水工抗冲磨防空蚀混凝土关键技术分析探讨

蒋准彪

摘    要：很多水工工程在经过长期使用后都会出现不同程度的空蚀磨损现象，对水工建筑整体结构的安全性和稳固性产生了较大的威胁，因此必须加强对抗磨蚀混凝土关键技术的研究，同时要结合水工建筑的实际情况积极采取设置掺气减蚀设施、合理选择护面材料、严格控制混凝土浇注施工技术工艺等方式来全面提高水工工程的施工质量，确保水工工程运行安全。

关键词：水工;抗冲磨防空蚀;混凝土;关键技术

1  前言

随着我国社会经济的发展，近年来水工工程的建设规模和项目数量不断增加，对水工建筑的施工技术提出了更高的要求。通过总结建成投入使用的水工建筑的施工实践发现，溢洪道、泄洪洞和消力池等水工建筑在运行一段时间后，其泄水消能护面的抗磨蚀混凝土往往会在高速水流的冲磨作用下出现空蚀等损坏现象，严重影响了水工建筑的运行安全以及其各项功能的正常發挥。因此要高度重视这一问题，并要结合实践经验加大对水工抗冲磨防空蚀混凝土关键技术的研究力度，全面提高水工建筑的质量和使用寿命。

2  破坏水工抗冲磨防空蚀混凝土的主要原因分析

当水工建筑的混凝土表面存在障碍物以及平整度较差时，高速水流就会对抗冲磨防空蚀混凝土产生破坏作用，并导致其出现不同程度的空蚀损害，影响水工建筑整体结构的安全性和稳固性。同时如果在水工建筑的施工过程中存在模板接缝不平、定线测量误差明显、混凝土表面有突起残留以及抹面施工质量较差等问题时，都会造成过流表面的平整度较低，进而在局部边界出现分离现象，这会导致漩涡的形成并加大出现空蚀破坏的几率。此外，在抗冲磨混凝土的浇捣养护施工中如果出现多次浇注且间隔时间不合理等问题时，也会产生裂缝以及脱空的情况，此时抗冲磨混凝土在受到高速水流的冲磨作用下就会出现严重的破损。

3  水工抗冲磨防空蚀混凝土关键技术

3.1  采用掺气减蚀技术

防止水工抗冲磨混凝土出现空蚀问题的关键技术之一就是采用高速水流掺气技术，这项技术在国内外水工建筑中已经得到了广泛的应用。通过总结实践经验发现，在水流流速超过30m/s时，水工抗冲磨混凝土出现空蚀问题的几率较高。而随着我国水利工程项目建设规模的不断扩大，由高速水利造成的空蚀空化、掺气以及其他破坏问题日益突出，因此必须加强对掺气减蚀技术的研究。掺气减蚀技术主要是通过在高速水流边界采取强迫掺气技术，促使水流从底部紊流边界逐步向自由表面掺气后改变其物理特性，从而达到减免空蚀破坏的目的。目前在我国的多项水利工程建设中都已经采用了这一技术方法，并形成较为完善的技术规范。力图在水工隧洞的施工中应将掺气水面上方净空余幅控制在15%到25%隧洞面积范围内，而对于较长水工隧洞还应采取必要的补气措施，以确保水工泄洪建筑的安全运行。

3.2  合理控制抗冲磨防空蚀混凝土龄期

在水工建筑的建设中，应严格按照抗冲磨混凝土的相关技术规范要求并结合工程区域的含沙量以及流速等参数确定混凝土的强度，同时还应开展现场试验进一步提高抗冲磨混凝土强度以及龄期选择的合理性。由于混凝土龄期对抗冲磨混凝土胡呢料中胶凝材料以及各种掺入料的用量有较大的应用，同时还与抗冲磨混凝土的防裂能力密切相关，因此一般在水工建筑中应将抗冲磨混凝土龄期控制在90d左右。通过对实践经验的总结发现，在坍落度强度以及级配相同的条件下，90d龄期的抗冲磨混凝土的胶凝材料用量比28d龄期明显降低，且其强度增长也达到了28d的1.2倍～1.25倍左右。

3.3  积极采用新型抗冲磨防空蚀混凝土技术

（1）采用复合材料混凝土技术。随着我国水工建筑施工技术以及材料科学的不断进步，各种抗冲磨混凝土材料被陆续研发应用，高强混凝土被作为解决水工建筑混凝土抗冲磨防空蚀问题的重要技术方法之一。同时，在传统高强混凝土的基础上，还进一步发展出了多元复合型的新型抗冲磨混凝土材料。多元复合材料混凝土的强度等级通常能够达到C40大C60左右，且其材料成分更加多元化，通过掺入纤维、粉煤灰、铁矿石骨料、硅粉以及矿渣等复合型多元成分有效提高了抗冲磨混凝土的防裂性能、强度以及耐磨能力，从而成为了解决水工抗冲磨混凝土出现空蚀缺陷的关键技术。目前在水工建筑中使用的多元复合型混凝土主要为硅粉粉体类。该类型抗冲磨混凝土具有较好的耐磨性能和较高的强度，同时随着聚羧酸减水剂、纤维的掺入使用以及对硅粉掺量的优化控制，进一步提高了其抗冲磨防空蚀性能，不过目前仍存在收缩裂缝控制以及抹面处理难度较高等问题。

（2）采用HF混凝土技术。所谓HF混凝土阿就是在混凝土混合料中掺入双掺粉、多元粉体等掺合料、优质煤灰以及HF外加剂的混凝土类型，同时HF混凝土对于水泥以及砂石骨料也就其特殊的要求，这使得HF混凝土具有水化热温升幅度和干缩性比较小的特点，而且其在抗裂性以及防空蚀耐冲磨性能等方面的优势也比较突出，施工技术工艺也相对简单，因此HF混凝土在水工建筑中被广泛应用，并取得了较为理想的护面效果。这主要是由于应用HF混凝土有效解决了抗冲磨混凝土材料的自身缺陷问题，在应用HF混凝土进行水工建筑护面施工时，能够明显提高护面的流线形以及平整度度，客观上降低了高速水流对混凝土护面的冲磨作用，从而达到了防止空蚀破坏出现的目的。

3.4  混凝土浇注施工关键技术分析

（1）采用同步浇注基层混凝土技术提高层间结合紧密度。与传统的在基层混凝土浇注完成后再浇注抗冲磨混凝土的施工方式相比采用，同步浇注基层和水工建筑边墙以及泄槽等竖立面抗冲磨混凝土的技术工艺能够有效有效避免不同混凝土由于弹性模量、变形以及应力等差异而产生的脱空等问题，从而达到提高层间结合的紧密度、避免层间脱开的目的。

（2）合理选择混凝土浇注施工方式。在抗冲磨混凝土的浇注施工时可以按照常态混凝土来进行施工技术工艺的选择，将混凝土坍落度控制在5cm～7cm左右，这样可以减少水泥以及水的用量，有效避免出现温度裂缝。

（3）混凝土振捣收面施工技术要点。在振捣施工时应合理选择振捣设备，并准确控制振动力以及振动幅度，以确保混凝土密实度能够达到设计标准。同时应采取人工刮轨方式来进行收面作业。收面时应准确判断混凝土的初凝时间，并严禁在混凝土表面采取撒水泥以及洒水等作业方法。

（4）抗冲磨防空蚀混凝土养护施工技术要点。完成抗冲磨的浇捣收面施工后，施工人员应及时采取养护措施。在混凝土表面终凝前应通过喷雾以及喷洒养护剂等方法来保持其表面的湿润度。而在混凝土表面完成终凝后，则应在具备边界条件是采用覆盖养护材料的方式进行养护管理。在养护抗冲磨混凝土竖立面时，则应在拆除模板后通过喷淋以及覆盖等方面来保持竖立面的湿润度，避免抗冲磨混凝土表面出现裂缝等问题。

4  总结

在高速水流的长期冲磨作用下，水工建筑的护面混凝土往往会出现空蚀等问题，严重威胁了水工建筑的运行安全，同时也对水工建筑各项使用功能的正常发挥产生了不利的影响。因此应加强对水工抗冲磨防空蚀混凝土关键技术的研究，并不断总结实践经验，通过设置掺气减蚀设施，科学选择抗冲磨混凝土龄期和抗磨蚀混凝土材料、准确掌握混凝土的浇捣、收面以及养护等关键技术，全面提高水工建筑的施工质量。

参考文献：

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