HF抗沖耐磨劑在泄洪洞工程中的應用

張科（中國水電建設集團十五工程有限公司陜西咸陽712000）

HF抗沖耐磨劑在泄洪洞工程中的應用

張科
（中國水電建設集團十五工程有限公司陜西咸陽712000）

本文通過系統地分析研究泄洪隧洞的水力條件，對抗沖耐磨混凝土采用不同外參進行了綜合比較，確定了在泄洪洞流速大、容易發生氣蝕部位采用HF抗沖磨混凝土可以防止出現真空氣蝕破壞，且施工方便，經濟效益顯著。

HF抗沖耐磨外加劑；泄洪洞；配合比

1　工程概括

科克塔斯水庫泄洪洞洞室襯砌共分三大部分，泄0+017～泄0+147為前半洞基本為平直線型；泄0+147～泄0+251為龍抬頭段為圓曲線－直線－圓曲線形式；泄0+251～泄0+432為永久利用段基本為平直線型；襯砌長度400m，襯砌完成后斷面呈城門洞型，寬度3.5m，高度4.5m，襯砌厚度60cm，均為C40W 6F300抗沖耐磨混凝土，從而確保泄洪洞在高速水流條件下運行安全。

2　抗沖耐磨混凝土性能要求

根據科克塔斯水庫泄洪隧洞的水力學特性、結構要求，對抗沖耐磨混凝土的性能有如下要求：

（1）基本性能：強度為C40、坍落度5cm～7cm、二級配、抗凍（F300）、抗滲（W 6），需要泵送混凝土要求坍落度18cm～20cm，其余要求相同；

（2）抗沖蝕性能：抗沖磨強度是普通混凝土的2至3倍以上；

（3）變形性能：能具備較小的干縮變形和較高的極限拉伸值，減少和防止裂縫產生。

根據目前抗沖耐磨材料的最新和成熟的應用成果，并滿足上述要求，可采用硅粉混凝土、鋼纖維混凝土和HF抗沖磨混凝土。

3　硅粉混凝土和鋼纖維混凝土與HF抗沖磨混凝土之綜合對比

3.1經濟效益比較

根據目前市場原材料價格和成熟的現場施工配合比情況分析，其經濟增加費用如表3-1。從表中結果可知，硅粉混凝土與HF混凝土增加費用大致相等，但鋼纖維混凝土的造價則十分昂貴。

3.2施工性能對比

（1）硅粉混凝土：由于硅粉顆粒極細，比表面積很大，加入混凝土中后，雖然有效增大了混凝土粘聚性，但是流動性變差，施工和易性不好，導致混凝土施工費工費時，并且蜂窩麻面較多，混凝土表面平整度差，且龜裂及較大裂縫很多。同時對混凝土運輸距離、時間和運輸方式也有限制，否則將難于卸料。因此硅粉混凝土施工難度大，施工質量不易保證。

（2）鋼纖維混凝土：在混凝土中摻入一定量的斷面積為0.1mm2～0.4mm2，長度為20mm～40mm的鋼纖維后，要使其鋼纖維在水泥硬化體中均勻的分散，不使它同水泥漿或砂子結成球狀團塊與離析，就需要攪拌量控制在攪拌機公稱容量的1/3以下，并增大攪拌時間，而造成攪拌設備效率低下。同時由于鋼纖維相互摩擦和相互纏繞，形成具有一定剛性的空間網絡結構，而抑制了鋼纖維混凝土內部水及水泥漿的流動，這將會大大增加混凝土泵送的難度。

（3）HF抗沖磨混凝土：新拌HF高強耐磨粉煤灰混凝土在施工中易于振搗密實、出漿和收光抹面，抗剪力顯著減小，容易產生流動，泌水性能達到良好的預期。

3.3抗沖耐磨性

混凝土破壞多發生在水泥石及其與骨料粘結面等薄弱環節。受挾砂石水流沖磨破壞的混凝土，先把其組成材料中耐磨性能較差的部份沖刷掉，若骨料中含軟弱顆粒或骨料的耐磨性能較砂漿低時，則骨料先被沖磨成凹坑。若骨料比砂漿耐沖磨性能好，則挾砂水流先把砂漿沖磨掉，而粗骨料逐漸凸出，這樣在高速水流作用下就會產生氣蝕而造成破壞。根據以往工程實際情況可知硅粉混凝土和鋼纖維混凝土的抗沖耐磨性都有優異的表現。

HF抗沖磨劑的作用是激發粉煤灰的活性，使膠凝材料的水化產物致密、堅硬、耐磨，改善膠材與骨料間的界面性能，并使自身強度和膠結力顯著提高，提高了混凝土的抗裂性和混凝土的整體強度，提高混凝土抵抗高速水流空蝕和脈動壓力的能力，達到提高混凝土的抗壓強度、抗沖磨強度及耐久性能。結合多個已實施本抗沖磨混凝土的工程（大峽、劉家峽、洪家渡、尼那水電站等大中型工程）和新疆水科院抗沖磨抗高速水流沖蝕試驗，證明了HF混凝土能顯著的提高混凝土的強度、耐磨性和抗高速水流空蝕性能。

根據以上綜合分析本工程決定采用HF粉煤灰抗沖耐磨混凝土。

4　HF粉煤灰抗沖耐磨混凝土配合比

表3-1　C40W 6F300、C40W 6F250抗沖磨泵送混凝土抗沖磨混凝土推薦配合比

4.1原材料

根據本工程已使用原材料的情況，選定的原材料分別為：

水泥：水泥為伊犁南崗水泥廠生產的黃鴨牌P·042.5水泥。

粉煤灰：伊寧熱電廠Ⅱ級粉煤灰20%（以膠凝材料重量百分比計）。

砂石料：砂為伊寧縣明興砂石料廠生產的天然砂砂F·M=3.10；砂石料：石為伊寧縣明興砂石料廠生產的二級配卵石5mm～20mm：20mm～40mm。

表4-1　水泥的化學成份（單位：%）

表4-2　水泥的物理力學性能

表4-3　粉煤灰品質檢驗成果

表4-4　砂的顆粒級配

表4-5　砂、粗骨料的物理性質

表4-6　HF抗沖磨劑物理性能

引氣劑：山西奧鑫建材科技有限公司生產的AXSF混凝土引氣劑。

抗沖磨劑：甘肅巨才電力技術有限責任公司生產的“HF”抗沖磨外加劑2%（以膠凝材料重量百分比計）。

4.1.1水泥

抗沖耐磨混凝土一般應選用標號較高、質量穩定、耐磨性能好的水泥。伊犁南崗水泥廠生產的黃鴨牌P·042.5水泥，其化學成份及物理力學性能見表4-1和表4-2。

由表4-1至表4-2可知，伊犁南崗水泥廠生產的黃鴨牌P·042.5水泥的物理力學性能滿足國標《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥GB175-1999》的要求，使用在本工程部位上是合適的。

4.1.2粉煤灰

粉煤灰是混凝土的主要摻合料之一，混凝土摻入粉煤灰具有減水增強、節約水泥降低工程造價、降低混凝土的溫升、延長混凝土凝結時間和提高混凝土拌和物的和易性等優點，從而獲得混凝土質量、技術、經濟上的效果。伊寧熱電廠生產的Ⅱ級粉煤灰化學和物理力學性能見表4-3。

根據以往的工程實踐證明，混凝土抗沖磨強度主要是受最軟弱顆粒的耐沖磨度的影響。在選用抗沖磨混凝土骨料時，應選用水泥結石沖磨強度高的骨料，同時要兼顧其經濟性。

實踐證明，較大粒徑的粗骨料可以減少水泥用量，有利于提高混凝土抗沖耐磨強度。選用抗沖耐磨混凝土粗骨料時，原則上應盡可能選用較大粒徑的骨料，但也不能太大，一般不應超過40mm。

本次試驗選用的砂石骨料的物理性質見表4-4、表4-5。試驗結果表明，砂、粗骨料滿足設計及《水工混凝土施工規范》（DL/T5144-2001）要求。

4.1.4抗沖磨劑

甘肅省電力試驗研究所研究的HF抗沖耐磨劑，是摻和粉煤灰，提高粉煤灰混凝土抗沖磨性能的專用耐磨劑。其物理力學性能檢測見下表4-6。

4.2配合比設計

針對科克塔斯水庫泄洪洞工程的特點，在粉煤灰和外加劑雙摻的基礎上摻入“HF”抗沖磨外加劑并在此基礎上進行混凝土試驗研究。第一階段試驗，主要是根據室內試拌混凝土配合比按有關規范推算出混凝土配合比參數，并提出相應推算配合比，配合比的參數選取相對來說比較保守。第二階段，主要根據28d抗壓強度試驗結果，結合混凝土抗凍、抗滲、抗沖磨試驗結果，綜合考慮各種因素提出滿足設計要求的泄洪洞抗沖磨混凝土配合比參數，并通過室內試拌后提出相應的推薦配合比。推薦配合比的材料用量見表4-7

5　結論及建議

實踐證明，科克塔斯水庫泄洪洞工程在應用HF高強耐磨混凝土過程中，抗磨劑摻量小，拌和物流動性好，混凝土抗壓強度、抗沖磨強度和耐久性好，較好地滿足了混凝土拌和、施工及設計要求，達到了預期目的。但是，應用HF抗磨劑要注意以下幾點：

表4-7　C40W 6F300、C40W 6F250抗沖磨泵送混凝土抗沖磨混凝土推薦配合比

①應盡量選用優質的粉煤灰，不低于國家Ⅱ級粉煤灰的標準。

②HF抗磨劑需以干粉直接加入水泥或粉煤灰中，且攪拌時間不能小于3min，以便使粉煤灰被充分激活，但又不能在運輸過程中時間太長，避免形成大量的膠質體而影響混凝土泵送。

③由于HF抗磨劑本身具有高效減水作用，因此配合比設計不需要摻入其它的高效減水劑。陜西水利

（責任編輯：唐紅云）

TU528.042

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