浅谈火山灰作为抗冲耐磨混凝土掺和料在水利工程中的应用

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

叶巴滩水电站位于四川省白玉县与西藏贡觉县境内的金沙江干流上，左岸隶属于四川甘孜藏族自治州白玉县，右岸隶属于西藏自治区昌都地区贡觉县。以金沙江为界，电站布置两条导流洞，分别位于金沙江两岸。

导流洞进、出口高程分别为2717m和2714m，过流断面尺寸均为12m×14m(宽×高，城门洞型)。左岸导流洞洞长1002.6m，闸室竖井上游底板纵坡坡比i=0.2976%，下游底板纵坡坡比i=3.108%；右岸导流洞洞长为896.4m，底板纵坡坡比i=0.3347%。衬砌厚度0.65m～1.50m。

导流洞洞身衬砌混凝土设计标号：底板混凝土采用抗冲耐磨混凝土C40W8F100(调整后)，边顶拱采用C25W8F100。根据设计图纸，底板及边墙1.5m以下为抗冲耐磨混凝土C40W8F100(调整后)，其余部位为C25W8F100。

导流洞运行期单洞过流能力3500m3/s，最大流速22.5m/s，高速水流对衬砌混凝土的抗冲耐磨性能要求比较高。

导流洞洞身结构见图1。

(尺寸单位：cm)图1 导流洞洞身结构示意

2 应用背景

叶巴滩水电站地处藏区腹地，工区附近工业经济不发达，缺乏粉煤灰掺和料的资源，根据考察，距工区最近的可供粉煤灰的大型电厂在1000km以外，运输路途较远，且运输交通受区域特性影响难以保证材料持续供应，对电站工程进度而言有很大程度制约性，研究备用的掺和料替代粉煤灰方案是保证电站混凝土质量和工程顺利建设的关键。

经考察，建设方确定自电站附近运距约300km的火山灰厂家购买掺和料，用于拌制抗冲耐磨混凝土。运距短、可持续供应，对工程建设尤其是电站前期工程有利。

3 抗冲耐磨混凝土配合比设计

3.1 原材料

(1)水泥。所用水泥为雅安西南水泥有限公司生产的P·042.5级普通硅酸盐水泥。检测指标满足《通用硅酸盐水泥》(GB 175-2007)的要求。

(2)掺和料。所用掺和料为炉霍华康水泥有限责任公司生产的火山灰，为Ⅰ级灰。主要性能指标满足《水工混凝土掺用天然火山灰质材料技术规范》(DL/T 5273-2012)的要求。火山灰在混凝土中的掺量为15%。

(3)骨料。所用骨料为砂、小石、中石，均为场内临标单位砂石骨料生产系统提供。其中砂细度模数为2.9，石粉含量12.4%；粗骨料级配为二级配(5mm～20mm，20mm～40mm)，泵送粗骨料级配为中石∶小石=50∶50，经检测骨料品质指标满足《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144-2015)标准要求。

(4)抗冲磨剂。由北京至诚达升建材科技有限公司生产的ZCD粉状抗冲磨剂。抗冲磨剂在混凝土中的掺量为2.9%。

(5)外加剂。选用由北京至诚达升建材科技有限公司生产的ZCD-1型聚羧酸高性能减水剂(标准型)和ZCD-17型引气剂。性能指标检测满足《混凝土外加剂》(GB 8076-2008)标准要求。减水剂掺量1.0%，引气剂掺量0.1‰。

(6)水。为现场拌和系统用水。

3.2 推荐配合比

通过现场施工所用的原材料，进行了室内试验，混凝土各项指标满足设计要求，推荐抗冲耐磨C40W8F100配合比见表1。

表1 C40抗冲耐磨混凝土推荐配合比

4 抗冲耐磨混凝土施工技术

4.1 混凝土浇筑要求

导流洞抗冲耐磨混凝土浇筑应满足《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》(DL/T 5207-2005)及相关规范外，还应满足下列要求：

(1)出机口温度

低温季节(10月-次年3月)出机口温度不低于10℃，其他月份不高于10℃。

(2)浇筑温度

低温季节(10月-次年3月)混凝土浇筑温度6℃～10℃，高温季节(4月-9月)不高于14℃。

(3)平整度

导流洞工程的混凝土浇筑要求表面平整光滑，起伏差不超过10mm，如超过，需磨成“上游坡1∶30、下游坡1∶10、侧面坡1∶3”的斜坡。

4.2 混凝土施工

4.2.1 搅拌

抗冲磨外加剂在施工前按每次拌和需用量称重分装备用，直接以干粉状加入混凝土搅拌机中，但应避免直接加入无料或仅有拌和用水的料筒中。混凝土施工所用原材料的称量误差需满足《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144-2015)要求，总拌和时间不少于180s。混凝土坍落度在保证浇筑施工的情况下尽量采用较小值。根据骨料含水率的大小由试验人员调整用水量、水泥和砂率，使坍落度和和易性满足施工要求，杜绝单纯加水使坍落度大于配合比设计值。

4.2.2 运输和入仓

混凝土拌制好后用罐车运输，运输过程中尽量减少颠簸防止离析；同时应组织快速入仓减少等待卸车时间或者卸料入仓时间，避免多次转料入仓，现场作业面仓位混凝土采用泵送入仓，泵送过程中严禁随意加水稀释；泵管出口下料高度大于1.5m时，采用溜筒或溜槽过渡。卸料时严禁混凝土入仓直接冲击模板，造成模板移位、变形。

4.2.3 混凝土振捣、收面

底板混凝土采用平铺法浇筑，分层厚度40cm，人工使用φ70、φ50振捣器进行振捣，振捣器以手提式软轴振捣器为主，混凝土应随浇随平仓，不得堆积，采用振捣器平仓时，不能以平仓代替振捣。振捣器要插入下层混凝土5cm，快插慢拔，振捣到混凝土不再明显下沉、不冒气泡为止，粗骨料应均匀的分布在砂浆较多处。底板混凝土施工必须保证入仓强度，避免上层覆盖前底层混凝土发生初凝。

底板混凝土浇筑完成后，初凝以前完成抹面、收光工序。在收面过程中和混凝土初凝后12h内混凝土表面不得有外来水进入仓面。

底板收面采用刮轨、人工刮尺(3m长自制的铝合金直尺)精平，抹光机抹面，人工靠尺检查平整度后采用铁抹子二道压实收光。

4.2.4 脱模、养护、成品保护

底板在收面完成后及时在表面铺设塑料薄膜进行保温保湿养护，12h～18h后掀开薄膜洒水养护，上部浇筑无砂混凝土保护。

混凝土达到规范规定的拆模强度后方可进行模板拆除，模板拆除不得野蛮进行，不得猛砸硬撬，损坏已浇筑混凝土。底板混凝土达到一定强度后方可过车，避免损坏已浇底板混凝土。

4.3 温控措施

4.3.1 高温季节温控措施

(1)降低混凝土浇筑温度

①防阳隔热设施：运输混凝土工具有保温被或防雨布等设施，缩短混凝土暴晒时间，控制从出机口到仓面浇筑温度回升(或损失)不超过4℃。

②加强管理，保证交通畅通，加快施工速度：通过加强管理，尽量避免交通堵塞，减少等待卸车时间或者卸料入仓时间，避免多次转料入仓。若混凝土罐车因故需要等待，应尽量安排在洞内等待。

(2)合理安排浇筑工期

①当无法避免在高温季节浇筑时，应尽可能安排在早、晚或夜间施工，冬季施工时尽可能安排在白天温度开始回升的时段进行浇筑。

②高温季节，由于日晒或者车辆自身运行导致车辆温度升高，要对车辆进行降温处理。

③混凝土浇筑工作面温度较高时可通过喷雾降低工作面环境温度，或者在浇筑工作面布置鼓风机或空调机来降低工作面环境温度，减少混凝土浇筑过程中温度倒灌。

(3)加强温度检测

在混凝土浇筑期间，安排专人进行温度监测并做好监测记录。建立骨料温度、环境温度、混凝土出机口温度、入仓温度、浇筑温度、最高温度之间的关系，指导现场采取可行的温控防裂措施。

4.3.2 低温季节温控措施

(1)拌和系统砂石骨料成品堆放场安设保温棚、安设地热管道，并设置锅炉集中为地热管道供水，保证骨料温度满足冬季施工温度要求。

(2)为满足混凝土浇筑温度要求，在拌和站另建设一座锅炉，集中为拌和系统供应热水。浇筑混凝土时提前对水进行加热，拌和混凝土前用热水对拌和机、输送泵管进行冲洗。进入拌和机的水温要求不低于10℃，且不宜超过60℃。超过60℃时，应改变拌和加料顺序，将骨料与水先拌和，然后加入水泥。

(3)混凝土的拌和时间应比常温季节适当延长。

(4)在浇筑过程中，应控制并及时调节混凝土的出机口温度，减少波动，保持浇筑温度均匀。控制方法以调节水温为宜。

(5)拌和站安排专人每天对室外环境温度、拌和用水温度、骨料温度和出机口温度进行监测，并做好纪录，以指导现场拌和。

(6)混凝土可掺引气剂，且其含气量可适当增加。

(7)利用混凝土搅拌罐车进行混凝土运输时，用保温棉被提前对罐车进行包裹保温。

(8)在导流洞口搭设保温门帘封闭，以减少对流，保持洞内温度相对稳定。必要时在导流洞进出口位置安装暖风机或空调对施工仓位的环境加温。

5 质量检测和缺陷修补

5.1 抗冲耐磨混凝土检测结果

叶巴滩左、右岸导流洞全长1.9km，底板浇筑历时9个月，浇筑方量约3.6万余m3，抽检底板抗冲耐磨混凝土共计200次，抗压强度检测成果见表2。

混凝土抗冻、抗渗性能检测共计9次，检测成果见表3。

表2底板抗冲耐磨混凝土抗压强度检测成果

表3底板抗冲耐磨混凝土抗拉、抗冻、

5.2 混凝土质量缺陷修补

经与监理、业主单位进行底板质量缺陷检查，未发现温度裂缝，矮边墙局部部位出现有蜂窝、麻面，根据检查结果和质量要求，对蜂窝、孔洞、麻面≥5mm的深层缺陷，采用环氧砂浆进行补强处理；对麻面(轻微)、气泡≤5mm的薄层缺陷，采用环氧胶泥进行补强处理。

个别仓位底板平整度存在超标的情况，经处理后，表面不平整度满足设计要求并与周边混凝土面平顺衔接。

6 结论

叶巴滩水电站导流洞工程运行期时间长、流速大，对抗冲耐磨混凝土质量要求高。

本工程抗冲耐磨混凝土采用火山灰作为掺和料应用于大型建筑物，通过现场配合比试验、施工过程中抽检检测，保证了抗冲耐磨混凝土各项性能指标满足规范和设计要求，确保了工程的实体质量，限于本工程施工环境的前提下，采用火山灰作为抗冲耐磨混凝土掺和料方案是合适的。为类似工程提供了施工经验和必要的技术支撑。