抗冲磨混凝土在新疆阿尔塔什水利枢纽工程中的应用研究

代兴艳，王晓军，秦 猛

（中国葛洲坝集团第三工程有限公司，陕西 西安710065）

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽工程，位于喀什地区莎车县和克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县交界处，是叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程，主要由拦河坝、泄水建筑物、发电引水系统、电站厂房、生态基流放水洞等组成，规划水库正常蓄水位1 820 m，最大坝高164.8 m，水库总库容22.49亿m3，电站总装机容量755 MW，设计年发电量22.6亿kW·h，是目前新疆最大的水利工程。因在设计、施工等方面面临诸多技术难题，被称为“新疆的三峡工程”[1]。

2 抗冲磨混凝土

抗冲磨混凝土，通常用于大坝、泄水建筑物及排沙孔等的抗冲磨部位，这些部位一般水流速度很大，混凝土受到的冲刷作用较大，磨损严重，给工程的正常运行造成极大的负面影响[2]。因此，阿尔塔什水利枢纽工程的水工建筑物必须具备强大的抗冲磨能力。

2.1 提高抗冲磨性能途径

我国利用硅粉混凝土、纤维混凝土以及粉煤灰混凝土等，作为抗冲磨混凝土，取得了良好的效果。典型的有三峡工程泄洪深孔、葛洲坝水利枢纽二江泄水闸、江西大港水电站等[3-7]。目前，国内外提高水工混凝土抗冲磨性能的主要采用以下途径[2]：

一是尽量选择较高强度等级的水泥。因为相同条件下，混凝土的抗冲磨性能与强度，均随水泥强度等级的提高而提高。二是尽可能选取质地坚硬耐磨的骨料。骨料性能的好坏，对抗冲磨性能有很大的影响。三是优选合适的矿物掺合料。如硅灰、粉煤灰及矿粉等，以增强混凝土的密实性，提高混凝土的强度，从而提高混凝土的抗冲磨性能。四是选择合适的外加剂。如抗冲磨剂、聚羧酸减水剂及其他改性剂。五是掺加钢纤维、聚丙烯纤维等纤维。

2.2 检测方法

抗冲磨混凝土的检测方法，我国《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）和《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》（DL/T 5207-2005）规定，采用水下钢球法、风砂枪法及圆环法，评价混凝土的抗冲磨性能。

3 抗冲磨混凝土研制试验

基于上述规范、经验与做法，本工程采用掺加高性能复合型混凝土改性剂技术，研制抗冲磨混凝土；通过水下钢球法测定现场混凝土的抗冲磨强度，以评判抗冲磨混凝土的抗冲磨性能是否符合工程要求。

3.1 原材料

水泥：克州青松水泥有限责任公司生产的P.O.42.5水泥，比表面积358 m2/kg，标准稠度用水量26.4%，3 d和28 d抗压强度分别为28.8 MPa和48.7 MPa。

细骨料：新疆阿尔塔什C3料场河砂，细度模数2.6，表观密度为2 690 kg/m3，石粉含量14.1%，坚固性5%，硫化物及硫酸盐含量0.2%，14 d膨胀率0.25%。

粗骨料：新疆阿尔塔什C3料场5～20 mm、20～40 mm碎石，表观密度2 700 kg/m3，坚固性1%，针片状含量分别为10%、5%，含泥量分别为0.8%、0.4%；14 d膨胀率均为0.21%。粗细骨料均存在碱活性潜在危害。

粉煤灰：新疆华电喀什二期发电有限责任公司的II级粉煤灰，细度19.2%，烧失量4.5%，需水量比102%，含水量0.4%。

外加剂：北京首领科技发展有限公司生产的XJA/B型高性能复合型混凝土改性剂，由液体组分A和粉体组分B组成。液体组分XJ-A的减水率为29%，含气量4.2%，28 d抗压强度比156%。粉体组分XJ-B的含水量0.1%，氯离子含量0.05%，比表面积920 m2/kg。

3.2 配合比

参考《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）建议的水工混凝土配合比设计方法，设计抗冲磨混凝土的配合比，通过大量试配试验，确定了抗冲磨混凝土的最优配合比，见表1。

表1高性能混凝土配合比

3.3 试验方法

3.3.1 工作性能试验

采用坍落度和扩展度，评定抗冲磨混凝土的工作性能。按《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）中3.2混凝土拌合物坍落度试验规定的方法进行。

3.3.2 抗压强度试验

采用立方体抗压强度，评定抗冲磨混凝土的强度等级。按《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）中4.2混凝土立方体抗压强度试验规定的方法进行。试件尺寸采用100 mm×100 mm×100 mm。

3.3.3 抗冲磨性试验

采用抗冲磨强度评定抗冲磨混凝土的抗冲磨性能。按《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）中4.20混凝土抗冲磨试验（水下钢球法）进行。混凝土抗冲磨指标，用抗冲磨强度Ra表示，按公式（1）计算：

式中：Ra——抗冲磨强度，即单位面积上被磨损单位质量所需的时间，h/（kg/m2）；

T——试验累计时间，h；

A——试件受冲磨面积，m2；

MT——经过T时段冲磨后，试件损失的累计质量，kg。

4 结果与分析

4.1 工作性能与抗压强度

抗冲磨混凝土的工作性能和抗压强度，试验结果见表2。结果表明：混凝土的坍落度达到200 mm以上，能够满足现场泵送的要求。此外，编号1 240和1 150的混凝土28 d强度分别达到了58.2 MPa和63.8 MPa，根据《混凝土强度检验评定标准》（GB/T 50107-2010）的有关规定，可以判定所配制的抗冲磨混凝土强度等级，符合C40和C50的设计要求。

表2混凝土工作性能和抗压强度试验结果

4.2 抗冲磨强度

混凝土抗冲磨性能的试验结果见表3，表明混凝土的抗冲磨强度实测值明显高于设计值，抗冲磨性能满足设计要求。和常规的水工抗冲磨混凝土相比，通过掺入高性能复合型混凝土改性剂，不仅可以减少部分水泥胶凝材料的掺量，同时还可以明显提高混凝土的抗冲磨强度。

表3混凝土抗冲磨试验结果

4.3 工程应用

试验制备的抗冲磨混凝土的工作性能、强度和抗冲磨性能均满足设计要求，所配制的抗冲磨混凝土C50，已在阿尔塔什水利枢纽工程的泄水孔部位进行了验证性试验，各项技术性能均符合相关的设计规范要求。

5 结论

针对新疆阿尔塔什水利枢纽工程泄水建筑物的工程技术要求，通过采用掺加高性能复合型混凝土改性剂的工艺技术，在前期大量的配合比优化试验的基础上，获得了适合该工程施工并满足高耐冲磨要求的C40和C50混凝土配合比，通过检测及现场论证，这种高性能复合型混凝土改性剂不仅可优化混凝土的工作性能，同时可明显提高抗冲磨混凝土的抗冲磨能力。可在类似的水利工程推广应用。