溪洛渡水電站泄洪洞混凝土抗沖耐磨試驗(yàn)研究

劉 戀 ，曹 凱，王 華

(1.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072；2.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

1 前 言

當(dāng)水電站泄洪洞進(jìn)行泄洪時(shí)，高速挾沙水流對(duì)混凝土表面會(huì)產(chǎn)生沖磨破壞，因此混凝土的抗沖耐磨性對(duì)其使用壽命、維護(hù)周期及維護(hù)頻率有著重要的影響。而對(duì)抗沖耐磨混凝土的修補(bǔ)往往會(huì)影響水電站的正常運(yùn)行，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。

為了改善和提高混凝土的抗沖耐磨性能，提高工程使用壽命，減少工程修補(bǔ)次數(shù)，節(jié)約修補(bǔ)費(fèi)用，降低工程總造價(jià)，并為其它工程提供借鑒，本文依托溪洛渡水電站泄洪洞工程，通過(guò)不同技術(shù)方案對(duì)混凝土的抗沖耐磨性進(jìn)行研究，并結(jié)合工程抗磨要求，提出抗沖耐磨混凝土配合比推薦方案。

2 工程概況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣與云南省永善縣境內(nèi)接壤的金沙江溪洛渡峽谷，為一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔砂和改善下游航運(yùn)等綜合利用效益的特大型水利水電樞紐一等工程。在電站兩岸山體中共設(shè)置4條相同規(guī)模的泄洪洞，兩岸對(duì)稱布置兩條泄洪洞。最長(zhǎng)的4號(hào)泄洪洞長(zhǎng)度為1 633.61m；最大開挖斷面洞徑為17m×72m。

在溪洛渡水電站泄洪洞中有的過(guò)流面流速最大，接近50m/s，超過(guò)現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范的40m/s的20%；單洞泄洪能力為世界最大，在設(shè)計(jì)洪水流量工況下，泄洪洞單孔泄洪流量為3 858m3/s、校核洪水工況下為4 162m3/s。

3 混凝土抗沖耐磨試驗(yàn)研究

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容

在混凝土配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合溪洛渡水電站泄洪洞設(shè)計(jì)要求，對(duì)普通粉煤灰混凝土、硅粉混凝土、硅粉PVA纖維混凝土進(jìn)行沖磨性能及相關(guān)力學(xué)強(qiáng)度性能試驗(yàn)，并對(duì)不同技術(shù)方案進(jìn)行比較，提出泄洪洞混凝土的推薦配合比方案。

3.2 試驗(yàn)原材料

3.2.1 水 泥

試驗(yàn)所用的水泥為華新(昭通)42.5中熱硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水泥物理力學(xué)性能指標(biāo)

3.2.2 粉煤灰

試驗(yàn)所用的粉煤灰為宣威Ⅰ級(jí)灰，粉煤灰的物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

3.2.3 砂石骨料

試驗(yàn)所用的人工砂石骨料為溪洛渡工地現(xiàn)場(chǎng)砂石料生產(chǎn)的玄武巖骨料，其性能見(jiàn)表3及表4。

3.2.4 外加劑

試驗(yàn)所用的減水劑為江蘇博特公司生產(chǎn)的JM-PCA羧酸減水劑，引氣劑采用上海麥斯特建材有限公司生產(chǎn)的MicroAir AEA 202引氣劑，其性能指標(biāo)見(jiàn)表5。

表2 粉煤灰物理力學(xué)性能指標(biāo)

表3 粗骨料物理性能指標(biāo)

表4 細(xì)骨料物理性能指標(biāo)

3.2.5 纖 維

試驗(yàn)所用纖維為PVA纖維，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表6。

表5 外加劑性能指標(biāo)

表6 纖維技術(shù)指標(biāo)

3.3 試驗(yàn)方法

混凝土的抗沖磨試驗(yàn)按SL 352-2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中水下鋼球法和含砂水流沖刷法的技術(shù)要求進(jìn)行。

3.4 試驗(yàn)混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)骨料最佳級(jí)配、混凝土強(qiáng)度水膠比關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合設(shè)計(jì)要求，溪洛渡水電站泄洪洞混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表7。混凝土級(jí)配如下：

二級(jí)配：中石∶小石=50∶50；

三級(jí)配：大石∶中石∶小石=40∶30∶30。

表7 泄洪洞混凝土試驗(yàn)配合比及混合物性能

3.5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

普通粉煤灰混凝土、硅粉混凝土、硅粉PVA纖維混凝土的力學(xué)強(qiáng)度性能見(jiàn)表8。

由表8可知：

(1)在相同的強(qiáng)度等級(jí)和級(jí)配條件下，硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度明顯大于粉煤灰混凝土。

(2)硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土的抗壓強(qiáng)度幾乎相同，硅粉PVA混凝土劈拉強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度較硅粉混凝土有所增強(qiáng)，表明PVA纖維有增強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度作用。這是因?yàn)镻VA纖維同水泥基材有很強(qiáng)的粘結(jié)力，纖維在混凝土內(nèi)部構(gòu)成了一種均勻的亂向支撐體系，可以有效阻止骨料的離析，減少混凝土的塑性收縮，使收縮的能量分散到纖維上，從而有效增強(qiáng)混凝土的韌性，增加混凝土的抗拉強(qiáng)度。

粉煤灰混凝土、硅粉混凝土、硅粉PVA纖維混凝土的抗沖磨性能見(jiàn)表9。

表8 混凝土力學(xué)強(qiáng)度性能

表9 混凝土的抗沖磨性能 h/(kg/m2)

由表9可知：

(1)在強(qiáng)度等級(jí)相同條件下，粉煤灰混凝土、硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土的抗沖磨強(qiáng)度，以粉煤灰混凝土的最小、硅粉PVA混凝土的最大，硅粉PVA混凝土與粉煤灰混凝土抗沖磨強(qiáng)度相比增幅明顯，最大可達(dá)60.2%。

(2)硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土相比，硅粉PVA混凝土的抗沖磨強(qiáng)度較硅粉混凝土有所增強(qiáng)，表明PVA纖維能增強(qiáng)混凝土的抗沖磨強(qiáng)度。這是因?yàn)樵诨炷林屑尤隤VA纖維能防止或減少混凝土裂縫、改善混凝土的性能、提高混凝土變形性能，同時(shí)纖維摻入也阻礙了水流將水泥從纖維上剝落，從而有效提高混凝土的抗沖磨能力。

4 結(jié) 論

(1)摻入PVA纖維可以有效地提高混凝土的強(qiáng)度和抗裂性能，同時(shí)也可以提高混凝土的抗沖磨性能。

(2)綜合比較粉煤灰混凝土、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沖磨性能和抗裂性能。建議溪洛渡水電站泄洪洞采用硅粉PVA混凝土技術(shù)方案。

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