抗冲磨混凝土配合比设计与施工工艺

苏满红 李俊华 刘慧民

1 泄洪工程布置

唐河水电站泄洪冲沙闸工程垂直于大坝轴线布置，总长度73.7 m(包括闸前段、闸室段、陡坡段、消力池及海漫)，闸室段设闸孔5个，每孔平面尺寸 6.5 m ×25.7 m，左、右边墩、中墩厚2.0 m，分墩厚3.0 m，闸室底板及海漫高程 EL.1 048.00 m，消力池高程 EL.1 045.00 m，陡坡段方程式为 y=x2/76.69，墩顶高程EL.1 067.40 m。

2 抗冲磨混凝土设计指标

根据设计要求，抗冲磨混凝土设置有:闸墩高程EL.1 048.00 m～EL.1 058.265 m间迎水面250 mm厚范围，闸室底板、陡坡段、消力池底板结构面500 mm厚范围，其技术指标为C35W6F200(见表1)。闸墩、闸室底板、陡坡段、消力池其余部位设置普通混凝土，其技术指标为C25W6F200。

表1 抗冲磨混凝土设计指标

3 抗冲磨混凝土原材料选择

生产性试验所用的材料均由施工单位购进，分别为:灵丘县石工水泥有限责任公司石工牌P.O42.5水泥，大同二电厂Ⅱ级粉煤灰，山西凯迪建材有限公司KDNOF-5引气减水剂，山东三美硅材料有限公司硅粉，细骨料选用灵丘王庄堡砂厂天然砂，粗骨料选用灵丘县石磊石料厂碎石。

3.1 石子级配的选择

抗冲磨混凝土为二级配混凝土，最大石子粒径40 mm，石子级配选择采用最大振动容重、最小孔隙率的办法，各级石子重量比为:中石∶小石 =70∶30。

3.2 水胶比

根据试验确定，C35W6F200常态和泵送混凝土水胶比为:0.35。

3.3 单位用水量及砂率

根据试验确定，坍落度50 mm～70 mm时，单位用水量为175 kg/m3，砂率范围一般在35%时，混凝土和易性最好。

3.4 硅粉及粉煤灰

根据国内工程的经验，硅粉掺量在5%～10%，试验选定硅粉掺量为7%。掺入适量的粉煤灰可使混凝土的放热时间延迟，降低混凝土的干缩变形，减少混凝土碱含量，抑制骨料的碱活性，可掺入15%～20%。结合使用高效减水剂，利用硅粉的等效水泥系数约为3，采用硅粉和粉煤灰双掺，不仅可克服单掺粉煤灰混凝土早期强度低和单掺硅粉混凝土早强但后期强度增长缓慢的缺点，还可赋予混凝土高强、抗冲磨、抗空蚀等一系列高性能，同时使混凝土具备良好的和易性和流动性，并且减少了混凝土单位水泥用量，从而减轻了温控负担，其技术经济效果显著。硅粉材料检测结果见表2。

表2 硅粉材料检测结果

3.5 外加剂

为提高混凝土的抗冻耐久性，采用引气减水剂，确定KDNOF-5掺量为 1.7%，控制含气量 4.5%～5.0%。

4 抗冲磨混凝土配合比试验

配合比试验的目的是提高抗冲磨混凝土的抗压强度，检验混凝土拌合物均匀性、坍落度和含气量损失、泌水情况、凝结时间等。

4.1 保证强度

混凝土配制强度的计算:fcu，k+1.645σ，强度保证率取值不小于95%，混凝土强度标准差其值按现行《混凝土结构工程施工及验收规范》选定为5.0;混凝土配制强度为43 MPa。

4.2 抗冲磨混凝土力学性能

力学性能试验结果见表3。

表3 抗冲磨混凝土力学性能试验结果

4.3 施工配合比

经配合比试验结果显示，抗冲磨混凝土二级配配合比砂率为35%，外加剂掺量为1.7%，粉煤灰掺量为15%，硅粉掺量为7%时，抗冲磨混凝土含砂适中，和易性较好，满足水胶比为0.35时的坍落度为50 mm～70 mm的要求;砂率为36%，外加剂掺量为1.8%，粉煤灰掺量为15%，硅粉掺量为5%时，抗冲磨混凝土适宜泵送要求，和易性及流动性较好，满足水胶比为0.35时的坍落度为100 mm～120 mm的要求。

28 d强度推算结果根据抗冲磨混凝土7 d与28 d强度增长率计算。从推算的强度情况看，28 d强度可以达到43 MPa，可满足C35W6F200的设计强度以及强度保证率大于90%时的设计要求。

根据上述生产性试验结果，最终确定泄洪冲沙闸工程抗冲磨混凝土配合比，见表4。

5 抗冲磨混凝土现场浇筑工艺

5.1 拌合与入仓

采用HZS50或70拌和站拌制，能够满足浇筑的需要。硅粉采取干掺的方式，与骨料、粉煤灰同时加入拌合斗内，外加剂稀释后与水同时加入，待骨料湿润后加入水泥，拌合时间控制在60 s。

抗冲磨混凝土拌和后，按照不同配合比选择入仓方式。选择10 t混凝土罐车运至现场，用塔式起重机吊斗入仓;泵送抗冲磨混凝土选用输送泵输送管道直接入仓。

表4 泄洪闸抗冲磨混凝土施工配合比

5.2 抗冲磨混凝土浇筑

开仓前对基层进行冲毛、清洗，保持仓面湿润无积水后浇筑面整体铺筑2 cm厚同标号水泥砂浆。混凝土入仓后人工平仓，平仓结束，采用φ50 mm型或D100 mm型插入式振捣器振捣，振捣器移动距离不超过其有效半径1.5倍(30 cm～40 cm)，振捣时间40 s～60 s。采用人工抹面，抹面按间隔时间以3次为宜。闸墩侧墙混凝土按柱状法分层浇筑，抗冲磨混凝土先入仓振捣浇筑，再进行内部常规混凝土入仓浇筑。

5.3 抗冲磨混凝土养护

在气温9℃～28℃、混凝土入仓温度11.5℃～12.5℃、浇筑温度12℃～17.5℃的条件下，采取冲毛机喷雾办法，间歇性向仓内喷雾始终保持仓面湿度及温度，混凝土终凝后及时覆盖湿润棉被养护，养护时间不少于28 d。养护期满后对混凝土表面冲洗，经检查未发现裂缝。

6 结语

抗冲磨混凝土在唐河水电站泄洪冲沙闸闸墩侧面、闸室底板、陡坡段、消力池底板结构面范围的应用，经检测没有出现任何关于温度裂缝的质量问题，提高了混凝土的耐久性、抗渗能力和抗冻性能，取得了很好的效果。

在施工中抗冲磨混凝土所用原材料必须经检验并满足要求;严格控制外加剂、粉煤灰、硅粉掺量;做好抗冲磨混凝土搅拌时间、坍落度检测控制;浇筑中充分振捣，把握好振捣时间;浇筑完成及时养护。

［1］ 中国建设监理协会.注册监理工程师继续教育培训选修课教材水利水电工程［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［2］ SDJ 207-82，水工混凝土施工规范［S］.

［3］ SL 27-91，水闸施工技术规范［S］.

［4］ GB 50204-2002，混凝土结构工程施工质量验收规范［S］.

［5］ 冯乃谦.高性能混凝土结构［M］.北京:机械工业出版社，2004.