苏丹阿特巴拉水电站高强薄层抗冲耐磨混凝土施工
时间：2020-12-10 04:39:52 来源：达达文档网 本文已影响 人 
王勇
【摘 要】论文从高标号混凝土配合比设计、控制裂缝措施、浇筑施工技术等方面进行反复研究和实践，通过在混凝土中掺加硅粉和聚丙烯纤维，降低混凝土入仓温度，泵送入仓浇筑以及覆盖养护等施工技术，有效控制了高强度薄层抗冲耐磨混凝土表面裂缝。
【Abstract】This paper studies and practices the mix proportion design of high grade concrete， crack control measures， pouring construction technology and so on. By adding silica fume and polypropylene fiber into concrete， the temperature of concrete entering the silo is reduced， the surface cracks of high-strength， thin-layer anti-scour and wear-resistant concrete are effectively controlled by the construction techniques such as pump pouring into the silo and covering maintenance.
【關键词】水电站;抗冲耐磨;混凝土施工
【Keywords】hydropower station; anti-scour and wear-resistant; concrete construction
【中图分类号】TV544 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）11-0190-04
1 引言
随着国内外兴建的水利水电工程不断向含泥沙量较大的水域推进，在高速水流区域不断发现混凝土冲蚀破坏现象，在高速水流区域采用高强薄层抗冲磨混凝土技术越来越常用。另外，国内混凝土结构设计规范（GB 50010—2002）最高强度等级为C80，国内高强混凝土应用也多为C60～C80级，而C80级以上的混凝土研究应用较少，尤其是在水工建筑物中作为大面积抗冲磨混凝土的应用更少。立足于苏丹阿特巴拉项目C85薄层抗冲耐磨混凝土研究与应用，从高标号混凝土配合比设计、控制裂缝措施、浇筑施工技术等方面反复研究和实践，采用混凝土中掺加硅粉、聚丙烯纤维和相应浇筑施工技术，最终形成成熟的施工工艺。
2 施工工艺特点
①通过掺加聚丙烯纤维，改善高强混凝土容易开裂的问题，增加混凝土的韧性、抗疲劳性，提高混凝土的抗冲耐磨性。
②通过采用硅粉、聚丙烯纤维、粉煤灰及减水剂应对骨料抗压强度相对较低，吸水率高，磨耗率大，实现低品质骨料配置高强混凝土。
③采用正交试验验证高强混凝土强度影响的关键因数。
④采用浆体硅粉、合理投料、精准拌合、泵送工艺，以及动态掺加混凝土剂、降低混凝土入仓温度、土工布及时覆盖饱和水养护等综合措施，确保高温、大温差、干燥大风环境下高强混凝土顺利施工。
⑤采用现场试验块验证配合比和浇筑施工工艺，采用翻模施工技术对溢流面等部位施工。
3 适用范围
适用于高强混凝土施工，特别适用于含泥沙量较大的冲刷侵蚀较大的区域混凝土施工，可广泛应用于桥梁工程、房建工程、港口海洋工程、地下工程、水利工程等各个土建工程领域。
4 工艺原理
通过高强混凝土容易表面开裂、区域混凝土骨料条件不良、配制高标号混凝土困难的特性，采用掺加硅粉和聚丙烯纤维以及采用降低混凝土入仓温度、土工布及时覆盖饱和水养护、泵送工艺浇筑混凝土强度达标、表面裂缝合格的高强薄层抗冲磨混凝土。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
施工工艺流程如图1所示。
5.2 操作要点
5.2.1 配合比确定
混凝土配置要求：
①选取优质硅粉和聚丙烯纤维，改善混凝土的微观结构，增强密实性，提高混凝土强度和抗冲耐磨的特性。
②借助缓凝剂和减水剂，减少用水量，提高混凝土和易性，降低塌落度减少损失。
③采取掺加优质粉煤灰的温控措施，降低水化热。
④根据工程情况，尽量选取优质骨料。
原材料选定：
①水泥：采用PO52.5水泥，水泥用量在450～700kg/m3。
②粉煤灰：采用Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰品质检测的各项指标均满足GB/T 50146—2014《粉煤灰混凝土应用技术规范》，关于粉煤灰的技术要求，在可能情况下选用更优质的粉煤灰，较小的粉煤灰需水量比更优。
③骨料：根据区域条件，选取较好品质骨料，吸水率低的骨料所需的单位用水量较低，对降低水灰比有利，砂率最好高于40%。
④硅粉：掺量为水泥重量的6%～12%，硅粉细度是水泥的1/100～1/50，其比表面积达15000～20000m2/kg。
⑤聚丙烯纤维：聚丙烯纤维的一般掺量为0.6～1.4kg/m3。
⑥外加剂：包括减水剂和缓凝剂，要求达到缓凝和高效减水等优异性能。
C80以上高强抗冲磨混凝土配合比设计：
①混凝土水胶比。高强混凝土水胶比都较低，且通常都要掺加硅粉，同时掺加粉煤灰降低水化热减少温度裂缝，选取水胶比0.23～0.3，硅粉掺量采用8%，粉煤灰掺量采用12%，采用不同水胶比进行对比试验，水胶比越大塌落度越大，含气量增大，强度和劈拉强度都减小，根据设计强度选取水胶比。
②粉煤灰掺量。保持水灰比以及其他掺量不变，粉煤灰8%～20%范围内，掺量对高强混凝土28d抗压强度影响不大，根据冲抗磨性和强度选取掺量。
③骨料。采用不同地域骨料，相同配合比比对骨料品质对混凝土抗压强度、劈拉强度、弹性模量、抗冲磨性能、渗透性能及干缩等的影响，选取技术经济效益高的骨料。
④混凝土正交试验。正交试验全面系统地研究分析各因素对混凝土的影响，选取的因素有水胶比、砂率、用水量、粗骨料品质、粉煤灰掺量、硅粉掺量、超塑化剂种类和缓凝剂掺量共8个因素，抓住影响强度主要因数，最终通过经济和性能分析，以及现场实验块最终确定施工配合比。
⑤通过有限元ANSYS软件对混凝土温升与时间关系进行分析，浇筑温度、水泥水化热和空气温度变化3个方面来分析温度应力。
⑥基准配合比。根据配合比试验和试验块浇筑，最终验证确定配合比。
高强抗冲耐磨混凝土性能检测：混凝土性能，混凝土需要具有高强度达到设计强度，并较好的抗冲磨蚀性能及耐久性，还需具有泵送性，优异抗裂性能，能够采取温控措施。
①高强度。正交试验确定各变量对强度的影响程度，确定强度影响的主要因数是水灰比，粗骨料和硅粉掺量，选取合适的掺量和优质的原材料达到高强度的要求。
②抗裂性能。高强混凝土水泥标号高，水泥胶凝材料用量大，水化热高，混凝土自身容易产生较高的温度梯度和内外温差，产生的拉应力超过自身的抗拉性能，另外外部湿度较小，干缩也可产生裂缝，以及泵送和浇筑过程中的离析现象，导致在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力低，易于出现裂缝的薄弱部位。根据配合比计算理论抗拉强度，进行仿真试块试验，确定高强混凝土的抗裂性能。
5.2.2 高强抗冲耐磨混凝土拌合
高强混凝土的拌制比普通混凝土拌制有更严格的要求，主要包括原材料质量、原材料计量、用水量控制和原材料预冷。
①拌制混凝土的原材料质量对混凝土强度等性能影响较大，其中包括骨料级配及含泥量、拌合水质量、水泥质量等。每天对骨料进行筛分及含泥量检测，每天对拌合水水质进行检测，其他材料按每批次抽样检测，严禁使用不合格原材料拌制混凝土。
②高强混凝土拌制原材料的计量均按重量计，配料时采用自动计量装置，计量的允许偏差：水泥和掺合料±1%，粗细骨料为±2%，水及化学外加剂为±1%。每月定期对拌合楼磅秤进行校核。
③配制高强混凝土必须准确控制用水量，骨料含水率是主要影响因素。做到骨料均匀喷淋，且每隔两个小时测定拌合砂石中的含水率并调整用水量及砂、石用量，严禁在拌和物出机后“二次加水”。
④高强混凝土水泥用量多，水化热较高，为减小温度应力，降低混凝土入仓温度，需要对骨料及拌合用水进行预冷。
⑤采用鼓风机方式吹入聚丙烯纤维，延长混凝土拌合时间，保证聚丙烯纤维均匀分布。
5.2.3 高强抗冲耐磨混凝土浇筑
高强混凝土施工工序与常规泵送混凝土施工基本相同，本工艺主要涉及水工溢流面混凝土施工工艺密切相关的工序，包括模板施工、混凝土运输、混凝土浇筑、收面、温度控制和养护等工序施工操作要点。
①模板施工。模板架设采用可回收拉杆套件固定，便于快速拆除利于混凝土抹面，拉杆以水平间距1.5m呈梅花桩布置，注意间隔布置下料口并准备好下料口封板，在模板表面覆盖一层土工布。
②混凝土运输。高强混凝土采用混凝土搅拌运输车运输，且注意如下操作要点：第一，在运输过程中，搅拌罐应保持一定转速，运至浇筑地点给混凝土泵喂料前，应使搅拌罐中高速运转20～30s，使混凝土拌合均匀后卸料。第二，在运输和卸料过程中不得往搅拌罐内注水。第三，由于项目气候炎热、空气干燥，再加上C85抗冲磨混凝土流动度比普通混凝土损失快，要尽量缩短运输时间，以保证混凝土拌合物有较好的工作度。第四，严格控制搅拌运输车的频率，既要保证连续浇筑，又要避免压车。第五，对运抵现场的混凝土要对拌合物的流动度、温度等进行检测
③混凝土入仓振捣。高强混凝土浇筑除应满足一般混凝土浇筑要求，还有以下操作要点：第一，工程的每一部位混凝土的澆筑日期、时间及浇筑条件等全过程都应作详细纪录并形成原始档案。第二，混凝土泵送施工应遵守JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技术规程》，还要注意最初始泵送时，先泵出的混凝土应废弃，直到排出质量一致的、和易性好的混凝土为止。第三，混凝土的泵送作业，应使混凝土连续不断地输出，且不产生气泡。第四，泵机开始工作后，中途不得停机，如非停机不可，停机时间不应超过30min，气温超过25℃时不能超过10min;泵送混凝土时，如输送管内吸入了空气，应立即反泵吸出混凝土至料斗中重新搅拌，排出空气后再泵送。第五，摊铺新一层混凝土前要对底部一层混凝土进行复振，上面一层混凝土振捣时要将振捣棒插入下面一层混凝土中振捣。
④收面。分段分层浇筑，收面采用“一刮二抹”。在仓号准备时先设置刮面轨，布置如图2所示，混凝土浇筑振捣后，用平直木板沿轨道刮平混凝土面，然后拆除刮面轨，进行第一次抹面，在混凝土终凝前1h左右用钢抹进行第二次抹面。在抹面压平工序中，严禁向混凝土表面洒水，并应防止过度操作影响表面混凝土的质量。
⑤养护。混凝土抹面结束后及时喷雾养护，终凝后覆盖较厚土工布洒水养护，养护龄期28d。
⑥温度控制。第一，按混凝土拌合要求对骨料进行预冷，冷却指标为：砂子5～10℃，小石5～7℃，拌合水5～7℃，控制出机口温度，控制在10～15℃。第二，混凝土运输要求必须采用混凝土罐车运输，且在罐车外部包裹保温被。要控制罐车运输频率，既保证连续浇筑，又要避免压车。第三，采用卧泵及布料杆入仓浇筑时，由于输送混凝土的泵管较长，需要在泵管外部包裹一层湿麻袋，以降低混凝土输送过程中的温升。第四，高温季节，浇筑过程中可采取喷雾措施。第五，混凝土浇筑过程中，采用浸湿土工布覆盖翻转模板，降低模板温度，防止温度倒灌。
⑦裂缝处理。第一，宽度小于0.2mm的表面龟裂。对于宽度小于0.2mm的网状龟裂，如果整个表面龟裂数量很多，根据罗塞雷斯大坝项目C60抗冲磨混凝土裂缝处理方法，拉米尔监理工程师要求在混凝土表面全部涂抹一层2cm厚3066A/B环氧腻子。涂刷环氧腻子前，应将混凝土表面灰尘及杂物等清理干净，并保持干燥。按配合比A组分：B组分=1∶1的比例配置环氧腻子，应做到随配随用。环氧腻子表面抹光平整度要求为2延米不超过2mm。第二，宽度大于0.2～0.5mm的表层裂缝。对于裂缝宽度介于0.2～0.5mm的表面裂缝，采用开槽填补法处理。修补前处理，在裂缝两侧沿着裂缝用风镐、风钻或人工将混凝土凿除开V型槽，开槽深度以看不到裂缝为止，开槽宽度上口为4cm。将槽内混凝土浮渣、灰尘等用风管清理干净，并保持槽内干燥。采用NE-Ⅱ型环氧砂浆填补，首先在槽内均匀涂刷环氧基液，待基液将要凝固之前填充环氧砂浆，并用小锤敲击密实。如开槽深度超过2cm，则需分层填充，每层填充厚度不超过2cm。需要分层填充的，待底部一层凝固后再涂刷环氧基液，填充环氧砂浆。填充满后表面应用钢抹抹平压光，与混凝土原表面保持平顺，必要时需要打磨平顺。
6 质量控制
①高强薄层混凝土施工应遵循GB 50164—2011《混凝土质量控制标准》的要求。
②每200m3取样一次，混凝土28天强度标准值大于设计值。
③混凝土原材料满足规范要求。
④混凝土养护时间不少于28天。
⑤混凝土面允许偏差。
7 效益分析
7.1 经济效益
通过正交试验，确定了强度影响的主要因数，采用超低水胶比，减少水泥用量，减少温控措施，节约成本。
掺加聚丙烯纤维的高强薄层抗冲磨混凝土施工方法，增强混凝土抗裂性能，減少甚至消除混凝土表面裂缝，从而节约了裂缝处理成本，同时节约了工期，经济效益和工期效益双赢。
通常配置高强抗冲磨混凝土骨料要求具备混凝土设计强度的2～3倍，本工艺使低品质骨料配置高强混凝土成为可能，并实现混凝土浇筑成型，节约外购骨料成本。
7.2 其他效益
应用本施工工艺，适应了阿特巴拉低品质骨料，降低了远距离运输购买高品质骨料成本;采用翻模措施，节约了模板施工成本，并保证了混凝土浇筑质量，加快了施工速度;采用添加聚丙烯纤维，提升混凝土强度，增强耐久性，减少了表面裂缝的产生，效益显著。
