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    乌斯通沟水库导流洞HF抗冲耐磨混凝土施工技术

    时间：2023-07-01 09:10:06来源：百花范文网本文已影响人

    范庭梧，海 亮，杜红桥

    （1.中国水电基础局有限公司，天津 301700；
    2.南水北调中线干线工程建设管理局渠首分局，河南 南阳 474150）

    乌斯通沟水库项目位于新疆自治区吐鲁番地区托克逊县乌斯通沟河下游，工程项目导流洞设计水流流速为29.36 m/s，导流洞分别由进口段、陡坡段、渐变段、平洞段、出口消能段等结构组成，进口段长度为12.0 m，陡坡段长度为111.97 m，设计坡度为8.26%。渐变段长度为20.0 m，衬砌厚度为1.0 m，平洞段长度为253.70 m，设计坡度为3.76%。进口段及陡坡段设计衬砌后净尺寸为3.0 m×3.2 m（城门洞型），衬砌混凝土厚度为60 cm，底板及1.0 m范围边墙内为C40F250W6HF抗冲耐磨混凝土，其余边顶拱衬砌混凝土均为C25F250W6。平洞段设计衬砌后净尺寸3.0 m×3.7 m（城门洞型），衬砌厚度为60 cm，底板及1.0 m范围边墙内为C40F250W6HF抗冲耐磨混凝土（以下简称HF混凝土），其余边顶拱衬砌混凝土均为C25F250W6。HF混凝土结构布置如图1所示。

    图1 HF混凝土结构布置图

    2.1水 泥

    施工前对三种品牌水泥材料进行对比试验，最终选择新疆圣雄水泥有限公司生产的42.5R普通硅酸盐水泥，所有检测项目均符合规范要求[1]，具体检测结果如表1所示。

    表1 水泥检测结果

    2.2 粉煤灰

    施工前对两种品牌粉煤灰材料进行对比试验，最终选择中泰化学托克逊能化有限公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰，所检项目均符合规范要求[1]。具体试验检测结果如表2所示。

    表2 粉煤灰检测结果

    2.3 减水剂

    施工前对三种品牌减水剂材料进行对比试验，最终选择建宝天化新材料科技有限公司生产的JB-Ⅰ标准型聚羧酸高性能减水剂，所检项目均符合规范要求[1]，具体试验检测结果如表3所示。

    表3 减水剂检测结果

    2.4 引气剂

    施工前对三种品牌引气剂材料进行对比试验，最终选择建宝天化新材料科技有限公司生产的AE型引气剂，所检项目均符合规范要求，具体试验检测结果如表4所示。

    表4 引气剂检测结果

    2.5 HF外加剂

    因HF混凝土技术及其HF专用外加剂为甘肃省巨才电力技术有限责任公司专有技术，该公司在16类和一类商品申请了以“HF”为主要字母的商标，所以采用该公司生产的五型缓凝型HF混凝土专用外加剂。所检测项目均符合Q/GSJL004-2020《HF高强耐磨粉煤灰混凝土及HF外加剂技术标准》的企业标准。试验检测结果如表5所示。

    表5 HF外加剂检测结果

    2.6骨 料

    骨料采用乌斯通沟河道下游C1料场的原材料，C1料场主要为砂岩、花岗岩及少量石英，岩性较坚硬，无软弱颗粒，有害物质含量甚微，是质量较好的混凝土骨料，为非碱活性骨料，经天然骨料筛分场生产作为混凝土骨料，所检测项目均符合规范要求。试验检测结果如表6、表7、表8所示。

    表6 粗骨料（20～40 mm）试验检测结果

    表7 粗骨料（5～20 mm）试验检测结果

    表8 砂试验检测结果

    2.7 拌和用水

    HF混凝土拌和用水采用乌斯通沟河水，各项检测指标均符合规范要求，试验检测结果如表9所示。

    表9 拌和用水检测结果 mg/L

    通过现场生产性试验、工艺性试验，对HF混凝土原室内配合比进行5次比选调整，成功解决了骨料下沉、大面积气泡孔及混凝土流动性、黏聚性、保水性等问题，并在保证混凝土强度的前提下优化HF混凝土胶凝材料，降低水化热，防止混凝土因水化热过高导致的温度裂缝等问题[2]，HF混凝土具体调整比选如表10所示。

    表10 HF混凝土施工配合比比选表 kg/m3

    通过对上述HF混凝土配合比进行调整优化，HF1～HF4配合比具体缺点为：HF1配合比混凝土坍落度175 mm、含气量4.8%、抗压强度51 MPa；
    混凝土出现黏稠、粗骨料下沉、混凝土强度偏高等问题。HF2配合比混凝土塌落度160 mm、含气量5.0%、抗压强度46 MPa；
    混凝土出现黏稠、和易性差等问题。HF3配合比混凝土塌落度110 mm、含气量3.5%、抗压强度47 MPa；
    混凝土出现黏稠、塌落度低、含气量不满足设计要求等问题。HF4配合比混凝土塌落度180 mm、含气量5.8%、抗压强度44 MPa；
    混凝土出现黏稠、强度富余度偏低、含气量不满足设计要求等问题。HF5配合比坍落度190 mm、含气量4.5%、抗压强度46 MPa；
    混凝土和易性、均匀性、流动性、强度富余度均满足设计、施工、规范要求。混凝土黏稠不利于混凝土排气，导致混凝土表面气泡孔较多，影响外观质量；
    混凝土粗骨料不利于抗冲耐磨，导致耐久性较差；
    抗压强度偏高，导致混凝土胶凝材料用量偏大，水化热过高，混凝土易产生裂缝。因此选择HF5作为最优HF混凝土施工配合比。

    4.1 HF混凝土拌制

    HF外加剂必须以干粉状与砂石骨料混合后直接加入主机中搅拌，然后再加水拌合，HF混凝土须采用强制性搅拌机拌制，加水后拌合时间不少于100 s。采用的砂率应满足和易性要求并采用比最优砂率稍大的砂率，一般比普通混凝土的砂率要大，根据HF混凝土的黏聚性和抗离析性能，一般提高2%～3%。

    4.2 HF混凝土浇筑

    1）浇筑环境。尽量选择气温较低蒸发量较小的时段施工，如选择夜间或白天的早晚时段或阴天施工，避免在阳光直射、环境温度较高、蒸发量较大的情况下施工；
    应在混凝土入仓、振捣和收面的过程中采用遮阳保湿和防止混凝土初凝前热量倒灌导致温度回升。有条件的可采用喷雾方法，加大环境湿度，降低环境温度。

    2）铺料。先进行底板HF混凝土浇筑，待底板混凝土HF混凝土接近初凝时，再进行边墙HF混凝土浇筑，底板HF混凝土分两层铺料浇筑，因混凝土底板衬砌厚度为60 cm，第一层铺料厚度不大于40 cm，第二层浇筑厚度不大于30 cm，铺料顺序为自下游至上游铺料，为减少矮边墙斜面混凝土浇筑气泡孔，矮边墙分三层铺料，第一层铺料厚度不大于斜面高度10 cm，第二层、第三层铺料厚度均不大于30 cm，避免一次摊铺厚度过大。需注意的是，矮边墙第一层混凝土浇筑完成，需等待1～2 h（具体待凝时间需根据气候条件决定）后进行第二层、第三层混凝土浇筑。

    3）振捣。因HF混凝土具有缓凝作用，因此HF混凝土振捣中要注意不能过振，过振会使小气泡孔汇聚成大的气孔，同时造成骨料砂浆分离和泌水、泌浆现象，尤其在底板混凝土第二层混凝土入仓1h后，要待塌落度有一定损失后进行振捣，以避免骨料下沉等问题出现，提高底板表面混凝土的抗冲耐磨性。

    合理控制振捣时间，过振或欠振均会加大气孔的形成，可通过试验确定合理的振捣时间。

    4）底板HF混凝土收面。采用手持式振动尺进行初期找平提浆，手持振动尺完全可以满足20cm泵送混凝土振捣，切记无需使用插入式振捣器进行振捣，避免造成HF混凝土过振，降低HF混凝土抗冲耐磨性，初期找平后抹光与常态混凝土抹光工艺一致，但作业人员不可在HF混凝土表面踩踏。

    5）HF混凝土养护。HF混凝土使用养护毯进行覆盖养护，养护用水需使用静止在水池内1～2天或常温水进行养护，切不可直接抽取河道内的水进行养护，尤其是雪山融水。

    4.3 斜角混凝土气泡孔应对措施

    模板表面采用透水膜板布（如formtex）贴于模板内表面，使水、气通过透水膜移出，提高混凝土表面的平整度和密实度，减少混凝土表面气泡的产生，但这种方法造价较高。造价较低可采用镀膜模板或钢模板，但模板必须表面局部打排气孔，采用亲水性较好的脱模剂或机械液压油作为脱模剂。

    4.4 斜角混凝土气泡孔缺陷处理

    表面气孔对混凝土使用效果影响不大，但会影响混凝土的外观效果，对于气孔小而稀的混凝土表面，在不大影响混凝土外观质量的情况下可不予处理，但对于气孔面积大、气孔较密、尺寸较大影响外观质量的应予以处理，具体处理方法有两种：

    1）在初凝之前模板可以拆除（拆除不会造成表面变形）的情况下，尽早拆除模板，拆除后使用养护毯覆盖保湿，在混凝土表面有塑性和水分的情况下，刷水泥基液后用混凝土原浆抹面，或使用细度小于2mm的砂与水泥按1∶1的比例拌制的水泥砂浆，对孔洞进行充填饰面，手提抹光机抹光。

    2）混凝土终凝后模板拆除，混凝土面用水泥浆（黑白水泥6∶4）满刮，然后用漆刷来回涂刷3～4次，使水泥浆嵌满气孔，然后用干抹布将表面多余的水泥浆擦净。经处理的混凝土面光滑发亮。

    从乌斯通沟导流洞HF混凝土的施工来看，HF混凝土相比传统的硅粉抗冲耐磨混凝土具有施工快捷方便、施工难度较小、减少人工投入，流动性、黏聚性、和易性优于硅粉抗冲耐磨混凝土，HF混凝土胶凝材料掺量相比硅粉抗冲耐磨混凝土较少，可降低水化热等特点。同时，HF混凝土具有抑制水化热等性能。HF混凝土长期在国内大型水利水电工程中大范围的运用，其效果完胜硅粉混凝土，建议将HF混凝土作为水利水电工程抗冲耐磨混凝土进行普及使用。

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