抗冲磨混凝土配合比试验及在水利工程的应用

时爱祥

（江苏省水利建设工程有限公司，江苏扬州 225002）

1 工程概述

江苏援建四川省绵竹市官宋硼堰取水枢纽重建工程位于汉旺镇绵远河出山口，设计洪水标准为50年一遇，流量2811 m3/s，校核洪水标准为200年一遇，流量3931 m3/s。工程区抗震设防烈度为Ⅷ度。进水闸2孔，单孔净宽6 m，进水流量50 m3/s，工程先期实施，与泄洪闸互为导流；冲砂闸及泄洪闸单孔净宽均为10 m，共11孔，其中，冲砂闸2孔，泄洪闸9孔，底板厚均为1.8 m，顺水流向长16.3 m；上下游均设置了钢筋混凝土护坦。

绵远河河床坡度较大，平均约1% 。“5.12”地震前，官宋硼堰多年平均悬移质输砂石量约25万t，地震后由于山体松动，连续降雨或遇暴雨时，极易发生泥石流。官宋硼工程2010年7月31日刚完工交付投入试运行，8月13日，工程上游10 km处突发“清平乡特大泥石流”，冲出泥石流约600万m3，洪水裹夹着巨量的砂、石、土体等悬移质，以排山倒海之势向下游冲击、撞击，最大流速高达18 m/s，使工程经受了最严峻的考验。

由于官宋硼堰上游平时几乎没有库容，汛期或非汛期上游来水量较大时，只能采用大排大泄的方法过闸，力争使推移质全部过坝，不在坝前淤积，以达到冲淤平衡，这样更加凸显工程运用抗冲磨混凝土的重要性。

抗冲磨混凝土是本工程最重要的组成部分，必须保证混凝土的整体强度，使混凝土致密、坚硬、耐冲撞、耐磨耗；同时，还需考虑可就地取材而不必专门采购铁含量较高的铁矿石等原材料，尽可能方便施工。

本工程的抗冲磨混凝土设计在冲砂闸和泄洪闸闸室混凝土底板、上下游混凝土护坦的面层，厚度0.3 m。施工工艺为：在浇筑一期混凝土时预埋锚筋，一期混凝土终凝后，打毛、冲洗后进行面层二期抗冲磨混凝土施工（其中2孔冲砂闸底板及1 m以下闸墩满铺12 mm钢板）。

2 抗冲磨混凝土配合比试验

2.1 抗冲磨混凝土设计参数

抗冲磨混凝土设计参数如表1。

表1 抗冲磨混凝土设计参数表

2.2 抗冲磨混凝土原材料选择

（1）水泥、粉煤灰、细骨料（人工砂）、粗骨料（粒径 5～20 mm 及 20～40 mm二级配人工碎石）：采用当地生产的普通原料；

（2）高效减水剂：采用江苏博特新材料有限公司生产的JM-PCA（Ⅰ）聚羧酸超塑化剂（液体）；

（3）硅粉：采用成都东蓝星科技发展有限公司生产的“东蓝星”牌硅粉（价格2600元/t，按每立方米混凝土使用41 kg计算，扣除替代水泥，约每立方米混凝土增加费用80元，与环氧砂浆、混凝土相比，比较经济）。

2.3 混凝土配合比设计

为确保混凝土的各项性能达到设计指标并满足施工要求，通过不同的水胶比对混凝土拌和物及硬化性能试验进行比较，形成了混凝土配合比参数（表2）及单立方米混凝土各种材料用量计算表（表3）。在水灰比一定的情况下，采用硅粉、粉煤灰双掺不仅可以最大限度地代替水泥，降低水化热，而且能够克服单掺粉煤灰混凝土早期强度降低和单掺硅粉混凝土早强但后期强度增长缓慢的缺点。通过掺加高效减水剂，还可使硅粉混凝土具有良好的和易性及一定的流动性，以满足现场泵送施工的要求。

3 抗冲磨施工

由于现场施工条件限制，施工单位选用了泵送混凝土。因此，必须在拌和楼临时搭设硅粉专门投料口，硅粉按配合比设计定制为41 kg/袋，现场拆包倒进硅粉入口，纤维采用可自动降解包装袋装设，和硅粉一并投入。在高性能混凝土中，硅粉起水化产物核心作用，这一性能的发挥需要硅粉在水泥浆体中良好分散来得到保证，故除掺用高效减水剂外，还要适当增加拌和时间。

严格按配合比进行投料，将出机口的坍落度控制在130～150 mm，将所有原材料衡量误差控制在规范限制的范围内。抗冲磨硅粉混凝土粘性很大，拌制、运输、泵送均比较困难，施工中必须设计好每道工序的作业时间，使拌、运、泵一条龙连续作业，保持各环节施工设备处于湿润状态，防止混凝土堵塞设备出入口，玷污设备内壁，所以一次浇筑量不宜过大，以利于设备清洗。

（1）平仓：平仓是抗冲磨混凝土施工的关键工序，因为硅粉混凝土粘性很大，保水性好，入仓混凝土几乎没有一点流动性，必须安排人工平仓。

（2）振捣：由于硅粉混凝土流动性不够，人一般不能站在混凝土上振捣，因为只要人一站上去就会出现一个大“窟窿”，甚至会因漏振且混凝土初凝时间较快，使洞穴永久存在，给工程带来隐患。因此，浇筑宜从一侧向一个方向推进，如条件限制，则可在混凝土仓面搭设操作平台，或者在混凝土上铺设大模板，以增加接触面，避免人为踩踏。

（3）养护：与普通混凝土相比，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、水泥用量大且不易泌水，因而比普通混凝土更易发生塑性收缩，其早期干缩率和自身体积变形也比普通混凝土更大，这些因素综合在一起，导致硅粉混凝土在施工中往往会出现早期开裂。因此，混凝土养护特别重要，初凝收面后应立即覆盖薄膜、草袋，进行洒水养护。

表2 混凝土配合比参数表（混凝土设计龄期均为28 d）

表3 单m3混凝土各种材料用量计算表

表4 抗压强度抽样实测成果表

表5 抗冲磨强度抽样实测成果表

4 试块抽样实测成果

混凝土抗冲磨（水下钢球法）抽样实测成果如表4和表5。检测数据表明：抗冲磨混凝土抗压强度和抗冲磨强度均符合并超过设计指标。

5 结语

江苏援建官宋硼堰取水枢纽工程抗冲磨混凝土的应用表明，双掺硅粉和粉煤灰配制抗冲磨混凝土具有较高的力学性能指标和抗冲磨性能，施工工艺与常态混凝土基本相同，易于掌握。

以往江苏在溢洪道、滚水坝等有高速水流、高落差水头工程施工中，一般在表层进行薄层环氧树脂砂浆、聚氨酯砂浆施工，其固化受环境影响较大，易裂、易脱落、不长久的弊病比较突出，而采用高性能抗冲磨硅粉混凝土，易于施工、一次成型、效果较好，对类似水利工程建设有一定的借鉴作用。