水利水電樞紐抗沖耐磨混凝土配合及設(shè)計(jì)

1、水利水電樞紐抗沖耐磨混凝土配合及設(shè)計(jì)【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，一直以來，高含沙、 高速水流對水利水電樞紐過流面混凝土的沖磨破壞是水電 工程建設(shè)和運(yùn)行中的疑難問題，而高速含沙水流對過流面的 沖刷磨損、空蝕作用而導(dǎo)致混凝土表面剝蝕又歷來受到關(guān) 注。水利工程往往要求在夾砂河道上修建大型泄洪隧道，而 泄洪流速又在10-30m/s,含砂量大于100kg/m?的惡劣條件 下，水利水電樞紐磨損及空蝕情況非常嚴(yán)重。本文從實(shí)際工 程情況，闡述了抗沖耐磨混凝土從原材料的選擇、施工難點(diǎn)、 施工控制、以及施工中遇到的實(shí)際情況，并提出一些可供參 考的意見和措施?！娟P(guān)鍵詞】水利水電樞紐；抗沖耐磨混凝土；配合;設(shè)計(jì)1

2、水利水電樞紐抗沖耐磨混凝土配合與設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀分 析在水電工程泄水、髙速水流區(qū)以及水流流態(tài)很差的部 位，易產(chǎn)生紊流流態(tài)，且經(jīng)常受高速水流夾泥、夾砂、夾石 長期反復(fù)的沖刷磨損，造成混凝土磨蝕嚴(yán)重及空蝕現(xiàn)象，縮 短水利水電樞紐使用壽命，故應(yīng)采用具有高強(qiáng)及較高抗耐磨 特性的混凝土。對水利水電樞紐破壞情況大型調(diào)查結(jié)果表 明：在已建大中型水電工程中有近70%存在沖磨、空蝕破壞。 如何提高抗沖耐磨混凝土的抗裂性、抗磨能力，保證抗沖耐 磨混凝土的質(zhì)量，減少因混凝土產(chǎn)生的裂縫和原材料質(zhì)量引 起的耐磨性所花費(fèi)的修補(bǔ)費(fèi)用，是必須解決的問題。水利水 電樞紐抗沖磨混凝土不同于普通混凝土，它是以抵抗含砂 石、高速水流沖磨破

3、壞為目的的特種混凝土。據(jù)調(diào)查，我國 運(yùn)行中的大壩水利水電樞紐有70%由于高速含砂水流的沖刷 磨損和空蝕作用，其間存在不同程度的沖磨破壞問題，它導(dǎo) 致建筑物過流面表層大面積剝蝕破壞，甚至有嚴(yán)重的安全隱 患。為提高水利水電樞紐混凝土的抗沖磨、空蝕能力，20世 紀(jì)60, 70年代多采用高分子材料護(hù)面。但由于其存在與基 底混凝土溫度適應(yīng)性不好，容易開裂脫落且有毒性、污染環(huán) 境、施工不便等缺點(diǎn)，80年代以來國內(nèi)多家科研單位先后開 展了無機(jī)膠凝材料類的水利水電樞紐泄水建筑物抗沖磨混 凝土研究和應(yīng)用。2水利水電樞紐抗沖耐磨混凝土配合與設(shè)計(jì)具體措施2. 1水利水電樞紐抗沖耐磨混凝土配合與設(shè)計(jì)的材料 控制(1)

4、 水泥在高性能水利水電樞紐抗沖磨混凝土的配置中，水泥是 最主要的膠凝材料。它的優(yōu)質(zhì)與否直接影響抗沖磨混凝土物 理力學(xué)性能和耐久性。由于水泥在混凝土中的重要性，要求 使用高強(qiáng)度等級水泥，以減少水泥用量。通常高性能水利水 電樞紐抗沖磨混凝土應(yīng)首選純硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥 也可以，水泥標(biāo)號宜選用42.5級水泥。在配制高強(qiáng)混凝土 時(shí)，應(yīng)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。根據(jù)前蘇聯(lián)b.h 浮克在進(jìn)行了水泥石及水泥砂漿磨損試驗(yàn)，表明硅酸三鈣抗 沖磨強(qiáng)度最高，硅酸二鈣最差，鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣性能 接近。由于高強(qiáng)混凝土水泥用量大，應(yīng)采用低水化熱水泥。(2) 骨料混凝土中的骨料包括粗骨料和細(xì)骨料兩種。骨料作

5、為經(jīng)濟(jì)的填充料，在混凝土中占體積的70%-80%o骨料的優(yōu)劣直 接影響混凝土的抗沖磨防空蝕強(qiáng)度。工程應(yīng)用的骨料品種繁 多，高性能抗沖磨水利水電樞紐混凝土的髙抗沖磨性能要求 骨料與水泥石界面性能良好。骨料的抗沖磨性能髙，使混凝 土具有體積的穩(wěn)定和耐磨性能。所以高性能抗沖磨水利水電 樞紐混凝土要求使用優(yōu)質(zhì)骨料。砂子質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔干凈、 級配較好的中、粗砂抗沖耐磨較好。水利水電科學(xué)院試驗(yàn)表 明，砂子的細(xì)度模數(shù)從2. 31減小到1. 26抗沖耐磨降低兩倍。 天然砂表面光滑呈圓形，用作細(xì)集料，混凝土中需水量減少, 因此高強(qiáng)混凝土優(yōu)先采用天然砂。而粗骨料的選用上應(yīng)選用 巖石力學(xué)性能較好的石作為骨料。理想的

6、粗集料是干凈、多 棱角、針片狀最少。由于骨料混雜了軟弱顆粒，使混凝土產(chǎn) 生了兩種破壞：一是骨料本身的破壞；二是沿骨料和砂漿結(jié) 合面破壞。集料的顆粒大小和形狀影響界面粘結(jié)力，因此碎 石混凝土的強(qiáng)度比礫石混凝土的強(qiáng)度高。高強(qiáng)混凝土更應(yīng)選 擇強(qiáng)度高的骨料。最大粒徑應(yīng)控制在40毫米以內(nèi)。(3) 外加劑對于高性能抗沖磨防空蝕混凝土要求有高的強(qiáng)度、好的 抗?jié)B性和穩(wěn)定的體積。滿足這些性能不能只靠增加水泥用量 提高強(qiáng)度，應(yīng)摻用高效減水劑降低水灰比，減少用水量，改 善和易性提高混凝土的抗磨蝕能力。普通減水劑的減水率在 5-8%o不適用配制高強(qiáng)混凝土，而高效減水劑減水率在 15-25%以上，可以較大范圍調(diào)整用水量

7、。參加高效減水劑對 混凝土有早強(qiáng)和增強(qiáng)作用。引氣會降低強(qiáng)度特別是高強(qiáng)混凝 土每引氣1%,強(qiáng)度降低5-7%o只有耐久性要求時(shí)才使用引 氣劑。(4) 硅粉由于硅粉顆粒很細(xì)，可以填充水泥石中的粗孔隙，能明 顯提高抗磨蝕能力，在抗沖磨混凝土中優(yōu)先采用硅粉活性細(xì) 摻料。由于硅粉平均粒徑0. 1微米，具有極大的比表面積， 及填充性和火山灰活性作用，大大提高了混凝土的各種性 能。使混凝土結(jié)構(gòu)緊密，大大的減少了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的細(xì)微裂隙 和氣泡。摻入硅粉可提高抗耐磨和抗氣蝕性，有關(guān)資料報(bào)道 可提高耐磨性3倍、氣蝕性4倍。(5) 粉煤灰粉煤灰的摻用可以節(jié)省水泥用量，更能改善混凝土性 能。優(yōu)質(zhì)粉煤灰的顆粒非常細(xì)小，可以填

8、充混凝土孔隙，并 發(fā)生水化熱產(chǎn)生物理作用和化學(xué)作用，提高混凝土耐久性和 抗沖蝕能力，為此摻用優(yōu)質(zhì)粉煤灰對配制抗沖磨混凝土十分 重要。粉煤灰具有火山灰活性作用，與氫氧化鈣作用生成硅 酸鈣凝膠，成為凝膠的一部分。微珠球狀顆粒，具有增大混 凝土流動(dòng)性、減少泌水、改善混凝土的和易性。等量取代水 泥時(shí)，可節(jié)約水泥并減少混凝土的發(fā)熱量，有利于高水泥用 量的混凝土。2.2水利水電樞紐抗沖耐磨混凝土配合與設(shè)計(jì)應(yīng)注意 的幾點(diǎn)原材料的控制應(yīng)主要從水泥、骨料、摻合料、外加劑等 方面控制，必須是合格的、符合高強(qiáng)混凝土施工條件的。材 料稱量一定要準(zhǔn)確，以重量計(jì)量。其次在攪拌工藝中外加劑 采用滯后30秒加入法，先加入粗、

9、細(xì)骨料、膠凝材料、水 攪拌后30秒，再加入外加劑拌合2分鐘，這是為了避免外 加劑被骨料和膠凝材料內(nèi)部空隙的吸收和表面吸附，使外加 劑的性能充分發(fā)揮，具有良好的工藝性。另外振搗工藝水灰 比小、粘度大、坍落度損失快、早期收縮大對振搗工藝有較 高的要求?，F(xiàn)場采用高頻插入式振搗器，適當(dāng)延長振搗時(shí)間, 不漏振，可形成內(nèi)在致密顏色均勻的混凝土。最后在養(yǎng)護(hù)工 藝上必須高強(qiáng)混凝土對養(yǎng)護(hù)要求較高，即要保護(hù)混凝土的保 濕工作，又要保證混凝土的保溫工作。混凝土內(nèi)外溫差25°c,有條件的可蓄水養(yǎng)護(hù)，是一種好的養(yǎng)護(hù)方法。3水利水電樞紐抗沖耐磨混凝土配合與設(shè)計(jì)的總結(jié)對水利水電樞紐抗沖耐磨混凝土進(jìn)行配合與設(shè)計(jì)必須

10、 要弄清水利水電混凝土沖刷磨損機(jī)理，水流中的懸移質(zhì)泥砂 顆粒較小，在高速水流的紊動(dòng)作用下與水充分混合，非常均 勻地與水流一起運(yùn)動(dòng)，在移動(dòng)過程中觸及水利水電樞紐過流 面時(shí)對混凝土產(chǎn)生磨損、切削和沖撞。隨著磨損剝離程度的 增加，過流面產(chǎn)生凹凸不平的磨損坑，高速水流受到擾動(dòng)進(jìn) 而加劇沖磨破壞的進(jìn)程，并同時(shí)產(chǎn)生空蝕破壞。水流中的推 移質(zhì)在高速水流作用下以滑動(dòng)、滾動(dòng)及跳動(dòng)等方式與過流面 產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦和沖擊砸撞并在撞擊區(qū)形成很高的局部應(yīng)力， 一旦當(dāng)應(yīng)力超過混凝土內(nèi)聚力時(shí)就會發(fā)生局部破壞。最重要 的一點(diǎn)就是原材料選用分析，因?yàn)榛炷潦且环N以膠凝材 料、水、砂石骨料及摻合料、外加劑混合形成的一個(gè)多相體, 所以這也決定這種多相體的抗沖磨主要有兩個(gè)方面的性能， 一個(gè)是組成材料本體的抗沖磨性能，另一