溪洛渡水电站泄洪洞混凝土抗冲耐磨试验研究

刘 恋 ，曹 凯，王 华

(1.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072；2.西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610031)

1 前 言

当水电站泄洪洞进行泄洪时，高速挟沙水流对混凝土表面会产生冲磨破坏，因此混凝土的抗冲耐磨性对其使用寿命、维护周期及维护频率有着重要的影响。而对抗冲耐磨混凝土的修补往往会影响水电站的正常运行，从而造成经济损失。

为了改善和提高混凝土的抗冲耐磨性能，提高工程使用寿命，减少工程修补次数，节约修补费用，降低工程总造价，并为其它工程提供借鉴，本文依托溪洛渡水电站泄洪洞工程，通过不同技术方案对混凝土的抗冲耐磨性进行研究，并结合工程抗磨要求，提出抗冲耐磨混凝土配合比推荐方案。

2 工程概况

溪洛渡水电站位于四川省雷波县与云南省永善县境内接壤的金沙江溪洛渡峡谷，为一座以发电为主，兼有防洪、拦砂和改善下游航运等综合利用效益的特大型水利水电枢纽一等工程。在电站两岸山体中共设置4条相同规模的泄洪洞，两岸对称布置两条泄洪洞。最长的4号泄洪洞长度为1 633.61m；最大开挖断面洞径为17m×72m。

在溪洛渡水电站泄洪洞中有的过流面流速最大，接近50m/s，超过现行国家规范的40m/s的20%；单洞泄洪能力为世界最大，在设计洪水流量工况下，泄洪洞单孔泄洪流量为3 858m3/s、校核洪水工况下为4 162m3/s。

3 混凝土抗冲耐磨试验研究

3.1 试验内容

在混凝土配合比设计的基础上，结合溪洛渡水电站泄洪洞设计要求，对普通粉煤灰混凝土、硅粉混凝土、硅粉PVA纤维混凝土进行冲磨性能及相关力学强度性能试验，并对不同技术方案进行比较，提出泄洪洞混凝土的推荐配合比方案。

3.2 试验原材料

3.2.1 水 泥

试验所用的水泥为华新(昭通)42.5中热硅酸盐水泥，其物理力学性能指标见表1。

表1 水泥物理力学性能指标

3.2.2 粉煤灰

试验所用的粉煤灰为宣威Ⅰ级灰，粉煤灰的物理力学性能指标见表2。

3.2.3 砂石骨料

试验所用的人工砂石骨料为溪洛渡工地现场砂石料生产的玄武岩骨料，其性能见表3及表4。

3.2.4 外加剂

试验所用的减水剂为江苏博特公司生产的JM-PCA羧酸减水剂，引气剂采用上海麦斯特建材有限公司生产的MicroAir AEA 202引气剂，其性能指标见表5。

表2 粉煤灰物理力学性能指标

表3 粗骨料物理性能指标

表4 细骨料物理性能指标

3.2.5 纤 维

试验所用纤维为PVA纤维，技术指标见表6。

表5 外加剂性能指标

表6 纤维技术指标

3.3 试验方法

混凝土的抗冲磨试验按SL 352-2006《水工混凝土试验规程》中水下钢球法和含砂水流冲刷法的技术要求进行。

3.4 试验混凝土配合比设计

根据骨料最佳级配、混凝土强度水胶比关系的试验结果并结合设计要求，溪洛渡水电站泄洪洞混凝土配合比设计参数见表7。混凝土级配如下：

二级配：中石∶小石=50∶50；

三级配：大石∶中石∶小石=40∶30∶30。

表7 泄洪洞混凝土试验配合比及混合物性能

3.5 试验结果及分析

普通粉煤灰混凝土、硅粉混凝土、硅粉PVA纤维混凝土的力学强度性能见表8。

由表8可知：

(1)在相同的强度等级和级配条件下，硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土的抗压强度、劈拉强度、轴拉强度明显大于粉煤灰混凝土。

(2)硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土的抗压强度几乎相同，硅粉PVA混凝土劈拉强度、轴拉强度较硅粉混凝土有所增强，表明PVA纤维有增强混凝土的抗拉强度作用。这是因为PVA纤维同水泥基材有很强的粘结力，纤维在混凝土内部构成了一种均匀的乱向支撑体系，可以有效阻止骨料的离析，减少混凝土的塑性收缩，使收缩的能量分散到纤维上，从而有效增强混凝土的韧性，增加混凝土的抗拉强度。

粉煤灰混凝土、硅粉混凝土、硅粉PVA纤维混凝土的抗冲磨性能见表9。

表8 混凝土力学强度性能

表9 混凝土的抗冲磨性能 h/(kg/m2)

由表9可知：

(1)在强度等级相同条件下，粉煤灰混凝土、硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土的抗冲磨强度，以粉煤灰混凝土的最小、硅粉PVA混凝土的最大，硅粉PVA混凝土与粉煤灰混凝土抗冲磨强度相比增幅明显，最大可达60.2%。

(2)硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土相比，硅粉PVA混凝土的抗冲磨强度较硅粉混凝土有所增强，表明PVA纤维能增强混凝土的抗冲磨强度。这是因为在混凝土中加入PVA纤维能防止或减少混凝土裂缝、改善混凝土的性能、提高混凝土变形性能，同时纤维掺入也阻碍了水流将水泥从纤维上剥落，从而有效提高混凝土的抗冲磨能力。

4 结 论

(1)掺入PVA纤维可以有效地提高混凝土的强度和抗裂性能，同时也可以提高混凝土的抗冲磨性能。

(2)综合比较粉煤灰混凝土、硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土可知，硅粉PVA混凝土具有更好的抗冲磨性能和抗裂性能。建议溪洛渡水电站泄洪洞采用硅粉PVA混凝土技术方案。

参考文献：

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