白鶴灘水電站泄洪洞預縮砂漿配合比設計研究

周賢成

（中國水利水電第五工程局有限公司科研設計咨詢公司，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，需對過流面混凝土進行缺陷修補。常規采用的環氧砂漿方法成本高、效果差，因此采用M40預縮砂漿進行修補，這種砂漿具有可補償收縮、成本低、速度快的特點。對砂漿強度及收縮率進行室內檢測，M40預縮砂漿滿足規范及設計要求，能夠替代環氧砂漿進行過流面混凝土缺陷（蜂窩、麻面）的修補，為以后同類工程缺陷修補提供了數據支撐和實踐指導。

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，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任務以發電為主，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、引水發電系統等建筑物組成。泄洪洞進水口包括進水渠、進水塔和聯系平臺。

2 試驗依據及設計要求

白鶴灘水電站泄洪洞項目須對泄洪洞進口過流面混凝土施工中存在的缺陷（蜂窩、麻面）進行處理，根據設計要求，并受該項目部經理部委托，對缺陷處理所需的M40干硬性預縮砂漿進行了配合比設計試驗[1]。

配合比試驗主要依據（不限于）:《水工混凝土試驗規程》（DL/T 5150-2001）、《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）、《水泥膠砂強度檢驗方法》（GB/T 17671-1999）、《水泥比表面積測定方法 勃氏法》（GB/T 8074-2008）、《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》（GB/T 1346-2011）、《水工混凝土砂石骨料試驗規程》（DL/T 5151-2014）、《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）、《水工混凝土配合比設計規程》（DL/T 5330-2015）和《水工混凝土施工規范》（DL/T 5144-2015）等，預縮砂漿配合比技術指標見表1。

表1 預縮砂漿配合比技術指標

3 試驗原材料

3.1 水泥

水泥采用四川省寧南縣白鶴灘水泥有限責任公司生產的“螺髻山”P·O42.5普通硅酸鹽水泥，檢測結果表明：水泥所檢測指標均滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）中關于P·O42.5 普通硅酸鹽水泥的技術要求。其物理性能結果見表2所示。

表2 水泥物理力學性能檢測結果

3.2 細骨料

試驗所用細骨料為水電八局骨料加工系統生產的人工砂，檢測結果表明：人工砂所檢測指標滿足《水工混凝土施工規范》（DL/T 5144-2015）規范要求。砂品質檢測結果及砂顆粒級配檢測結果見表3、表4所示。

表3 人工砂品質檢測結果

表4 人工砂顆粒級配檢測結果

預縮砂漿用人工砂需烘干后過2.5mm 篩，過篩后細度模數見表5所示。

3.3 外加劑

本次試驗用外加劑為石家莊市長安育才建材有限公司生產的標準型GK-3000高性能減水劑。外加劑按廠家推薦摻量范圍進行試驗，均按膠凝材料的質量百分比計。檢驗按《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）及《水工混凝土外加劑技術規程》（DL/T5100-1999）進行，所檢測指標均滿足規范要求。試驗結果見表6。

表6 外加劑品質檢測結果

3.4 拌合用水

本次混凝土配合比試驗用水采用生活飲用水。

4 預縮砂漿配合比設計試驗

4.1 試驗基本條件

細骨料采用水電八局骨料加工系統生產的人工砂，人工砂需烘干后過2.5mm篩，計量以氣干狀態為準。預縮砂漿配合比計算采用假定質量法。預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 預縮砂漿參數選擇

預縮砂漿配合比設計參數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行計算。

表7 預縮砂漿配合比設計參數及原材料理論用量

4.3 預縮砂漿配合比試驗及結果

根據選定的預縮砂漿參數，采用《水工混凝土試驗規程》（DL/T5150-2001），按表7 人工拌制預縮砂漿，確保每組水灰比砂漿拌成后手握成團、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，每層鋪料搗實不超過40mm。搗實用硬木棒進行，至表面出現少量漿液為止，第一層搗實后用小刀拉毛，確保層間結合緊密無斷層，頂層用抹刀反復抹壓至平整光滑。標準養護至試驗齡期進行力學性能試驗[1-2]，試驗檢測結果見表8所示。根據表8進行回歸分析，可得出強度與膠水比的關系式。試驗結果表明：對于不同水膠比下，預縮砂漿膠水比與抗壓強度呈良好的線性關系（見圖1所示）。

圖1 預縮砂漿抗壓強度與膠水比關系曲線

表8 預縮砂漿室內試驗結果

5 預縮砂漿施工配合比

5.1 預縮砂漿水膠比的確定

根據預縮砂漿設計指標，參照《水工混凝土配合比設計規程》中砂漿配合比配制強度的計算方法，其配制強度按下式計算：

式中：fm,o——砂漿配制抗壓強度，MPa；

fm,k——砂漿設計齡期抗壓強度標準值，MPa；

t——概率度系數；

σ——砂漿立方體抗壓強度標準差，MPa。

結合表9 預縮砂漿28d 抗壓強度與膠水比關系，根據表10 砂漿的配制強度，計算出對應的水膠比，并給出水膠比建議值，見表11。

表9 預縮砂漿28d抗壓強度與膠水比關系

表10 預縮砂漿配合比設計指標及配制強度

表11 混凝土水膠比建議值

5.2 推薦配合比

根據以上試驗結果確定的預縮砂漿配合比主要參數如下：預縮砂漿等級M40，水膠比0.40，每立方米用水量225kg，減水劑摻量0.7%。推薦的預縮砂漿配合比每立方米材料用量見表12 所示。

6 結束語

本文根據白鶴灘水電站泄洪洞過流面施工中混凝土缺陷處理所需，提出了滿足設計及工程施工指標要求的預縮砂漿配合比。根據實際情況，提出以下施工注意事項：

（1）施工時，水泥選用與原混凝土品種相同的新鮮水泥，嚴禁使用受潮、結塊的水泥，選用質地堅硬、無雜物的人工砂，并經過2.5mm 方孔篩。將砂與水泥按摻配比例混合，并反復翻拌至均勻為止，再加混合溶液（即水和外加劑的混合體）翻拌3～5min，拌制的砂漿以手握能成團，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，使砂漿預縮。配置好的預縮砂漿必須在2h（夏天）～4h（冬天）內使用完畢，超時間不準使用[2]。

（2）施工時，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，然后將預縮砂漿分層鋪料搗實，每層鋪料搗實不超過40mm，搗實用硬木棒進行，至表面出現少量漿液為止，層間用鋼絲刷拉毛，防止斷層，頂層用抹刀反復抹壓至平整光滑。

（3）施工完成4～8h 后應用濕麻袋覆蓋，保溫保濕，注意養護。

（4）現場檢定預縮砂漿施工質量，可在砂漿強度超過5MPa 后進行（一般為2～3d）。此時可用小錘敲擊砂漿表面，聲音清脆者質量良好，聲音沙啞或有“咚咚”聲音者，說明內有成層脫殼或結合不良現象，應鑿除重做。

（5）干硬性預縮砂漿施工過程中必須防止拌合物水分蒸發，施工結束后及時養護，以便保證施工質量。

（6）施工過程中，必須確保各種原材料稱量準確。