張科（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程有限公司陜西咸陽712000）

HF抗沖耐磨劑在泄洪洞工程中的應(yīng)用

張科
（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程有限公司陜西咸陽712000）

本文通過系統(tǒng)地分析研究泄洪隧洞的水力條件，對(duì)抗沖耐磨混凝土采用不同外參進(jìn)行了綜合比較，確定了在泄洪洞流速大、容易發(fā)生氣蝕部位采用HF抗沖磨混凝土可以防止出現(xiàn)真空氣蝕破壞，且施工方便，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

HF抗沖耐磨外加劑；泄洪洞；配合比

1　工程概括

科克塔斯水庫(kù)泄洪洞洞室襯砌共分三大部分，泄0+017～泄0+147為前半洞基本為平直線型；泄0+147～泄0+251為龍?zhí)ь^段為圓曲線－直線－圓曲線形式；泄0+251～泄0+432為永久利用段基本為平直線型；襯砌長(zhǎng)度400m，襯砌完成后斷面呈城門洞型，寬度3.5m，高度4.5m，襯砌厚度60cm，均為C40W 6F300抗沖耐磨混凝土，從而確保泄洪洞在高速水流條件下運(yùn)行安全。

2　抗沖耐磨混凝土性能要求

根據(jù)科克塔斯水庫(kù)泄洪隧洞的水力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)要求，對(duì)抗沖耐磨混凝土的性能有如下要求：

（1）基本性能：強(qiáng)度為C40、坍落度5cm～7cm、二級(jí)配、抗凍（F300）、抗?jié)B（W 6），需要泵送混凝土要求坍落度18cm～20cm，其余要求相同；

（2）抗沖蝕性能：抗沖磨強(qiáng)度是普通混凝土的2至3倍以上；

（3）變形性能：能具備較小的干縮變形和較高的極限拉伸值，減少和防止裂縫產(chǎn)生。

根據(jù)目前抗沖耐磨材料的最新和成熟的應(yīng)用成果，并滿足上述要求，可采用硅粉混凝土、鋼纖維混凝土和HF抗沖磨混凝土。

3　硅粉混凝土和鋼纖維混凝土與HF抗沖磨混凝土之綜合對(duì)比

3.1經(jīng)濟(jì)效益比較

根據(jù)目前市場(chǎng)原材料價(jià)格和成熟的現(xiàn)場(chǎng)施工配合比情況分析，其經(jīng)濟(jì)增加費(fèi)用如表3-1。從表中結(jié)果可知，硅粉混凝土與HF混凝土增加費(fèi)用大致相等，但鋼纖維混凝土的造價(jià)則十分昂貴。

3.2施工性能對(duì)比

（1）硅粉混凝土：由于硅粉顆粒極細(xì)，比表面積很大，加入混凝土中后，雖然有效增大了混凝土粘聚性，但是流動(dòng)性變差，施工和易性不好，導(dǎo)致混凝土施工費(fèi)工費(fèi)時(shí)，并且蜂窩麻面較多，混凝土表面平整度差，且龜裂及較大裂縫很多。同時(shí)對(duì)混凝土運(yùn)輸距離、時(shí)間和運(yùn)輸方式也有限制，否則將難于卸料。因此硅粉混凝土施工難度大，施工質(zhì)量不易保證。

（2）鋼纖維混凝土：在混凝土中摻入一定量的斷面積為0.1mm2～0.4mm2，長(zhǎng)度為20mm～40mm的鋼纖維后，要使其鋼纖維在水泥硬化體中均勻的分散，不使它同水泥漿或砂子結(jié)成球狀團(tuán)塊與離析，就需要攪拌量控制在攪拌機(jī)公稱容量的1/3以下，并增大攪拌時(shí)間，而造成攪拌設(shè)備效率低下。同時(shí)由于鋼纖維相互摩擦和相互纏繞，形成具有一定剛性的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而抑制了鋼纖維混凝土內(nèi)部水及水泥漿的流動(dòng)，這將會(huì)大大增加混凝土泵送的難度。

（3）HF抗沖磨混凝土：新拌HF高強(qiáng)耐磨粉煤灰混凝土在施工中易于振搗密實(shí)、出漿和收光抹面，抗剪力顯著減小，容易產(chǎn)生流動(dòng)，泌水性能達(dá)到良好的預(yù)期。

3.3抗沖耐磨性

混凝土破壞多發(fā)生在水泥石及其與骨料粘結(jié)面等薄弱環(huán)節(jié)。受挾砂石水流沖磨破壞的混凝土，先把其組成材料中耐磨性能較差的部份沖刷掉，若骨料中含軟弱顆?；蚬橇系哪湍バ阅茌^砂漿低時(shí)，則骨料先被沖磨成凹坑。若骨料比砂漿耐沖磨性能好，則挾砂水流先把砂漿沖磨掉，而粗骨料逐漸凸出，這樣在高速水流作用下就會(huì)產(chǎn)生氣蝕而造成破壞。根據(jù)以往工程實(shí)際情況可知硅粉混凝土和鋼纖維混凝土的抗沖耐磨性都有優(yōu)異的表現(xiàn)。

HF抗沖磨劑的作用是激發(fā)粉煤灰的活性，使膠凝材料的水化產(chǎn)物致密、堅(jiān)硬、耐磨，改善膠材與骨料間的界面性能，并使自身強(qiáng)度和膠結(jié)力顯著提高，提高了混凝土的抗裂性和混凝土的整體強(qiáng)度，提高混凝土抵抗高速水流空蝕和脈動(dòng)壓力的能力，達(dá)到提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗沖磨強(qiáng)度及耐久性能。結(jié)合多個(gè)已實(shí)施本抗沖磨混凝土的工程（大峽、劉家峽、洪家渡、尼那水電站等大中型工程）和新疆水科院抗沖磨抗高速水流沖蝕試驗(yàn)，證明了HF混凝土能顯著的提高混凝土的強(qiáng)度、耐磨性和抗高速水流空蝕性能。

根據(jù)以上綜合分析本工程決定采用HF粉煤灰抗沖耐磨混凝土。

4　HF粉煤灰抗沖耐磨混凝土配合比

表3-1　C40W 6F300、C40W 6F250抗沖磨泵送混凝土抗沖磨混凝土推薦配合比

4.1原材料

根據(jù)本工程已使用原材料的情況，選定的原材料分別為：

水泥：水泥為伊犁南崗水泥廠生產(chǎn)的黃鴨牌P·042.5水泥。

粉煤灰：伊寧熱電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰20%（以膠凝材料重量百分比計(jì)）。

砂石料：砂為伊寧縣明興砂石料廠生產(chǎn)的天然砂砂F·M=3.10；砂石料：石為伊寧縣明興砂石料廠生產(chǎn)的二級(jí)配卵石5mm～20mm：20mm～40mm。

表4-1　水泥的化學(xué)成份（單位：%）

表4-2　水泥的物理力學(xué)性能

表4-3　粉煤灰品質(zhì)檢驗(yàn)成果

表4-4　砂的顆粒級(jí)配

表4-5　砂、粗骨料的物理性質(zhì)

表4-6　HF抗沖磨劑物理性能

引氣劑：山西奧鑫建材科技有限公司生產(chǎn)的AXSF混凝土引氣劑。

抗沖磨劑：甘肅巨才電力技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的“HF”抗沖磨外加劑2%（以膠凝材料重量百分比計(jì)）。

4.1.1水泥

抗沖耐磨混凝土一般應(yīng)選用標(biāo)號(hào)較高、質(zhì)量穩(wěn)定、耐磨性能好的水泥。伊犁南崗水泥廠生產(chǎn)的黃鴨牌P·042.5水泥，其化學(xué)成份及物理力學(xué)性能見表4-1和表4-2。

由表4-1至表4-2可知，伊犁南崗水泥廠生產(chǎn)的黃鴨牌P·042.5水泥的物理力學(xué)性能滿足國(guó)標(biāo)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥GB175-1999》的要求，使用在本工程部位上是合適的。

4.1.2粉煤灰

粉煤灰是混凝土的主要摻合料之一，混凝土摻入粉煤灰具有減水增強(qiáng)、節(jié)約水泥降低工程造價(jià)、降低混凝土的溫升、延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間和提高混凝土拌和物的和易性等優(yōu)點(diǎn)，從而獲得混凝土質(zhì)量、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上的效果。伊寧熱電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰化學(xué)和物理力學(xué)性能見表4-3。

根據(jù)以往的工程實(shí)踐證明，混凝土抗沖磨強(qiáng)度主要是受最軟弱顆粒的耐沖磨度的影響。在選用抗沖磨混凝土骨料時(shí)，應(yīng)選用水泥結(jié)石沖磨強(qiáng)度高的骨料，同時(shí)要兼顧其經(jīng)濟(jì)性。

實(shí)踐證明，較大粒徑的粗骨料可以減少水泥用量，有利于提高混凝土抗沖耐磨強(qiáng)度。選用抗沖耐磨混凝土粗骨料時(shí)，原則上應(yīng)盡可能選用較大粒徑的骨料，但也不能太大，一般不應(yīng)超過40mm。

本次試驗(yàn)選用的砂石骨料的物理性質(zhì)見表4-4、表4-5。試驗(yàn)結(jié)果表明，砂、粗骨料滿足設(shè)計(jì)及《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）要求。

4.1.4抗沖磨劑

甘肅省電力試驗(yàn)研究所研究的HF抗沖耐磨劑，是摻和粉煤灰，提高粉煤灰混凝土抗沖磨性能的專用耐磨劑。其物理力學(xué)性能檢測(cè)見下表4-6。

4.2配合比設(shè)計(jì)

針對(duì)科克塔斯水庫(kù)泄洪洞工程的特點(diǎn)，在粉煤灰和外加劑雙摻的基礎(chǔ)上摻入“HF”抗沖磨外加劑并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行混凝土試驗(yàn)研究。第一階段試驗(yàn)，主要是根據(jù)室內(nèi)試拌混凝土配合比按有關(guān)規(guī)范推算出混凝土配合比參數(shù)，并提出相應(yīng)推算配合比，配合比的參數(shù)選取相對(duì)來說比較保守。第二階段，主要根據(jù)28d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合混凝土抗凍、抗?jié)B、抗沖磨試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮各種因素提出滿足設(shè)計(jì)要求的泄洪洞抗沖磨混凝土配合比參數(shù)，并通過室內(nèi)試拌后提出相應(yīng)的推薦配合比。推薦配合比的材料用量見表4-7

5　結(jié)論及建議

實(shí)踐證明，科克塔斯水庫(kù)泄洪洞工程在應(yīng)用HF高強(qiáng)耐磨混凝土過程中，抗磨劑摻量小，拌和物流動(dòng)性好，混凝土抗壓強(qiáng)度、抗沖磨強(qiáng)度和耐久性好，較好地滿足了混凝土拌和、施工及設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期目的。但是，應(yīng)用HF抗磨劑要注意以下幾點(diǎn)：

表4-7　C40W 6F300、C40W 6F250抗沖磨泵送混凝土抗沖磨混凝土推薦配合比

①應(yīng)盡量選用優(yōu)質(zhì)的粉煤灰，不低于國(guó)家Ⅱ級(jí)粉煤灰的標(biāo)準(zhǔn)。

②HF抗磨劑需以干粉直接加入水泥或粉煤灰中，且攪拌時(shí)間不能小于3min，以便使粉煤灰被充分激活，但又不能在運(yùn)輸過程中時(shí)間太長(zhǎng)，避免形成大量的膠質(zhì)體而影響混凝土泵送。

③由于HF抗磨劑本身具有高效減水作用，因此配合比設(shè)計(jì)不需要摻入其它的高效減水劑。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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