糯扎渡水電站溢洪道抗沖耐磨混凝土拌和工藝及質量控制

石 磊，彭 蝶

（中國水利水電第七工程局有限公司五分局，四川 彭山 620860）

中國水利水電第七工程局承建的糯扎渡水電站溢洪道、電站進水口土建及金屬結構安裝工程（NZD/C4標）混凝土量約155.5萬m3。其中，溢洪道泄槽段抗沖耐磨混凝土總量約15萬m3。根據糯扎渡水電站工程總施工進度計劃，C4標混凝土拌和系統(tǒng)設計混凝土月澆筑高峰強度約為5.58萬m3，其中溫控混凝土高峰月強度按3.1萬m3進行設計。

糯扎渡水電站溢洪道工程落差大、流速大，尤其對泄槽底板高流速區(qū)混凝土澆筑有很高的抗沖刷和耐磨損性能要求。因此，對抗沖耐磨混凝土質量要求非常高。鑒于此，抗沖耐磨混凝土最終采用C18055W8F100混凝土， 28 d極限拉伸值＞100×10-6；90 d 極限拉伸值＞110×10-6。

1 拌和工藝

1.1 拌和樓選擇

根據本標段混凝土工程施工特點，選用2座HL120-2S1500L強制式拌和樓。又根據招標文件要求，混凝土拌和系統(tǒng)設計規(guī)模為混凝土高峰澆筑強度5.58萬m3/月，計算其拌和樓的拌和能力為55 800×1.5/（20×25）=167.4 m3/h。 因此， 混凝土拌和系統(tǒng)單位時間生產能力選型大于167.4 m3/h。據廠家提供，HL120-2S1500L強制式拌和樓銘牌產量：常態(tài)混凝土120 m3/h；預冷混凝土100 m3/h。根據投標文件提供的混凝土澆筑計劃，本工程高峰月生產均為常態(tài)混凝土。拌和樓配置生產量為240 m3/h＞167.4 m3/h，設備保證系數(shù)為1.43，滿足混凝土澆筑強度要求。選擇強制式拌和樓，不但節(jié)約混凝土攪拌時間，同等條件下，還可有效降低出機口混凝土溫度、提高混凝土生產的可靠性和保證率。

1.2 制冷系統(tǒng)

勘界河混凝土原設計預冷工藝采取 “以風冷粗骨料為主、加冰及低溫水拌和”的預冷設計方案。采取的預冷措施為：攪拌樓料倉風冷粗骨料+片冰及低溫水拌和。按照混凝土溫控要求，混凝土生產系統(tǒng)配備相應的預冷設施。預冷混凝土設計生產能力：預冷混凝土100 m3/h，預冷混凝土出機口溫度16℃。勘界河拌和系統(tǒng)混凝土高峰澆筑強度為5.58萬m3/月，設計生產能力為168 m3/h，溫控混凝土設計生產能力為3.1萬m3/月，低溫混凝土產能為100 m3/h。制冷系統(tǒng)總的裝機容量為1 779.39×104 kJ/h（-15/30標準工況）。

2009年10月，糯扎渡工程為進一步提高施工質量，要求勘界河拌和系統(tǒng)溫控混凝土出機口由原設計16℃下降至10℃以下。在進行降低混凝土出機口溫度可行性研究時，需考慮不利情況，制冷系統(tǒng)需留有一定的備用制冷量，由于系統(tǒng)已經建成完畢，采取對原有的工藝，骨料溫度很難進一步冷卻，而砂、水泥等無法進行冷卻。為此，系統(tǒng)改造設計按 “進一步降低骨料溫度，增加片冰摻量，從而降低混凝土溫度”進行校核計算，由原設計一次風冷變成二次風冷系統(tǒng)。校核參數(shù)均按極端不利工況計算 （氣溫、水泥及雙摻料溫度均超出招標文件 《參考資料》要求）。計算選用C4標抗沖耐磨混凝土 （C18055W8F100三級配混凝土）實際配合比進行，改造后系統(tǒng)完全滿足出機口≤10℃要求。

2 質量控制

2.1 原材料控制

（1）水泥。溢洪道混凝土使用質量穩(wěn)定的中熱硅酸鹽水泥，其品質除應滿足GB 200—2003《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》的有關要求外，還應滿足：①水泥中氧化鎂的含量≥3.8%，且≤5.0%；②水泥熟料中的游離氧化鈣含量≤0.8%；③比表面積≤340 m2/kg；④各齡期的抗壓強度及抗折強度不低于表1要求。

表1 42.5級中熱硅酸鹽水泥各齡期強度 MPa

（2）摻和料。溢洪道抗沖耐磨混凝土采用F類I級粉煤灰；粉煤灰的主要技術指標要求滿足表2所示各值。

（3）骨料。混凝土粗、細骨料采用勘界河砂石加工系統(tǒng)生產的合格花崗巖骨料 （見表3）。

（4）外加劑。抗沖耐磨滬寧圖應參加適量聚羧酸類高性能減水劑和引氣劑，外加劑品質指標 （見表4）應符合GB 8076《混凝土外加劑》及DL/T5100《水工混凝土外加劑技術規(guī)程》的有關規(guī)定。

表2 粉煤灰品質指標要求 %

表3 人工骨料主要品質要求

（5）微纖維技術指標：①抗沖耐磨混凝土應摻用聚丙烯纖維或高強高模聚乙烯醇纖維；②聚丙烯纖維斷裂強度≥500 MPa，初始模量≥3 900 MPa，斷裂伸長率≤40%,耐堿性能 （極限拉力保持率）≥95%；③高強高模聚乙烯醇纖維斷裂強度≥1 500 MPa，初始模量≥35 GPa，斷裂伸長率7%～8%,耐堿性能 （極限拉力保持率）≥95%。

2.2 投料順序及拌和時間

（1）不摻纖維混凝土拌和試驗。抗沖耐磨防空蝕混凝土拌和時間及投料順序試驗采用的混凝土等級為工藝試驗使用的C18055W8F100抗沖磨防空蝕混凝土。堪界河拌和系統(tǒng)采用2座HL120-2S1500L強制式拌和樓生產混凝土。擬定兩種投料方式：①砂→水+外加劑→水泥+粉煤灰→小石+中石+大石；②砂+小石→水+外加劑→水泥+粉煤灰→中石+大石。拌和時間分溫控、非溫控混凝土兩種情況，拌和試驗采用的混凝土拌和時間有溫控要求的為60、90、120 s，沒有溫控要求的為45、75、105 s。混凝土投料順序和拌和時間按照DL/T 5150—2001《水工混凝土試驗規(guī)程》進行，采用不同投料順序與不同拌和時間進行組合，從拌和樓分別對罐前和罐后機口混凝土取樣，進行砂漿密度測試。通過對相關數(shù)據按溫控混凝土和非溫控混凝土、按投料方式①和投料方式②分別進行數(shù)據處理分析，建立砂漿密度偏差與混凝土拌和時間關系曲線 （見圖1、2）。因此，綜合非溫控混凝土和溫控混凝土來分析，溢洪道抗沖耐磨防空蝕混凝土拌和的投料順序選擇投料方式②。即，砂＋小石→水＋外加劑→水泥＋粉煤灰→中石＋大石。混凝土拌和時間 （不摻聚丙烯纖維）選定為：非溫控混凝土的為70 s；溫控混凝土的為90 s。

表4 外加劑品質指標要求

圖1 非溫控混凝土砂漿密度偏差拌和時間關系曲線

圖2 溫控混凝土砂漿密度偏差拌和時間關系曲線

（2）摻纖維混凝土拌和試驗。由于溢洪道抗沖耐磨防空蝕混凝土所用聚丙烯纖維為水融性纖維，混凝土投料順序按照不摻聚丙烯纖維確定的投料順序進行，聚丙烯纖維放在小石后投放。即，投料方式③：砂＋小石＋纖維→水＋外加劑→水泥＋粉煤灰→中石＋大石。摻入聚丙烯纖維需要延長混凝土拌和時間，由于抗沖耐磨混凝土為制冷混凝土，因此在已經確定的溫控混凝土拌和時間上增加10 s進行試驗，選擇100、120、140 s 3種拌和時間。拌和時間對砂漿密度偏差率影響結果見圖3。從摻聚丙烯纖維勻致性試驗結果圖3可以看出，按照確定的投料方式③拌制摻纖維混凝土，拌和時間在120 s時砂漿偏差率最小。試驗時通過觀察也發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維在混凝土內分散均勻，混凝土的和易性非常好。根據現(xiàn)場試驗，最終確定抗沖耐磨混凝土投料順序為：砂＋小石＋纖維→水＋外加劑→水泥＋粉煤灰→中石＋大石，拌和時間為120 s。

圖3 摻纖維混凝土砂漿密度偏差拌和時間關系曲線

3 結 語

通過對原材料、施工工藝等方面的質量控制管理，糯扎渡水電站溢洪道工程抗沖耐磨混凝土拌和物工作性能、混凝土強度、耐久性、抗沖耐磨強度均滿足設計規(guī)范要求，保證了糯扎渡水電站工程高流速溢洪道工程的質量，為今后高流速溢流面抗沖耐磨混凝土生產工藝的運用奠定了堅實的基礎。