白鹤滩水电站泄洪洞预缩砂浆配合比设计研究

周贤成

（中国水利水电第五工程局有限公司科研设计咨询公司，四川 成都 610225）

0 引言

白鹤滩水电站泄洪洞工程因施工通病原因，过流面混凝土存在缺陷，如蜂窝、麻面等，为保证泄洪洞后期过流安全，需对过流面混凝土进行缺陷修补。常规采用的环氧砂浆方法成本高、效果差，因此采用M40预缩砂浆进行修补，这种砂浆具有可补偿收缩、成本低、速度快的特点。对砂浆强度及收缩率进行室内检测，M40预缩砂浆满足规范及设计要求，能够替代环氧砂浆进行过流面混凝土缺陷（蜂窝、麻面）的修补，为以后同类工程缺陷修补提供了数据支撑和实践指导。

1 工程概况

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，上游距乌东德坝址182km，下游距溪洛渡水电站约195km，控制流域面积43.03 万km2，占金沙江以上流域面积的91%。白鹤滩水电站的开发任务以发电为主，电站正常蓄水位为825.0m，水库总库容206.27 亿m3。

枢纽工程主要由混凝土双曲拱坝、二道坝及水垫塘、泄洪洞、引水发电系统等建筑物组成。泄洪洞进水口包括进水渠、进水塔和联系平台。

2 试验依据及设计要求

白鹤滩水电站泄洪洞项目须对泄洪洞进口过流面混凝土施工中存在的缺陷（蜂窝、麻面）进行处理，根据设计要求，并受该项目部经理部委托，对缺陷处理所需的M40干硬性预缩砂浆进行了配合比设计试验[1]。

配合比试验主要依据（不限于）:《水工混凝土试验规程》（DL/T 5150-2001）、《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）、《水泥胶砂强度检验方法》（GB/T 17671-1999）、《水泥比表面积测定方法 勃氏法》（GB/T 8074-2008）、《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T 1346-2011）、《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151-2014）、《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）、《水工混凝土配合比设计规程》（DL/T 5330-2015）和《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144-2015）等，预缩砂浆配合比技术指标见表1。

表1 预缩砂浆配合比技术指标

3 试验原材料

3.1 水泥

水泥采用四川省宁南县白鹤滩水泥有限责任公司生产的“螺髻山”P·O42.5普通硅酸盐水泥，检测结果表明：水泥所检测指标均满足《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）中关于P·O42.5 普通硅酸盐水泥的技术要求。其物理性能结果见表2所示。

表2 水泥物理力学性能检测结果

3.2 细骨料

试验所用细骨料为水电八局骨料加工系统生产的人工砂，检测结果表明：人工砂所检测指标满足《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144-2015）规范要求。砂品质检测结果及砂颗粒级配检测结果见表3、表4所示。

表3 人工砂品质检测结果

表4 人工砂颗粒级配检测结果

预缩砂浆用人工砂需烘干后过2.5mm 筛，过筛后细度模数见表5所示。

3.3 外加剂

本次试验用外加剂为石家庄市长安育才建材有限公司生产的标准型GK-3000高性能减水剂。外加剂按厂家推荐掺量范围进行试验，均按胶凝材料的质量百分比计。检验按《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）及《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-1999）进行，所检测指标均满足规范要求。试验结果见表6。

表6 外加剂品质检测结果

3.4 拌合用水

本次混凝土配合比试验用水采用生活饮用水。

4 预缩砂浆配合比设计试验

4.1 试验基本条件

细骨料采用水电八局骨料加工系统生产的人工砂，人工砂需烘干后过2.5mm筛，计量以气干状态为准。预缩砂浆配合比计算采用假定质量法。预缩砂浆原材料投料顺序：胶凝材料、砂、外加剂和水；外加剂溶于水后投入。

4.2 预缩砂浆参数选择

预缩砂浆配合比设计参数及原材料理论用量见表7所示。原材料理论用量采用容重法进行计算。

表7 预缩砂浆配合比设计参数及原材料理论用量

4.3 预缩砂浆配合比试验及结果

根据选定的预缩砂浆参数，采用《水工混凝土试验规程》（DL/T5150-2001），按表7 人工拌制预缩砂浆，确保每组水灰比砂浆拌成后手握成团、手上有湿痕而无水膜。用湿毛巾覆盖砂浆拌合物，放置1h 后成型7d、28d抗压强度试件。成型采用70.7mm×70.7mm×70.7mm砂浆试模，分两层铺料，每层铺料捣实不超过40mm。捣实用硬木棒进行，至表面出现少量浆液为止，第一层捣实后用小刀拉毛，确保层间结合紧密无断层，顶层用抹刀反复抹压至平整光滑。标准养护至试验龄期进行力学性能试验[1-2]，试验检测结果见表8所示。根据表8进行回归分析，可得出强度与胶水比的关系式。试验结果表明：对于不同水胶比下，预缩砂浆胶水比与抗压强度呈良好的线性关系（见图1所示）。

图1 预缩砂浆抗压强度与胶水比关系曲线

表8 预缩砂浆室内试验结果

5 预缩砂浆施工配合比

5.1 预缩砂浆水胶比的确定

根据预缩砂浆设计指标，参照《水工混凝土配合比设计规程》中砂浆配合比配制强度的计算方法，其配制强度按下式计算：

式中：fm,o——砂浆配制抗压强度，MPa；

fm,k——砂浆设计龄期抗压强度标准值，MPa；

t——概率度系数；

σ——砂浆立方体抗压强度标准差，MPa。

结合表9 预缩砂浆28d 抗压强度与胶水比关系，根据表10 砂浆的配制强度，计算出对应的水胶比，并给出水胶比建议值，见表11。

表9 预缩砂浆28d抗压强度与胶水比关系

表10 预缩砂浆配合比设计指标及配制强度

表11 混凝土水胶比建议值

5.2 推荐配合比

根据以上试验结果确定的预缩砂浆配合比主要参数如下：预缩砂浆等级M40，水胶比0.40，每立方米用水量225kg，减水剂掺量0.7%。推荐的预缩砂浆配合比每立方米材料用量见表12 所示。

6 结束语

本文根据白鹤滩水电站泄洪洞过流面施工中混凝土缺陷处理所需，提出了满足设计及工程施工指标要求的预缩砂浆配合比。根据实际情况，提出以下施工注意事项：

（1）施工时，水泥选用与原混凝土品种相同的新鲜水泥，严禁使用受潮、结块的水泥，选用质地坚硬、无杂物的人工砂，并经过2.5mm 方孔筛。将砂与水泥按掺配比例混合，并反复翻拌至均匀为止，再加混合溶液（即水和外加剂的混合体）翻拌3～5min，拌制的砂浆以手握能成团，手面潮湿又析不出水来为止。拌好后的砂浆仍为松散体，将其归堆存放0.5～1.5h，存放期间表面覆盖湿麻袋，防止水分蒸发，使砂浆预缩。配置好的预缩砂浆必须在2h（夏天）～4h（冬天）内使用完毕，超时间不准使用[2]。

（2）施工时，将混凝土表面打毛，冲洗干净，擦去表面多余水分，刷一层水灰比为0.45～0.50 水泥净浆，然后将预缩砂浆分层铺料捣实，每层铺料捣实不超过40mm，捣实用硬木棒进行，至表面出现少量浆液为止，层间用钢丝刷拉毛，防止断层，顶层用抹刀反复抹压至平整光滑。

（3）施工完成4～8h 后应用湿麻袋覆盖，保温保湿，注意养护。

（4）现场检定预缩砂浆施工质量，可在砂浆强度超过5MPa 后进行（一般为2～3d）。此时可用小锤敲击砂浆表面，声音清脆者质量良好，声音沙哑或有“咚咚”声音者，说明内有成层脱壳或结合不良现象，应凿除重做。

（5）干硬性预缩砂浆施工过程中必须防止拌合物水分蒸发，施工结束后及时养护，以便保证施工质量。

（6）施工过程中，必须确保各种原材料称量准确。