shè)計(jì)指標(biāo)，參照《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中砂漿配合比配制強(qiáng)度的計(jì)算方法，其配制強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：fm,o——砂漿配制抗壓強(qiáng)度，MPa；

fm,k——砂漿設(shè)計(jì)齡期抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；

t——概率度系數(shù)；

σ——砂漿立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。

結(jié)合表9 預(yù)縮砂漿28d 抗壓強(qiáng)度與膠水比關(guān)系，根據(jù)表10 砂漿的配制強(qiáng)度，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的水膠比，并給出水膠比建議值，見表11。

表9 預(yù)縮砂漿28d抗壓強(qiáng)度與膠水比關(guān)系

表10 預(yù)縮砂漿配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)及配制強(qiáng)度

表11 混凝土水膠比建議值

5.2 推薦配合比

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果確定的預(yù)縮砂漿配合比主要參數(shù)如下：預(yù)縮砂漿等級(jí)M40，水膠比0.40，每立方米用水量225kg，減水劑摻量0.7%。推薦的預(yù)縮砂漿配合比每立方米材料用量見表12 所示。

6 結(jié)束語

本文根據(jù)白鶴灘水電站泄洪洞過流面施工中混凝土缺陷處理所需，提出了滿足設(shè)計(jì)及工程施工指標(biāo)要求的預(yù)縮砂漿配合比。根據(jù)實(shí)際情況，提出以下施工注意事項(xiàng)：

（1）施工時(shí)，水泥選用與原混凝土品種相同的新鮮水泥，嚴(yán)禁使用受潮、結(jié)塊的水泥，選用質(zhì)地堅(jiān)硬、無雜物的人工砂，并經(jīng)過2.5mm 方孔篩。將砂與水泥按摻配比例混合，并反復(fù)翻拌至均勻?yàn)橹梗偌踊旌先芤海此屯饧觿┑幕旌象w）翻拌3～5min，拌制的砂漿以手握能成團(tuán)，手面潮濕又析不出水來為止。拌好后的砂漿仍為松散體，將其歸堆存放0.5～1.5h，存放期間表面覆蓋濕麻袋，防止水分蒸發(fā)，使砂漿預(yù)縮。配置好的預(yù)縮砂漿必須在2h（夏天）～4h（冬天）內(nèi)使用完畢，超時(shí)間不準(zhǔn)使用[2]。

（2）施工時(shí)，將混凝土表面打毛，沖洗干凈，擦去表面多余水分，刷一層水灰比為0.45～0.50 水泥凈漿，然后將預(yù)縮砂漿分層鋪料搗實(shí)，每層鋪料搗實(shí)不超過40mm，搗實(shí)用硬木棒進(jìn)行，至表面出現(xiàn)少量漿液為止，層間用鋼絲刷拉毛，防止斷層，頂層用抹刀反復(fù)抹壓至平整光滑。

（3）施工完成4～8h 后應(yīng)用濕麻袋覆蓋，保溫保濕，注意養(yǎng)護(hù)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)檢定預(yù)縮砂漿施工質(zhì)量，可在砂漿強(qiáng)度超過5MPa 后進(jìn)行（一般為2～3d）。此時(shí)可用小錘敲擊砂漿表面，聲音清脆者質(zhì)量良好，聲音沙啞或有“咚咚”聲音者，說明內(nèi)有成層脫殼或結(jié)合不良現(xiàn)象，應(yīng)鑿除重做。

（5）干硬性預(yù)縮砂漿施工過程中必須防止拌合物水分蒸發(fā)，施工結(jié)束后及時(shí)養(yǎng)護(hù)，以便保證施工質(zhì)量。

（6）施工過程中，必須確保各種原材料稱量準(zhǔn)確。