HF高強(qiáng)耐磨粉煤灰混凝土的應(yīng)用

1、HF高強(qiáng)耐磨粉煤灰混凝土的應(yīng)用王連光摘要水工建筑物的溢 流面高速水流區(qū)混凝土,以往較多采用外摻硅粉以提高其抗沖耐磨性能。根據(jù)工程實(shí)踐,就HF 新型外加劑在大河口水電站溢流面的應(yīng)用進(jìn)行了初步探討。關(guān)鍵詞HF高強(qiáng)耐磨粉煤灰混凝土高速水流區(qū)大河口空腹重力壩 新型外加劑大河口水電站位于重慶市酉陽(yáng)縣境內(nèi)的阿蓬江干流上,是阿蓬江流域開發(fā)的第八個(gè)梯級(jí)水電 站。大壩結(jié)構(gòu)為空腹重力壩,最大壩高85 m,壩頂高程394.0 m,壩頂全長(zhǎng)149.0 m。裝機(jī)容量 為32.5萬(wàn) kW機(jī)組,共7.5萬(wàn) kW。總庫(kù)容1.15億 m3。設(shè)5孔開敞式溢洪道,其前緣寬度11 m,溢流面前緣長(zhǎng)度86 m,溢流面混凝土總部計(jì)11

2、000 m3。1溢洪道基本情況1.1洪水標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)工程規(guī)模和規(guī)范要求,結(jié)合阿蓬江流域洪水資料。大河口水電站洪水標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇洪 水設(shè)計(jì),500年一遇洪水校核,相應(yīng)洪水流量見表1。表1洪水頻率及相應(yīng)流量表洪水頻率P/%流量Q/m3s-120.28 47012 8001.2溢流面情況 大壩設(shè)5孔溢洪道,每孔前緣寬度為11m。堰頂為WES曲線,高程為370.0m。為使水流在橫向、縱向擴(kuò)散,鼻坎出口采用不同高程、不同挑角的差動(dòng)挑坎,使水流沿縱向分成三片 。每孔采用平面擴(kuò)散的結(jié)構(gòu)型式,使水流橫向擴(kuò)散,邊孔采用貼角異形鼻坎。中孔鼻坎高程為343.80m,挑角8.42;兩側(cè)孔鼻坎頂高程為344.80m,挑角

3、12.06;兩個(gè)邊孔處另加曲面貼 角,最高處高程為347.20m,挑角16;最低處高程為344.8m。校核洪水位在392.47m時(shí),最大單寬流量為230.6m3/s,最大流速為27.85 m/s。溢流堰泄流量及流量系數(shù)見表2。表2溢流堰泄流量及流量系數(shù)表運(yùn)行工況泄流量Q/ m3.s-1庫(kù)水位/m堰頂水頭/m綜合流量系數(shù)m綜全開1號(hào)5號(hào)孔閘門,不發(fā)電時(shí)關(guān)沖沙孔12 800392.47222.3760.481 110 520390.04820.0480.481 08 397387.43217.4320.464 06 570385.00015.0000.453 34 445381.85011.850

4、0.447 32硅粉混凝土與HF粉煤灰混凝土 2.1硅粉混凝土水工建筑物的溢流面高速水流區(qū)混凝土,較多采用的是外摻硅粉混凝土。硅粉是在冶煉硅鐵 合金或工業(yè)硅時(shí),通過煙道排出的硅蒸氣經(jīng)收塵裝置收集而得的粉塵。硅粉的顆粒極細(xì),主要 成份是SiO2,將其摻入混凝土,具有優(yōu)異的火山灰效應(yīng)和微粒效應(yīng),能改善新拌混凝土的泌 水和粘聚性,增加混凝土的強(qiáng)度,提高混凝土的抗?jié)B、抗沖磨、抗空蝕等性能。2.2HF粉煤灰混凝土摻加粉煤灰能夠減少混凝土中的空隙,可以明顯提高混凝土的強(qiáng)度。粉煤灰能改善拌合料的 工作度,這與其球形玻璃體的光滑表面形狀有關(guān),因而能減少混凝土拌合料的用水量,減少泌 水和離析現(xiàn)象。混凝土摻入粉煤

5、灰后,具有火山灰活性的粉煤灰可與Ca(OH)2反應(yīng),使膠凝 物中的Ca(OH)2減少。配制高強(qiáng)混凝土的粉煤灰摻量一般為水泥重量的15%30%。在粉煤 灰混凝土內(nèi)摻HF外加劑,可顯著減少混凝土的用水量,提高混凝土強(qiáng)度;可激發(fā)粉煤灰活性,使 摻粉煤灰混凝土的水化速度加快,并可使水化產(chǎn)物致密堅(jiān)硬,抗沖耐磨性能提高;具有減少高 強(qiáng)混凝土坍落度損失的作用,使混凝土坍落度在12 h內(nèi)損失減小,有利于施工。2.3HF外加劑由甘肅省電力試驗(yàn)研究所生產(chǎn)的HF型外加劑,是幾種外加劑的復(fù)合劑。主要成份為:(1)減水劑其作用是顯著減少混凝土(砂漿)水灰比,增大砂漿(混凝土)的強(qiáng)度及稠度,從而 使坍落度損失很少。(2)

6、粉煤灰強(qiáng)度激發(fā)劑激發(fā)粉煤灰的火山灰活性,提高粉煤灰與水泥水化物的反應(yīng)速度,以 及粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度。(3)載體流化劑增大混凝土的流動(dòng)性,并在12 h內(nèi)使混凝土的坍落度不變或變化很小,即 使混凝土坍落度損失減少。(4)緩凝劑起緩凝作用并減小高強(qiáng)混凝土的坍落度損失。使混凝土初凝時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng),對(duì)初 凝后的混凝土強(qiáng)度沒有影響。(5)混凝土膨脹劑利用其在水化過程中產(chǎn)生的微膨脹性,以補(bǔ)償高強(qiáng)混凝土(砂漿)的干縮性 。3HF高強(qiáng)耐磨粉煤灰混凝土配合比3.1設(shè)計(jì)要求混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為R90300號(hào),R28250號(hào),強(qiáng)度保證率P=85%,Cv=0.15,抗?jié)B標(biāo)號(hào)S6,抗凍標(biāo)號(hào)D50,最大水灰比0.5,標(biāo)準(zhǔn)圓錐

7、塌落度57 cm。要求粉煤灰摻量小于或等于30%。混凝土含氣量不大于3%,骨料級(jí)配為三級(jí)配,粗骨料最大粒徑為80 mm。3.2原材料3.2.1水泥采用黔江525號(hào)及小南海525號(hào)硅酸鹽水泥,其物理力學(xué)指標(biāo)見表3:表3水泥性能化驗(yàn)結(jié)果表/MPa水 泥 品 種安定性初凝/終凝抗折強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度3 d28 d3 d28 d黔江525號(hào)硅酸鹽水泥合格201h/301h4.768.025.148.1小南海525號(hào)硅酸 鹽水泥合格5.067.4728.150.92GB175-92規(guī)范判定合 格45 min /10 h4.07.02252.5 兩種水泥的抗折強(qiáng)度及早期抗壓強(qiáng)度均可滿足規(guī)范GB175-92的要求

8、。28 d抗壓強(qiáng)度均低 于規(guī)范要求。在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí),我們采取降低標(biāo)號(hào)使用的方法解決了這一問題。3.2.2粉煤灰使用重慶電廠粉煤灰性能見表4,摻量15%。由表4可見,粉煤灰等級(jí)為級(jí)灰。 表4粉煤灰性能表煤灰品種比重?zé)?%含 水率/%細(xì)度(45m篩余)SO3需水量比28 d強(qiáng)度比重慶粉煤灰2.436.330.2121.80.5510478.253.2.3骨料采用大河口人工砂石料,砂子細(xì)度模數(shù)FM=2.54,其中石粉含量14.3%。砂子 飽和面干吸水率為1.23%,砂子篩分結(jié)果見表5。粗骨料采用三級(jí)配(532),最大粒徑80 mm 。 表5砂子篩分結(jié)果表篩孔尺寸/mm52.51.20.60.30.

9、150.15分計(jì)篩分/%2.1916.2310.8720.5425.8510.0114.3累計(jì)篩分/%2.1918.4229.2949.8375.6985. 7100注:使用阿蓬江河流的天然水。3.3使用配合比根據(jù)甘肅省電力試驗(yàn)研究所的系列試驗(yàn)資料得知:大河口水電站溢流面混凝土配合比見表6, 混凝土坍落度68 cm。表6大河口溢流面混凝土配合比表名稱水泥粉煤灰水HF外加劑砂石材料用量/kgm-3180261004.126221 560配合比10.1440.5560.022 93.468.7根據(jù)原電力工業(yè)部成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院的硅粉配合比試驗(yàn)報(bào)告,硅粉混凝土R90300號(hào)(水泥用量282 kg/m

10、3,硅粉摻量15 kg/m3)。從表6中可以看出,每m3混 凝土減少水泥用量102 kg。 4施工及質(zhì)量控制4.1施工1997年,大河口工程最關(guān)鍵的問題是安全渡汛,電站按50年一遇洪水,流量8 470 m3/s進(jìn)行 設(shè)防。溢流面混凝土于1997年初開始澆筑,至當(dāng)年4月底,從左至右完成了1號(hào)4號(hào)孔的堰頂 部分、4號(hào)和5號(hào)孔的挑流鼻坎段混凝土。5號(hào)孔堰頂升至365.7 m高程,留下堰頂部進(jìn)行泄洪 。該段時(shí)間內(nèi)共澆HF粉煤灰混凝土3 600 m3。HF外加劑以干粉狀與水泥或粉煤灰一起加入拌和筒中或直接投入拌和筒的干料中,但應(yīng)避免 直接加入無(wú)料或僅有拌合用水的料筒中。進(jìn)料按粗細(xì)骨料水泥粉煤灰(HF外加

11、劑劑) 順序投料,拌勻后加水?dāng)嚢琛０韬蜁r(shí)間比普通混凝土延長(zhǎng)90 s或總拌和時(shí)間不得少于180 s。 待混凝土終凝后開始灑水養(yǎng)護(hù)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試該種混凝土和易性好。該種混凝土由于水泥用量少 (525號(hào)水泥180 kg/m3),因此,不需要采取特別的溫控措施。根據(jù)有關(guān)資料研究,用粉煤灰 替代20%的水泥,7 d內(nèi)的水化熱可下降11%;替代30%的水泥時(shí)水化熱可下降25%。在施工中所采用的本地水泥為立窯生產(chǎn),質(zhì)量不穩(wěn)定。因此,我們?cè)谑褂脮r(shí),根據(jù)廠家的化驗(yàn) 報(bào)告和工地得到的3 d強(qiáng)度的分析,對(duì)達(dá)不到525號(hào)標(biāo)號(hào)的水泥,采取降低標(biāo)號(hào),按485號(hào)水泥使 用的措施。4.2質(zhì)量已澆筑的控制溢流面混凝土未發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)

12、象。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),該種混凝土和易性好,溢流面的 施工抹面容易。已澆筑的混凝土成果見表7。表7HF粉煤灰混凝土成果表設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)齡期/dn強(qiáng)度MPan-1CVP合/%P保/%minmaxxR90300號(hào)902530.462.146.37.670.16610098.3從表7中可以看出,混凝土各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求,只有CV值稍偏大。據(jù)分析, 可能是由于本地區(qū)水泥為立窯生產(chǎn),質(zhì)量波動(dòng)大所致。目前,貴陽(yáng)中心實(shí)驗(yàn)室正在做抗凍和抗 滲成果分析。1997年7月16日,水庫(kù)入庫(kù)洪水量為6 000 m3/s,在庫(kù)水位達(dá)383 m的洪水襲擊下,5 號(hào)孔在17.3 m水頭的沖刷下,挑流鼻坎混凝土未受破壞,其余堰頂及4號(hào)挑流鼻坎段混