HF抗沖耐磨混凝土在水電工程的應用

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摘要:四川某水電站高速導流放空洞全長894.24m,設計要求的襯砌混凝土為C40F300W6。原設計的硅粉抗沖耐磨混凝土存在表面易干縮龜裂、施工難度大等缺點。經多方討論和論證,最終將其更換為hf抗沖耐磨混凝土,即在混凝土中加入適量的HF外加劑,有效地改善了混凝土拌合物的性能,提高了混凝土的抗沖耐磨性能,并具有水泥用量低、易于施工等特點,取得了較好的效果。

關鍵詞:HF混凝土;抗沖磨;水電工程

1概述

隨著HF混凝土技術的日益完善和成熟,其工程使用效果逐步顯現,越來越多的大中型工程從原來的選擇硅粉混凝土、纖維混凝土、高性能混凝土等傳統抗沖耐磨混凝土逐步改變為選擇HF混凝土,使抗沖耐磨防空蝕問題從單一的材料選擇轉到選擇一整套護面技術———HF混凝土技術。HF混凝土是由HF外加劑、優質粉煤灰(或其它摻合料如磨細礦渣、硅粉等)、符合要求的砂石骨料和膠凝材料組成,并按規定的要求進行設計、按照要求的施工工藝和質量控制方法組織澆筑并完成的混凝土[1]。某水電站位于四川省甘孜藏族自治州鄉城縣境內,其高流速導流放空洞全長894m,襯砌厚度分別為50cm和60cm,設計流速為35m/s,混凝土設計要求為C40F300W6。原設計方案選用的硅粉抗沖耐磨混凝土存在表面易干縮龜裂、施工難度大等缺點。經多方討論和論證,最終將其更換為HF抗沖耐磨混凝土。HF抗沖耐磨混凝土的使用有效地避免了硅粉抗沖耐磨混凝土表面干縮龜裂通病的產生,其還具有水泥用量低、抗沖耐磨性能好、易于施工等特點。

2HF高強耐磨混凝土

在混凝土配合比設計階段,應綜合考慮混凝土的和易性、強度、耐久性、經濟性等方面,在此基礎上,優先選用品質優良的膠凝材料及骨料、外加劑,以使成品HF混凝土的施工和易性及其他各項性能指標更為優良[2]。

2.1原材料

(1)水泥:選用祥云縣建材有限責任公司生產的小灣P.MH42.5水泥,其比表面積為278m2/kg,密度為3.11g/cm3,初終凝時間分別為156min和226min,其28d抗壓強度為47.6MPa，抗折強度為7.6MPa,安定性合格。(2)粉煤灰:采用成都搏磊資源循環開發有限公司生產的II級粉煤灰,其細度為5%,燒失量為6.6%,需水量比為96%,密度為2.31g/cm3。(3)細骨料:采用拉瑪隆砂石料廠生產的的機制砂。細度模數為2.52;表觀密度為2.63g/cm3,堆積密度為1.48g/cm3,吸水率為2.4%,含泥量為2.5%,超遜徑合規。(4)粗骨料:采用拉瑪隆砂石料廠生產的的碎石。采用粒徑為5~20mm、20~40mm碎石組成的合成級配,分別占比為50%時,振實容重較優,為1.75g/cm3,吸水率為0.62%,超遜徑合規。(5)外加劑:采用甘肅巨才電力技術有限責任公司生產的HF混凝土專用HF外加劑,其pH值為13,細度為2.2%,含水量為2.4%,水泥膠砂流動度為168mm;采用攀枝花市吉源科技有限公司生產的JY-Y引氣劑,摻量為0.008%,減水率為6.5%,含氣量為4.8%,凝結時間差為初凝+15min,終凝+45min,3d、7d、28d抗壓強度比分別為95%、92%、87%,均符合相關要求。(6)水:符合要求的飲用水。

2.2摻量選擇

(1)粉煤灰摻量:此次選用II級粉煤灰。因低熱硅酸鹽水泥混凝土的粉煤灰最大摻量與硅酸鹽水泥混凝土相同,故選取25%的摻量作為此次抗磨混凝土配合比摻量[3]。(2)HF混凝土抗沖耐磨劑摻量:本次試驗采用的水膠比為0.35,骨料二級配(比例50∶50),對HF混凝土抗沖耐磨劑和JY-Y引氣劑分別進行了外加劑摻量效應試驗;混凝土坍落度按100~140mm控制,含氣量為4.5%~6.5%。HF混凝土外加劑摻量效應試驗成果見表1.從表1中的試驗結果可以看出:混凝土的用水量隨外加劑摻量的增加而減少,但摻量增加超過2.7%后用水量減少的趨勢減緩,同時,混凝土的和易性變得稍差,因此可以認為:HF混凝土抗沖劑的最佳摻量為2.7%。

2.3耐久性試驗

(1)混凝土抗凍抗滲試驗:選取0.4、0.35、0.3水膠比成型混凝土試塊進行抗凍抗滲試驗。抗凍性能試驗結果表明:在凍融循環300次的條件下,其相對動彈模量、質量損失率均能達到相關要求。抗滲性能亦能達到W6抗滲要求。(2)混凝土抗沖耐磨性試驗:選取0.4、0.35、0.3水膠比成型混凝土試塊,使用水下鋼球法進行抗沖耐磨試驗,所取得的試驗結果見表2。

2.4配合比設計

在滿足設計強度和耐久性等要求的前提下,根據施工圖紙設計總說明和相關規范要求初步選定配合比中的試拌水膠比[4]。隨后選用固定水膠比0.35,在使用單位用水量的前提下變動砂率,測定混凝土坍落度、強度并觀察混凝土拌合物的和易性,從而選出水膠比的最佳砂率。最后,通過試拌找到水膠比與混凝土單位用水量、砂率及抗壓強度之間的變化關系。建立了混凝土28d抗壓強度與膠水比的關系,并對其進行了線性分析,28d常態HF混凝土抗壓強度與膠水比的關系曲線見圖1,回歸方程表明抗壓強度與膠水比相關性較好。最終確定的該項目HF高強度抗沖耐磨混凝土配合比見表3。

3HF混凝土施工

3.1施工工藝流程

該水電站高流速導流放空洞高強耐磨HF混凝土的施工工藝流程為:混凝土試驗復核→測量放線與驗收→鋼筋綁扎與臺車就位→拌和投料攪拌→運輸與混凝土入倉→振搗與抹面→養護→HF混凝土缺陷修補。

3.2各環節的注意事項

3.2.1施工前的試驗復核施工前,對HF混凝土配合比進行現場復核試驗,試驗段為底板及邊墻兩種試驗段。底板試驗塊厚度為0.4m,長、寬各1m,無配筋;邊墻試驗塊澆筑高度為1.2m,長2m,寬0.4m,無配筋。底板采用100~140mm坍落度混凝土罐車直接入倉,邊墻采用140~180mm坍落度混凝土泵車泵送入倉。試驗取得的主要結論:設計得到的HF混凝土配合比能滿足現場施工時對混凝土和易性的要求。黏聚性優良,無骨料離析現象。混凝土入倉后,采用立即振搗和靜置20~30min后振搗兩種方法,兩種方法對混凝土收面的影響均不大。混凝土振搗后,混凝土收面時較為容易,與普通混凝土收面差別不大。混凝土拆模后,邊墻表面有少許氣泡,且氣泡多集中在邊墻頂部,需注意加強振搗[5]。3.2.2測量放線與驗收(1)測量放線。在對倉號基礎進行清潔后再進行測量放線,放出關鍵控制點并作好醒目標志。(2)倉號驗收。混凝土澆筑前,確保倉號干凈整潔,無浮土、雜物、積水等。3.2.3鋼筋綁扎與臺車就位(1)安裝鋼筋。安裝鋼筋前,應以測量放點確定安裝位置,嚴格按施工圖紙和相關規范要求進行安裝。(2)臺車就位。鋼模臺車在出口涵洞段底板上安裝完成后行走至襯砌工作面。3.2.4HF混凝土的投料順序及攪拌要求。拌和時的投料順序為:粒徑5~20mm的小石、砂、水泥、粉煤灰、HF外加劑、引氣劑;粒徑20~40mm的中石。HF混凝土的干料全部按順序投入到拌和機內,先進行干料攪拌,攪拌均勻后加水攪拌,總拌和時間不少于180s。3.2.5運輸與混凝土入倉(1)襯砌混凝土采用8m3混凝土攪拌車運輸,襯砌混凝土的垂直運輸采用泵車入倉。入倉方式采用多點卸料,人工攤鋪。(2)混凝土入倉前,應優先攤鋪富漿混凝土于倉底,再分層下料,采用人工平倉、振搗。底板混凝土澆筑時,對靠近模板處要振搗密實,以防止出現氣泡、麻面等。(3)混凝土澆筑應對稱均勻下料,澆筑開始時選擇對稱窗口泵送混凝土料,將下料高度控制在2m。3.2.6振搗與抹面(1)振搗。振搗的持續時間以混凝土表面浮漿無氣泡排出和不再下沉為佳。(2)混凝土抹面。HF混凝土在振搗完成后先用木抹子進行混凝土的毛面抹平,必須保證一次抹面成功,才能保證混凝土不產生裂縫。3.2.7脫模鋼模臺車在澆完頂拱后8~12h、同條件養護混凝土試塊強度滿足要求后脫模,且應分段進行混凝土脫模。3.2.8養護(1)HF混凝土終凝后,對混凝土表面采用塑料薄膜覆蓋,或用不瀝水草口袋覆蓋混凝土表面,并開始灑水養護混凝土,養護時間不少于28d。(2)灑水時間。HF混凝土的養護噴水間隔應以能保證混凝土表面濕潤為優。當環境溫度較高時,宜增加養護次數,以避免混凝土表面溫度太高而出現裂縫。3.2.9HF混凝土缺陷修補(1)混凝土澆筑完成后,經過拆模、臺車移位后對成型混凝土進行檢查。對檢查后發現的質量缺陷,如混凝土出現蜂窩、孔洞、錯臺、麻面等大于5mm的缺陷,經人工用砂輪打磨后采用環氧砂漿進行補強處理。(2)對混凝土表面的輕微麻面、氣泡等小于5mm的缺陷,采用環氧膠泥進行缺陷處理。對于寬度大于2mm的混凝土裂縫,采用化學灌漿的方式進行處理。經過處理后的混凝土其表面不平整度應滿足相關設計要求。

4結語

該水電站導流放空洞抗沖耐磨混凝土設計方量為5640m3,全部采用HF抗沖耐磨混凝土進行施工,不僅保證了工程質量,而且在一定程度上縮短了工期,取得了良好的經濟及社會效益,值得在今后類似項目推廣使用。

參考文獻:

[1]支拴喜,支曉妮,江文靜.HF混凝土的性能和機理的試驗研究及其工程應用[J].水力發電學報,2008,26(3):60-64.

[2]水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術規程,DL/T5207-2005[S].

[3]水工混凝土摻用粉煤灰技術規范,DL/T5055-2007[S].

[4]水工混凝土施工規范,DL/T5144-2015[S].

[5]王波,邵芳.HF混凝土在古瓦水電站導流洞施工中的應用[J].四川水力發電,2019,38(4):36-39.

作者：雷維岳 范春艷 丁俊 單位：中國水利水電第十工程局有限公司