劉 戀 ，曹 凱，王 華

(1.中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院，四川 成都 610072；2.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

1 前 言

當(dāng)水電站泄洪洞進(jìn)行泄洪時，高速挾沙水流對混凝土表面會產(chǎn)生沖磨破壞，因此混凝土的抗沖耐磨性對其使用壽命、維護(hù)周期及維護(hù)頻率有著重要的影響。而對抗沖耐磨混凝土的修補(bǔ)往往會影響水電站的正常運行，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。

為了改善和提高混凝土的抗沖耐磨性能，提高工程使用壽命，減少工程修補(bǔ)次數(shù)，節(jié)約修補(bǔ)費用，降低工程總造價，并為其它工程提供借鑒，本文依托溪洛渡水電站泄洪洞工程，通過不同技術(shù)方案對混凝土的抗沖耐磨性進(jìn)行研究，并結(jié)合工程抗磨要求，提出抗沖耐磨混凝土配合比推薦方案。

2 工程概況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣與云南省永善縣境內(nèi)接壤的金沙江溪洛渡峽谷，為一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔砂和改善下游航運等綜合利用效益的特大型水利水電樞紐一等工程。在電站兩岸山體中共設(shè)置4條相同規(guī)模的泄洪洞，兩岸對稱布置兩條泄洪洞。最長的4號泄洪洞長度為1 633.61m；最大開挖斷面洞徑為17m×72m。

在溪洛渡水電站泄洪洞中有的過流面流速最大，接近50m/s，超過現(xiàn)行國家規(guī)范的40m/s的20%；單洞泄洪能力為世界最大，在設(shè)計洪水流量工況下，泄洪洞單孔泄洪流量為3 858m3/s、校核洪水工況下為4 162m3/s。

3 混凝土抗沖耐磨試驗研究

3.1 試驗內(nèi)容

在混凝土配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合溪洛渡水電站泄洪洞設(shè)計要求，對普通粉煤灰混凝土、硅粉混凝土、硅粉PVA纖維混凝土進(jìn)行沖磨性能及相關(guān)力學(xué)強(qiáng)度性能試驗，并對不同技術(shù)方案進(jìn)行比較，提出泄洪洞混凝土的推薦配合比方案。

3.2 試驗原材料

3.2.1 水 泥

試驗所用的水泥為華新(昭通)42.5中熱硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥物理力學(xué)性能指標(biāo)

3.2.2 粉煤灰

試驗所用的粉煤灰為宣威Ⅰ級灰，粉煤灰的物理力學(xué)性能指標(biāo)見表2。

3.2.3 砂石骨料

試驗所用的人工砂石骨料為溪洛渡工地現(xiàn)場砂石料生產(chǎn)的玄武巖骨料，其性能見表3及表4。

3.2.4 外加劑

試驗所用的減水劑為江蘇博特公司生產(chǎn)的JM-PCA羧酸減水劑，引氣劑采用上海麥斯特建材有限公司生產(chǎn)的MicroAir AEA 202引氣劑，其性能指標(biāo)見表5。

表2 粉煤灰物理力學(xué)性能指標(biāo)

表3 粗骨料物理性能指標(biāo)

表4 細(xì)骨料物理性能指標(biāo)

3.2.5 纖 維

試驗所用纖維為PVA纖維，技術(shù)指標(biāo)見表6。

表5 外加劑性能指標(biāo)

表6 纖維技術(shù)指標(biāo)

3.3 試驗方法

混凝土的抗沖磨試驗按SL 352-2006《水工混凝土試驗規(guī)程》中水下鋼球法和含砂水流沖刷法的技術(shù)要求進(jìn)行。

3.4 試驗混凝土配合比設(shè)計

根據(jù)骨料最佳級配、混凝土強(qiáng)度水膠比關(guān)系的試驗結(jié)果并結(jié)合設(shè)計要求，溪洛渡水電站泄洪洞混凝土配合比設(shè)計參數(shù)見表7。混凝土級配如下：

二級配：中石∶小石=50∶50；

三級配：大石∶中石∶小石=40∶30∶30。

表7 泄洪洞混凝土試驗配合比及混合物性能

3.5 試驗結(jié)果及分析

普通粉煤灰混凝土、硅粉混凝土、硅粉PVA纖維混凝土的力學(xué)強(qiáng)度性能見表8。

由表8可知：

(1)在相同的強(qiáng)度等級和級配條件下，硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度明顯大于粉煤灰混凝土。

(2)硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土的抗壓強(qiáng)度幾乎相同，硅粉PVA混凝土劈拉強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度較硅粉混凝土有所增強(qiáng)，表明PVA纖維有增強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度作用。這是因為PVA纖維同水泥基材有很強(qiáng)的粘結(jié)力，纖維在混凝土內(nèi)部構(gòu)成了一種均勻的亂向支撐體系，可以有效阻止骨料的離析，減少混凝土的塑性收縮，使收縮的能量分散到纖維上，從而有效增強(qiáng)混凝土的韌性，增加混凝土的抗拉強(qiáng)度。

粉煤灰混凝土、硅粉混凝土、硅粉PVA纖維混凝土的抗沖磨性能見表9。

表8 混凝土力學(xué)強(qiáng)度性能

表9 混凝土的抗沖磨性能 h/(kg/m2)

由表9可知：

(1)在強(qiáng)度等級相同條件下，粉煤灰混凝土、硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土的抗沖磨強(qiáng)度，以粉煤灰混凝土的最小、硅粉PVA混凝土的最大，硅粉PVA混凝土與粉煤灰混凝土抗沖磨強(qiáng)度相比增幅明顯，最大可達(dá)60.2%。

(2)硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土相比，硅粉PVA混凝土的抗沖磨強(qiáng)度較硅粉混凝土有所增強(qiáng)，表明PVA纖維能增強(qiáng)混凝土的抗沖磨強(qiáng)度。這是因為在混凝土中加入PVA纖維能防止或減少混凝土裂縫、改善混凝土的性能、提高混凝土變形性能，同時纖維摻入也阻礙了水流將水泥從纖維上剝落，從而有效提高混凝土的抗沖磨能力。

4 結(jié) 論

(1)摻入PVA纖維可以有效地提高混凝土的強(qiáng)度和抗裂性能，同時也可以提高混凝土的抗沖磨性能。

(2)綜合比較粉煤灰混凝土、硅粉混凝土和硅粉PVA混凝土可知，硅粉PVA混凝土具有更好的抗沖磨性能和抗裂性能。建議溪洛渡水電站泄洪洞采用硅粉PVA混凝土技術(shù)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝祥明，石愛軍，于青山.南沙水電站抗沖耐磨混凝土試驗研究[J].人民長江,2007, 38(8):165-167.

[2] 盧安琪，李克亮.聚丙烯纖維混凝土抗沖耐磨試驗研究[J].水利水電技術(shù),2002，33(4)：37-39.

[3] 李光偉，楊元慧.溪洛渡水電站抗沖耐磨混凝土性能試驗研究[J].水電站設(shè)計,2004，20(3)：92-97.

[4] 李光偉.骨料性能對混凝土抗沖磨性能的影響[J].水電工程研究，1998(3)：20-23.