抗沖磨混凝土配合比設計與施工工藝

蘇滿紅 李俊華 劉慧民

1 泄洪工程布置

唐河水電站泄洪沖沙閘工程垂直于大壩軸線布置，總長度73.7 m(包括閘前段、閘室段、陡坡段、消力池及海漫)，閘室段設閘孔5個，每孔平面尺寸 6.5 m ×25.7 m，左、右邊墩、中墩厚2.0 m，分墩厚3.0 m，閘室底板及海漫高程 EL.1 048.00 m，消力池高程 EL.1 045.00 m，陡坡段方程式為 y=x2/76.69，墩頂高程EL.1 067.40 m。

2 抗沖磨混凝土設計指標

根據設計要求，抗沖磨混凝土設置有:閘墩高程EL.1 048.00 m～EL.1 058.265 m間迎水面250 mm厚范圍，閘室底板、陡坡段、消力池底板結構面500 mm厚范圍，其技術指標為C35W6F200(見表1)。閘墩、閘室底板、陡坡段、消力池其余部位設置普通混凝土，其技術指標為C25W6F200。

表1 抗沖磨混凝土設計指標

3 抗沖磨混凝土原材料選擇

生產性試驗所用的材料均由施工單位購進，分別為:靈丘縣石工水泥有限責任公司石工牌P.O42.5水泥，大同二電廠Ⅱ級粉煤灰，山西凱迪建材有限公司KDNOF-5引氣減水劑，山東三美硅材料有限公司硅粉，細骨料選用靈丘王莊堡砂廠天然砂，粗骨料選用靈丘縣石磊石料廠碎石。

3.1 石子級配的選擇

抗沖磨混凝土為二級配混凝土，最大石子粒徑40 mm，石子級配選擇采用最大振動容重、最小孔隙率的辦法，各級石子重量比為:中石∶小石 =70∶30。

3.2 水膠比

根據試驗確定，C35W6F200常態和泵送混凝土水膠比為:0.35。

3.3 單位用水量及砂率

根據試驗確定，坍落度50 mm～70 mm時，單位用水量為175 kg/m3，砂率范圍一般在35%時，混凝土和易性最好。

3.4 硅粉及粉煤灰

根據國內工程的經驗，硅粉摻量在5%～10%，試驗選定硅粉摻量為7%。摻入適量的粉煤灰可使混凝土的放熱時間延遲，降低混凝土的干縮變形，減少混凝土堿含量，抑制骨料的堿活性，可摻入15%～20%。結合使用高效減水劑，利用硅粉的等效水泥系數約為3，采用硅粉和粉煤灰雙摻，不僅可克服單摻粉煤灰混凝土早期強度低和單摻硅粉混凝土早強但后期強度增長緩慢的缺點，還可賦予混凝土高強、抗沖磨、抗空蝕等一系列高性能，同時使混凝土具備良好的和易性和流動性，并且減少了混凝土單位水泥用量，從而減輕了溫控負擔，其技術經濟效果顯著。硅粉材料檢測結果見表2。

表2 硅粉材料檢測結果

3.5 外加劑

為提高混凝土的抗凍耐久性，采用引氣減水劑，確定KDNOF-5摻量為 1.7%，控制含氣量 4.5%～5.0%。

4 抗沖磨混凝土配合比試驗

配合比試驗的目的是提高抗沖磨混凝土的抗壓強度，檢驗混凝土拌合物均勻性、坍落度和含氣量損失、泌水情況、凝結時間等。

4.1 保證強度

混凝土配制強度的計算:fcu，k+1.645σ，強度保證率取值不小于95%，混凝土強度標準差其值按現行《混凝土結構工程施工及驗收規范》選定為5.0;混凝土配制強度為43 MPa。

4.2 抗沖磨混凝土力學性能

力學性能試驗結果見表3。

表3 抗沖磨混凝土力學性能試驗結果

4.3 施工配合比

經配合比試驗結果顯示，抗沖磨混凝土二級配配合比砂率為35%，外加劑摻量為1.7%，粉煤灰摻量為15%，硅粉摻量為7%時，抗沖磨混凝土含砂適中，和易性較好，滿足水膠比為0.35時的坍落度為50 mm～70 mm的要求;砂率為36%，外加劑摻量為1.8%，粉煤灰摻量為15%，硅粉摻量為5%時，抗沖磨混凝土適宜泵送要求，和易性及流動性較好，滿足水膠比為0.35時的坍落度為100 mm～120 mm的要求。

28 d強度推算結果根據抗沖磨混凝土7 d與28 d強度增長率計算。從推算的強度情況看，28 d強度可以達到43 MPa，可滿足C35W6F200的設計強度以及強度保證率大于90%時的設計要求。

根據上述生產性試驗結果，最終確定泄洪沖沙閘工程抗沖磨混凝土配合比，見表4。

5 抗沖磨混凝土現場澆筑工藝

5.1 拌合與入倉

采用HZS50或70拌和站拌制，能夠滿足澆筑的需要。硅粉采取干摻的方式，與骨料、粉煤灰同時加入拌合斗內，外加劑稀釋后與水同時加入，待骨料濕潤后加入水泥，拌合時間控制在60 s。

抗沖磨混凝土拌和后，按照不同配合比選擇入倉方式。選擇10 t混凝土罐車運至現場，用塔式起重機吊斗入倉;泵送抗沖磨混凝土選用輸送泵輸送管道直接入倉。

表4 泄洪閘抗沖磨混凝土施工配合比

5.2 抗沖磨混凝土澆筑

開倉前對基層進行沖毛、清洗，保持倉面濕潤無積水后澆筑面整體鋪筑2 cm厚同標號水泥砂漿。混凝土入倉后人工平倉，平倉結束，采用φ50 mm型或D100 mm型插入式振搗器振搗，振搗器移動距離不超過其有效半徑1.5倍(30 cm～40 cm)，振搗時間40 s～60 s。采用人工抹面，抹面按間隔時間以3次為宜。閘墩側墻混凝土按柱狀法分層澆筑，抗沖磨混凝土先入倉振搗澆筑，再進行內部常規混凝土入倉澆筑。

5.3 抗沖磨混凝土養護

在氣溫9℃～28℃、混凝土入倉溫度11.5℃～12.5℃、澆筑溫度12℃～17.5℃的條件下，采取沖毛機噴霧辦法，間歇性向倉內噴霧始終保持倉面濕度及溫度，混凝土終凝后及時覆蓋濕潤棉被養護，養護時間不少于28 d。養護期滿后對混凝土表面沖洗，經檢查未發現裂縫。

6 結語

抗沖磨混凝土在唐河水電站泄洪沖沙閘閘墩側面、閘室底板、陡坡段、消力池底板結構面范圍的應用，經檢測沒有出現任何關于溫度裂縫的質量問題，提高了混凝土的耐久性、抗滲能力和抗凍性能，取得了很好的效果。

在施工中抗沖磨混凝土所用原材料必須經檢驗并滿足要求;嚴格控制外加劑、粉煤灰、硅粉摻量;做好抗沖磨混凝土攪拌時間、坍落度檢測控制;澆筑中充分振搗，把握好振搗時間;澆筑完成及時養護。

［1］ 中國建設監理協會.注冊監理工程師繼續教育培訓選修課教材水利水電工程［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009.

［2］ SDJ 207-82，水工混凝土施工規范［S］.

［3］ SL 27-91，水閘施工技術規范［S］.

［4］ GB 50204-2002，混凝土結構工程施工質量驗收規范［S］.

［5］ 馮乃謙.高性能混凝土結構［M］.北京:機械工業出版社，2004.