C60抗冲磨硅粉混凝土在某水电工程泄水道中的应用

熊云川

（云南省西双版纳州水利水电工程质量监督站 景洪 666101）

1 工程概况

某水电站工程泄水道工程主要由进水口、陡槽段、挑流段等组成，泄水道位于厂房与电站生活区中间，由前池顺山坡泄入澜沧江内，地形陡峻，地形坡度为35°～40°，泄水道工作水头为82.0m，电站高水位运行时，最大下泄流量为18.6m3/s，下泄洪水流速高达17.6m/s；据西双版纳州勐海水文站流沙河23年实测悬移质泥沙资料，推求的邻近该电站河道的多年平均输沙率为2.92kg/s，年输沙量总量9.2万t，输沙模数88.92t/（km2·年）。泄水道由于工作水头高，下泄水流流速大、泥沙含量高，造成陡槽段、挑流段底板、侧墙混凝土冲刷破损严重；后采用钢板衬砌，使用不到一年，钢板和铆钉都经受不住水流的冲刷，造成钢板变形、铆钉被冲拔出，经常在反复维修，导致工程不能正常运行；为在高水头、高含沙、高流速条件下提高泄水道建筑物的抗冲磨和抗空蚀能力，设计方案将泄水道底板、侧墙打掉15.0cm后，采用28天龄期、强度等级为C60的抗冲磨硅粉混凝土浇筑，衬砌厚度为15.0cm。

2 C60抗冲磨硅粉混凝土的技术要求

配制C60抗冲磨硅粉混凝土必须从原材料品质、配合比试验优化、施工工艺与质量控制等方面进行综合考虑，与普通混凝土相比，C60抗冲磨硅粉混凝土虽具有较高的强度和耐久性，但由于其水胶比小、胶凝材料用量大且不易泌水，因而比普通混凝土更容易产生塑性收缩，其早期干缩率和自身体积变形也比普通混凝土更大，这些因素交织在一起，导致硅粉混凝土在施工中往往出现早期开裂的技术难题。为此，在进行混凝土配合比设计时，考虑通过以硅粉等活性矿物料取代部分水泥及掺加高效减水剂等手段，在满足各项技术要求的前提下，尽可能减少胶结材料用量、降低混凝土水化热温升，从而减轻温控负担、降低混凝土出现裂缝的风险。通过掺加高效减水剂和硅粉，还可使硅粉混凝土具有良好的和易性与流动性，以满足该工程现场施工的要求。泄水道工程C60抗冲磨硅粉混凝土的主要技术要求指标见表1。

表1 C60抗冲磨硅粉混凝土的主要技术指标

3 C60抗冲磨硅粉混凝土的配制

3.1 原材料

选用优质的原材料是配制C60抗冲磨硅粉混凝土的前提。根据该工程的要求，按就地取材的原则，经济合理地选用满足规范要求的原材料。

a.水泥。采用普洱水泥厂生产的52.5R早强型普通硅酸盐水泥。

b..硅粉。采用某铁合金厂生产的硅粉，掺量为5%～10%。

c.外加剂。采用某化工厂生产的FDN～1000早强高效减水剂，掺量为胶凝材料用量的0.5%～1.0%时，减水率为12%～20%，可节约水泥10%～15%。

d.细骨料。采用澜沧江江砂，细度模数为3.2～3.5，属粗砂。

e.粗骨料。采用嘎栋花岗岩石料厂生产的花岗岩碎石。

f.拌和用水。采用当地饮用水。

3.2 混凝土配合比设计与室内试验

要点是：ⓐ 选择满足混凝土强度等级和施工规范要求的水胶比；ⓑ混凝土各组成材料根据计算选配；ⓒ依据粗骨料最大粒径、砂料细度模数及级配和施工要求确定用水量；ⓓ通过计算和试配确定硅粉和外加剂的最佳掺量。

在室内试验中，为便于对比，采用固定硅粉掺量，水胶比控制在0.36±0.02，混凝土坍落度为4～6cm，掺硅粉混凝土结合工程施工采用普通硅酸盐52.5R早强型水泥，对比混凝土采用矿渣硅酸盐42.5水泥。

混凝土施工配制强度按《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》（DL/T5207—2005）中的规定确定：

式中，设计要求的混凝土强度值fcu，k=60.0MPa；混凝土强度标准差，在无历史统计资料时，对C9035～C9050抗冲磨混凝土可取бc=5.0MPa，该工程抗冲磨混凝土为28天龄期60.0 MPa，强度标准差考虑取бc=6.0 MPa，则混凝土配制强度 fcu，0=fcu，k+1.28бc=60.0+1.28×6.0=67.7 MPa。试验结果见表2。

C60抗冲磨硅粉混凝土施工参考配合比见表3。

表2 C60抗冲磨硅粉混凝土试验结果

表3 C60抗冲磨硅粉混凝土施工配合比

4 C60抗冲磨硅粉混凝土温控措施

与普通低强度混凝土相比，C60抗冲磨硅粉混凝土的温度控制难度更大，其1～3天龄期温度升高的幅度远大于其强度提高的幅度，因此需采取更为严格的温控措施，在浇筑后要及时进行养护，否则极易引起新浇混凝土塑性收缩，产生表面裂缝。在施工中加强施工质量控制，因为西双版纳州气候炎热，混凝土尽量安排在晚上施工，以降低混凝土的入仓温度，有利于混凝土的温度控制；混凝土采用机械拌和，严格控制拌和时间，使混凝土充分拌和均匀；入仓后必须及时充分振捣，保证其内部密实；在混凝土浇筑后及时采用草垫进行养护。该工程在施工中采取以上措施后，有效地控制了混凝土裂缝的发生。

5 结语

a.采用硅粉结合使用高效减水剂，掺硅粉混凝土7天强度超过不掺硅粉的混凝土强度，后期抗压强度随龄期增加而增长，既克服了混凝土早期强度增长缓慢的不足，还可提高混凝土后期强度，抗冲磨、抗气蚀等性能，提高混凝土耐久性；同时使混凝土具备良好的和易性与流动性，并且减少了混凝土单位水泥用量，从而可降低混凝土水化热温升，其技术经济效果显著。

b.在配制掺硅粉的C60抗冲磨硅粉混凝土时，应特别注意高效减水剂与胶凝材料的适应性，通过试拌选择相对最佳的水泥用量、硅粉和高效减水剂掺量。

c.对于C60抗冲磨硅粉混凝土，施工中应从原材料选择、配合比设计、施工质量控制、结构尺寸及混凝土养护等方面采取更为严格的温控措施，以有效预防和减少裂缝的发生。

d.采用C60抗冲磨硅粉混凝土对泄水道工程底板、侧墙进行修复后，通过3年运行的考验，泄水道底板、侧墙混凝土至今完好无损，有效地解决了困扰运行管理单位多年的“老大难”问题。