西北干燥地区水工抗冲磨混凝土试验研究.doc

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1、西北干燥地区水工抗冲磨混凝土试验研究胡宏峡（中国水利水电第四工程局勘测设计研究院，西宁，810007）【关键词】水工抗冲磨混凝土干缩开裂时间裂缝宽度试验研究1•刖§西北地区一些大中型水电工程一般水头高、坝体也高，泄水道内水的流速很大，高速水流对溢流面混凝土的冲蚀破坏危害性也很大，往往采用水工抗冲磨混凝土。目前抗冲蘑混凝土大多釆用较低的水胶比和掺加硅粉方法來配制，大幅度提高了硬化混凝止的力学性能和抗冲磨强度，但对混凝土的体积稳定性缺乏研究，在各大工程实践中强度等级较高的混凝土收缩和开裂问题显得比较

2、突出。尤英对于西北地区，自然条件十分恶劣，气候寒冷、干燥、多风、年温差和日温差很大，低水胶比的水工抗冲磨混凝土在收缩和开裂问题上就显得更为突出。对己建工程的调查研究，结果表明大多数泄水建筑物工程溢流面抗冲蚀层混凝土存在比较严重的耐久安全性问题。然而在西北高寒干燥地区水工抗冲蘑混凝土结构耐久安全性仍是一个至今尚未解决的问题。随着国家西部大开发战略的实施，在西北地区，特别是黄河上游等一系列大屮型水电工程的进一步开发启动，这些工程建设必然会用到抗冲蘑混凝土，并且对混凝土的耐久性和安全性提出了更高的要求

3、。因此，研究和使用适应于高寒干燥地区具有高抗冲磨强度、高抗裂性的混凝土材料进行西部重点工程的建设，是目前迫切需要解决的问题。对于已经发生开裂损坏，出现缺陷的抗冲磨混凝土，采用各种先进的混凝土材料和相关的技术予以修复，以恢复其使用功能，延长使1用寿命，也是需要解决的问题。本次试验研究依托于刘家峡水电站沈河口排砂洞工程，针对抗冲磨混凝土设计要求和施工要求的特点进行试验策划和设计。由于篇幅问题，文章主要介绍对常态混凝土研究的有关内容。2.原材料选用根据提供的资料，刘家峡沈河口排沙洞工程位于刘家峡水电站

4、左岸,增建的主耍冃的是解决洸河泥沙淤积对刘家峡大坝安全运行带来的严重危害和对大坝安全渡汛构成严重的威胁及电站机组磨损等问题。排砂洞洞长1486.438m,设计排砂流量600m3/s,最大泄量859.47m3/s(校核洪水位)。根据设计施工要求：排砂洞抗冲磨混凝土有常态和泵送两种，设计龄期均为28天，强度等级为C40和C50,强度保证率均为95%,要求极限拉伸值不小于1.20X10-4；混凝土抗冻等级为F100-F200不等，抗渗等级W6-W10不等。针对设计要求和施工要求，抗冲磨混凝土原材料选用

5、情况如下：水泥：甘肃永登水泥厂生产的祁连山牌42.5级中热硅酸盐水泥；粉煤灰：兰州西固电厂生产的I级粉煤灰；硅粉：甘肃兰州西北铁合金厂生产的微硅粉；骨料：采用红柳台料场天然粗细骨料，粗骨料最优级配小石:中石=35:65；外加剂：浙江五龙化工股份有限公司生产的ZWL-PC(I)聚竣酸高性能减水剂、西宁市喜信混凝土外加剂冇限公司生产的RT-1蔡系高效减水剂和河北石家庄外加剂厂生产的DH9引气剂；纤维：格雷斯公司生产的GRACE束状单丝聚丙烯抗裂纤维，骨料采用刘家峡红柳台料场的天然粗细骨料；减缩剂：釆

6、用格雷斯公司生产的GRACEEclipse.经检验，以上各种材料的品质指标均满足冇关的规范要求。2.研究方法采用试验研究的方法。混凝土拌合物性能、力学性能、抗冻性、抗渗性、变形性能和抗冲磨性能试验方法依据《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001o混凝土圆环开裂试验的装置和方法如下:试验装置屮起约束作用的圆环内径尺寸275mm,外径尺寸为305mm,混凝土环内径尺寸305mm,外径尺寸为375mm,环高均为140mm,混凝土环的壁厚为35mm。成型混凝土环时剔出5mm以上的粗骨料，成型后的

7、混凝土养护24小时拆除外模，在混凝土环的上表面涂上一层水玻璃，防止水分蒸发，然后在室温为20oC±loC,湿度为60%±5%的环境屮养护。钢环外部的混凝土在收缩时受到钢环的约束，在混凝土环开裂之前每12小吋用显微镜观察一次，看混凝土环是否开裂，记录开裂时间（从拆除外模时算起），开裂后，定期观测混凝土环的最大裂缝宽度。23.研究内容及结果4.1聚丙烯纤维对抗冲磨混凝土性能影响根据纤维阻裂理论：在抗冲磨混凝土中掺入聚丙烯纤维以降低混凝土微裂缝尖端的应力集中，阻止或减少混凝土在干缩过程中因拉应力引起裂

8、缝的发生和扩张，从宏观上起到减少混凝土早期裂缝的发生发展，延缓混凝土开裂的时间，减小混凝土裂缝宽度等作用。所以，采用抗裂阻裂性能优良的聚丙烯纤维是改善抗冲蚀层混凝土抗裂性能的关键。为了研究聚丙烯纤维掺入混凝土后对混凝土抗裂性能改善或影响的效果，进行了掺聚丙烯纤维混凝土力学性能对比试验和圆环开裂对比试验。力学性能试验采用的配合比参数及试验结果分别见表1、表2,其中编号TX・O为基准混凝土，TXJ为掺聚丙烯纤维混凝土，混凝土裂缝宽度随龄期发展变化趋势见图1,混凝土圆环开裂情况对比照片见图2。从拌合物