烏斯通溝水庫導流洞HF抗沖耐磨混凝土施工技術

范庭梧，海 亮，杜紅橋

（1.中國水電基礎局有限公司，天津 301700；2.南水北調中線干線工程建設管理局渠首分局，河南 南陽 474150）

1 概 述

烏斯通溝水庫項目位于新疆自治區吐魯番地區托克遜縣烏斯通溝河下游，工程項目導流洞設計水流流速為29.36 m/s，導流洞分別由進口段、陡坡段、漸變段、平洞段、出口消能段等結構組成，進口段長度為12.0 m，陡坡段長度為111.97 m，設計坡度為8.26%。漸變段長度為20.0 m，襯砌厚度為1.0 m，平洞段長度為253.70 m，設計坡度為3.76%。進口段及陡坡段設計襯砌后凈尺寸為3.0 m×3.2 m（城門洞型），襯砌混凝土厚度為60 cm，底板及1.0 m范圍邊墻內為C40F250W6HF抗沖耐磨混凝土，其余邊頂拱襯砌混凝土均為C25F250W6。平洞段設計襯砌后凈尺寸3.0 m×3.7 m（城門洞型），襯砌厚度為60 cm，底板及1.0 m范圍邊墻內為C40F250W6HF抗沖耐磨混凝土（以下簡稱HF混凝土），其余邊頂拱襯砌混凝土均為C25F250W6。HF混凝土結構布置如圖1所示。

圖1 HF混凝土結構布置圖

2 HF混凝土原材料

2.1水 泥

施工前對三種品牌水泥材料進行對比試驗，最終選擇新疆圣雄水泥有限公司生產的42.5R普通硅酸鹽水泥，所有檢測項目均符合規范要求[1]，具體檢測結果如表1所示。

表1 水泥檢測結果

2.2 粉煤灰

施工前對兩種品牌粉煤灰材料進行對比試驗，最終選擇中泰化學托克遜能化有限公司生產的F類Ⅱ級粉煤灰，所檢項目均符合規范要求[1]。具體試驗檢測結果如表2所示。

表2 粉煤灰檢測結果

2.3 減水劑

施工前對三種品牌減水劑材料進行對比試驗，最終選擇建寶天化新材料科技有限公司生產的JB-Ⅰ標準型聚羧酸高性能減水劑，所檢項目均符合規范要求[1]，具體試驗檢測結果如表3所示。

表3 減水劑檢測結果

2.4 引氣劑

施工前對三種品牌引氣劑材料進行對比試驗，最終選擇建寶天化新材料科技有限公司生產的AE型引氣劑，所檢項目均符合規范要求，具體試驗檢測結果如表4所示。

表4 引氣劑檢測結果

2.5 HF外加劑

因HF混凝土技術及其HF專用外加劑為甘肅省巨才電力技術有限責任公司專有技術，該公司在16類和一類商品申請了以“HF”為主要字母的商標，所以采用該公司生產的五型緩凝型HF混凝土專用外加劑。所檢測項目均符合Q/GSJL004-2020《HF高強耐磨粉煤灰混凝土及HF外加劑技術標準》的企業標準。試驗檢測結果如表5所示。

表5 HF外加劑檢測結果

2.6骨 料

骨料采用烏斯通溝河道下游C1料場的原材料，C1料場主要為砂巖、花崗巖及少量石英，巖性較堅硬，無軟弱顆粒，有害物質含量甚微，是質量較好的混凝土骨料，為非堿活性骨料，經天然骨料篩分場生產作為混凝土骨料，所檢測項目均符合規范要求。試驗檢測結果如表6、表7、表8所示。

表6 粗骨料（20～40 mm）試驗檢測結果

表7 粗骨料（5～20 mm）試驗檢測結果

表8 砂試驗檢測結果

2.7 拌和用水

HF混凝土拌和用水采用烏斯通溝河水，各項檢測指標均符合規范要求，試驗檢測結果如表9所示。

表9 拌和用水檢測結果 mg/L

3 HF混凝土施工配合比比選

通過現場生產性試驗、工藝性試驗，對HF混凝土原室內配合比進行5次比選調整，成功解決了骨料下沉、大面積氣泡孔及混凝土流動性、黏聚性、保水性等問題，并在保證混凝土強度的前提下優化HF混凝土膠凝材料，降低水化熱，防止混凝土因水化熱過高導致的溫度裂縫等問題[2]，HF混凝土具體調整比選如表10所示。

表10 HF混凝土施工配合比比選表 kg/m3

通過對上述HF混凝土配合比進行調整優化，HF1～HF4配合比具體缺點為：HF1配合比混凝土坍落度175 mm、含氣量4.8%、抗壓強度51 MPa；混凝土出現黏稠、粗骨料下沉、混凝土強度偏高等問題。HF2配合比混凝土塌落度160 mm、含氣量5.0%、抗壓強度46 MPa；混凝土出現黏稠、和易性差等問題。HF3配合比混凝土塌落度110 mm、含氣量3.5%、抗壓強度47 MPa；混凝土出現黏稠、塌落度低、含氣量不滿足設計要求等問題。HF4配合比混凝土塌落度180 mm、含氣量5.8%、抗壓強度44 MPa；混凝土出現黏稠、強度富余度偏低、含氣量不滿足設計要求等問題。HF5配合比坍落度190 mm、含氣量4.5%、抗壓強度46 MPa；混凝土和易性、均勻性、流動性、強度富余度均滿足設計、施工、規范要求。混凝土黏稠不利于混凝土排氣，導致混凝土表面氣泡孔較多，影響外觀質量；混凝土粗骨料不利于抗沖耐磨，導致耐久性較差；抗壓強度偏高，導致混凝土膠凝材料用量偏大，水化熱過高，混凝土易產生裂縫。因此選擇HF5作為最優HF混凝土施工配合比。

4 施工工藝

4.1 HF混凝土拌制

HF外加劑必須以干粉狀與砂石骨料混合后直接加入主機中攪拌，然后再加水拌合，HF混凝土須采用強制性攪拌機拌制，加水后拌合時間不少于100 s。采用的砂率應滿足和易性要求并采用比最優砂率稍大的砂率，一般比普通混凝土的砂率要大，根據HF混凝土的黏聚性和抗離析性能，一般提高2%～3%。

4.2 HF混凝土澆筑

1）澆筑環境。盡量選擇氣溫較低蒸發量較小的時段施工，如選擇夜間或白天的早晚時段或陰天施工，避免在陽光直射、環境溫度較高、蒸發量較大的情況下施工；應在混凝土入倉、振搗和收面的過程中采用遮陽保濕和防止混凝土初凝前熱量倒灌導致溫度回升。有條件的可采用噴霧方法，加大環境濕度，降低環境溫度。

2）鋪料。先進行底板HF混凝土澆筑，待底板混凝土HF混凝土接近初凝時，再進行邊墻HF混凝土澆筑，底板HF混凝土分兩層鋪料澆筑，因混凝土底板襯砌厚度為60 cm，第一層鋪料厚度不大于40 cm，第二層澆筑厚度不大于30 cm，鋪料順序為自下游至上游鋪料，為減少矮邊墻斜面混凝土澆筑氣泡孔，矮邊墻分三層鋪料，第一層鋪料厚度不大于斜面高度10 cm，第二層、第三層鋪料厚度均不大于30 cm，避免一次攤鋪厚度過大。需注意的是，矮邊墻第一層混凝土澆筑完成，需等待1～2 h（具體待凝時間需根據氣候條件決定）后進行第二層、第三層混凝土澆筑。

3）振搗。因HF混凝土具有緩凝作用，因此HF混凝土振搗中要注意不能過振，過振會使小氣泡孔匯聚成大的氣孔，同時造成骨料砂漿分離和泌水、泌漿現象，尤其在底板混凝土第二層混凝土入倉1h后，要待塌落度有一定損失后進行振搗，以避免骨料下沉等問題出現，提高底板表面混凝土的抗沖耐磨性。

合理控制振搗時間，過振或欠振均會加大氣孔的形成，可通過試驗確定合理的振搗時間。

4）底板HF混凝土收面。采用手持式振動尺進行初期找平提漿，手持振動尺完全可以滿足20cm泵送混凝土振搗，切記無需使用插入式振搗器進行振搗，避免造成HF混凝土過振，降低HF混凝土抗沖耐磨性，初期找平后抹光與常態混凝土抹光工藝一致，但作業人員不可在HF混凝土表面踩踏。

5）HF混凝土養護。HF混凝土使用養護毯進行覆蓋養護，養護用水需使用靜止在水池內1～2天或常溫水進行養護，切不可直接抽取河道內的水進行養護，尤其是雪山融水。

4.3 斜角混凝土氣泡孔應對措施

模板表面采用透水膜板布（如formtex）貼于模板內表面，使水、氣通過透水膜移出，提高混凝土表面的平整度和密實度，減少混凝土表面氣泡的產生，但這種方法造價較高。造價較低可采用鍍膜模板或鋼模板，但模板必須表面局部打排氣孔，采用親水性較好的脫模劑或機械液壓油作為脫模劑。

4.4 斜角混凝土氣泡孔缺陷處理

表面氣孔對混凝土使用效果影響不大，但會影響混凝土的外觀效果，對于氣孔小而稀的混凝土表面，在不大影響混凝土外觀質量的情況下可不予處理，但對于氣孔面積大、氣孔較密、尺寸較大影響外觀質量的應予以處理，具體處理方法有兩種：

1）在初凝之前模板可以拆除（拆除不會造成表面變形）的情況下，盡早拆除模板，拆除后使用養護毯覆蓋保濕，在混凝土表面有塑性和水分的情況下，刷水泥基液后用混凝土原漿抹面，或使用細度小于2mm的砂與水泥按1∶1的比例拌制的水泥砂漿，對孔洞進行充填飾面，手提抹光機抹光。

2）混凝土終凝后模板拆除，混凝土面用水泥漿（黑白水泥6∶4）滿刮，然后用漆刷來回涂刷3～4次，使水泥漿嵌滿氣孔，然后用干抹布將表面多余的水泥漿擦凈。經處理的混凝土面光滑發亮。

5結語

從烏斯通溝導流洞HF混凝土的施工來看，HF混凝土相比傳統的硅粉抗沖耐磨混凝土具有施工快捷方便、施工難度較小、減少人工投入，流動性、黏聚性、和易性優于硅粉抗沖耐磨混凝土，HF混凝土膠凝材料摻量相比硅粉抗沖耐磨混凝土較少，可降低水化熱等特點。同時，HF混凝土具有抑制水化熱等性能。HF混凝土長期在國內大型水利水電工程中大范圍的運用，其效果完勝硅粉混凝土，建議將HF混凝土作為水利水電工程抗沖耐磨混凝土進行普及使用。