水利水电枢纽抗冲耐磨混凝土配合及设计

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1、水利水电枢纽抗冲耐磨混凝土配合及设计【摘要】随着我国经济建设的发展，一直以来，高含沙、高速水流对水利水电枢纽过流面混凝土的冲磨破坏是水电工程建设和运行中的疑难问题，而高速含沙水流对过流面的冲刷磨损、空蚀作用而导致混凝土表面剥蚀又历来受到关注。水利工程往往要求在夹砂河道上修建大型泄洪隧道，而泄洪流速又在10-30m/s,含砂量大于100kg/m?的恶劣条件下，水利水电枢纽磨损及空蚀情况非常严重。本文从实际工程情况，阐述了抗冲耐磨混凝土从原材料的选择、施工难点、施工控制、以及施工中遇到的实际情况，并

2、提出一些可供参考的意见和措施。【关键词】水利水电枢纽；抗冲耐磨混凝土；配合;设计1水利水电枢纽抗冲耐磨混凝土配合与设计的现状分析在水电工程泄水、髙速水流区以及水流流态很差的部位，易产生紊流流态，且经常受高速水流夹泥、夹砂、夹石长期反复的冲刷磨损，造成混凝土磨蚀严重及空蚀现象，缩短水利水电枢纽使用寿命，故应采用具有高强及较高抗耐磨特性的混凝土。对水利水电枢纽破坏情况大型调查结果表明：在已建大中型水电工程中有近70%存在冲磨、空蚀破坏。如何提高抗冲耐磨混凝土的抗裂性、抗磨能力，保证抗冲耐磨混凝土的质

3、量，减少因混凝土产生的裂缝和原材料质量引起的耐磨性所花费的修补费用，是必须解决的问题。水利水电枢纽抗冲磨混凝土不同于普通混凝土，它是以抵抗含砂石、高速水流冲磨破坏为目的的特种混凝土。据调查，我国运行中的大坝水利水电枢纽有70%由于高速含砂水流的冲刷磨损和空蚀作用，其间存在不同程度的冲磨破坏问题，它导致建筑物过流面表层大面积剥蚀破坏，甚至有严重的安全隐患。为提高水利水电枢纽混凝土的抗冲磨、空蚀能力，20世纪60,70年代多采用高分子材料护面。但由于其存在与基底混凝土温度适应性不好，容易开裂脱落且有

4、毒性、污染环境、施工不便等缺点，80年代以来国内多家科研单位先后开展了无机胶凝材料类的水利水电枢纽泄水建筑物抗冲磨混凝土研究和应用。2水利水电枢纽抗冲耐磨混凝土配合与设计具体措施2.1水利水电枢纽抗冲耐磨混凝土配合与设计的材料控制(1)水泥在高性能水利水电枢纽抗冲磨混凝土的配置中，水泥是最主要的胶凝材料。它的优质与否直接影响抗冲磨混凝土物理力学性能和耐久性。由于水泥在混凝土中的重要性，要求使用高强度等级水泥，以减少水泥用量。通常高性能水利水电枢纽抗冲磨混凝土应首选纯硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥也可

5、以，水泥标号宜选用42.5级水泥。在配制高强混凝土时，应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。根据前苏联B.H浮克在进行了水泥石及水泥砂浆磨损试验，表明硅酸三钙抗冲磨强度最高，硅酸二钙最差，铝酸三钙和铁铝酸四钙性能接近。由于高强混凝土水泥用量大，应采用低水化热水泥。(1)骨料混凝土中的骨料包括粗骨料和细骨料两种。骨料作为经济的填充料，在混凝土中占体积的70%-80%o骨料的优劣直接影响混凝土的抗冲磨防空蚀强度。工程应用的骨料品种繁多，高性能抗冲磨水利水电枢纽混凝土的髙抗冲磨性能要求骨料与水泥石界面性能

6、良好。骨料的抗冲磨性能髙，使混凝土具有体积的稳定和耐磨性能。所以高性能抗冲磨水利水电枢纽混凝土要求使用优质骨料。砂子质地坚硬、清洁干净、级配较好的中、粗砂抗冲耐磨较好。水利水电科学院试验表明，砂子的细度模数从2.31减小到1.26抗冲耐磨降低两倍。天然砂表面光滑呈圆形，用作细集料，混凝土中需水量减少,因此高强混凝土优先采用天然砂。而粗骨料的选用上应选用岩石力学性能较好的石作为骨料。理想的粗集料是干净、多棱角、针片状最少。由于骨料混杂了软弱颗粒，使混凝土产生了两种破坏：一是骨料本身的破坏；二是沿骨

7、料和砂浆结合面破坏。集料的颗粒大小和形状影响界面粘结力，因此碎石混凝土的强度比砾石混凝土的强度高。高强混凝土更应选择强度高的骨料。最大粒径应控制在40毫米以内。(2)外加剂对于高性能抗冲磨防空蚀混凝土要求有高的强度、好的抗渗性和稳定的体积。满足这些性能不能只靠增加水泥用量提高强度，应掺用高效减水剂降低水灰比，减少用水量，改善和易性提高混凝土的抗磨蚀能力。普通减水剂的减水率在5-8%o不适用配制高强混凝土，而高效减水剂减水率在15-25%以上，可以较大范围调整用水量。参加高效减水剂对混凝土有早强和

8、增强作用。引气会降低强度特别是高强混凝土每引气1%,强度降低5-7%o只有耐久性要求时才使用引气剂。(1)硅粉由于硅粉颗粒很细，可以填充水泥石中的粗孔隙，能明显提高抗磨蚀能力，在抗冲磨混凝土中优先采用硅粉活性细掺料。由于硅粉平均粒径0.1微米，具有极大的比表面积，及填充性和火山灰活性作用，大大提高了混凝土的各种性能。使混凝土结构紧密，大大的减少了结构内部的细微裂隙和气泡。掺入硅粉可提高抗耐磨和抗气蚀性，有关资料报道可提高耐磨性3倍、气蚀性4倍。(2)粉煤灰粉煤灰的掺用可以节省水泥用量，更能改善混