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摘 要：小湾水电站水垫塘抗冲耐磨混凝土在硅粉混凝土中加入了聚丙烯微纤维和钢纤维，提高了混凝土的强度和抗冲磨性能。通过试验确定合理的配合比参数，选用了JM-PCA聚羧酸高效减水剂，并采用合理的施工方法，采取正确的施工抹面工艺、严格控制混凝土表面不平整度和加强养护等措施，避免了水垫塘硅粉混凝土出现裂缝，对硅粉混凝土的推广运用有一定参考作用。
关键词：抗冲耐磨混凝土;水垫塘;小湾水电站
一、工程概况
小湾水电站双曲拱坝设计坝高294.5 m，坝体设有5个11.0m×15.0 m泄洪表孔，6个6.0 m×6.5 m泄洪中孔，2个放空底孔，采用挑流+水垫塘联合消能。设计工况下泄洪水头221.8m，总泄流量14 682 m3/s，泄洪量和能量均很大，高水头大流量泄洪消能问题十分突出。对泄洪消能建筑物过流面混凝土抗冲耐磨性能要求很高，水垫塘底板将承受较大的射流冲击和脉动压力的作用。
小湾大坝与二道坝之间布置成复式梯形断面的水垫塘。水垫塘沿溢流中线方向长约380m，最小底宽70m，水垫塘深度约为40m。水垫塘底板和边墙5m高度范围内要求覆盖0.5m厚的掺微纤维的硅粉抗冲耐磨混凝土。
二、小湾抗冲耐磨混凝土主要原材料
水泥：祥云县建材有限公司生产的中热（P.MH）42.5水泥。粉煤灰： 曲靖火电厂生产的曲靖Ⅰ级粉煤灰，细度为3.3 %，含水率为0.12%，烧失量为2.37%。硅粉：成都科良，Si02含量为94.88 %，需水量为119.6%，含水率为0.73%。单丝聚丙烯微纤维： 四川卓越，抗拉强度为561MPa，伸长率为22.2%，弹性模量为5 086MPa。钢纤维：上海贝卡尔特，Dramix钢纤维，长度为62.1 mm，直径0.76 mm，抗拉强度1 085MPa。
骨料最大粒径直接影响到钢纤维的握裹力，骨料最大粒径应不超过钢纤维长度的2/3。钢纤维混凝土骨料已确定最大粒径为40mm，考虑到骨料的粒径与钢纤维长度的匹配要求，所以选定了上述钢纤维。外加剂为江苏博特生产的JM-PCA聚羧酸减水剂及北京利力新技术开发公司生产的FS引气剂。
三、配合比设计
现场生产性试验主要检验钢纤维混凝土的出机口坍落度、含气量、工作性、泌水情况、凝结时间、拌和时间等。依据上述试验结果，最终确定的混凝土配合比如表1所列。
表1 抗冲耐磨混凝土配合比（每1m3混凝土所用材料） kg/m3
四、抗冲耐磨混凝土施工
（一）水垫塘底板施工。水垫塘底板混凝土浇筑分块约为12.1m x 12.1m，设计厚度3.0m，混凝土入仓后，先采用Φ100以上插入式振捣器振捣密实，然后再用12.6 m长的振平梁振平，之后进行抹面工作。
抹面分为三阶段：第一阶段：振平梁拖动振平完成2h左右，用手指轻压混凝土表面，能压透砂浆保护层，当混凝土表面不下沉、不发生泌水时，开始第一阶段抹面，抹面的目的是平整混凝土表面，保证钢纤维、粗骨料表面不外露，混凝土表面保持
5～20mm厚的砂浆层。第二阶段：混凝土浇筑后12h左右，用手指压混凝土表面，压深只有3～5mm，手指上有湿印和少量水泥砂浆粘附，但混凝土表面有弹性。此阶段抹面主要是采用螺旋式反复压抹，填平混凝土表面的砂眼、孔洞，清除影响抹面的钢纤维、粗骨料等，使混凝土表面进一步抹光压实。第三阶段：混凝土浇筑后14h左右进入第三阶段抹面，此时用手指重压混凝土表面，压深只有2mm，手指上仅有湿印。此阶段抹面主要是通过反复抹压，提高混凝土表面的光洁度，混凝土浇筑后16h左右第三阶段收浆抹面完成。
（二）水垫塘边墙施工。水垫塘边墙坡比为1：1.1，采用拖模进行混凝土浇筑，并加强振捣，控制拖模的上升速度为（20～30cm/h），模板滑升后，及时跟进抹面，确保混凝土外观质量。
边墙混凝土浇筑关键要掌握好拖模时间，一方面要使抗冲耐磨混凝土能够自持而不产生坍塌变形，另一方面要保持抗冲耐磨混凝土具有可塑性以便抹面。经过摸索，总结出边墙混凝土在浇筑6h后进行拖模、抹面较合适，第二阶段抹面时间在第一阶段抹面后5h左右，第三阶段抹面时间在第二次抹面后
2.5h左右。
五、主要缺陷处理措施
（1）表面不平整的鑿除和磨平。根据平整度控制标准，对表面不平整超过标准要求的，先凿除，预留0.5～1.0cm保护层，再用手持电动砂轮打磨平整;对凿除深≤2cm的部位，一律不得锤击，只能用砂轮磨平，然后刮涂环氧胶泥。（2）凹陷部位的填补。根据上述原则，宜选用水泥预缩砂浆，其次可选用水泥改性砂浆，如氯一偏聚合物改性水泥砂浆等;环氧及其它高分子聚合物砂浆宜用于重要部位，不宜在大面积范围内应用。
施工材料及工艺。（1）预缩砂浆。小湾工程采用的预缩砂浆水泥选用小湾专供中热水泥，砂选用质地坚硬并经过2.5mm孔径筛选过的砂，细度模数宜控制在1.8～2.2，水灰比为0.3～0.4，灰砂比为1：1.8～1：2.6。为提高砂浆强度及抗裂性能，改善和易性，可掺入适量的外加剂。填补前，先对基面凿毛、清污、冲洗、湿润，使其处于饱和面干状态。接着，刷一道水灰比为0.4～0.45浓水泥浆作粘结剂，再分层填补预缩砂浆，每层厚4～5cm，用木棒或木锤捣实。直至泛浆。各修补层间，用竹刷或钢刷刷毛，以利结合。对修补厚度大于8cm的，除表层4cm外，内部应填补预缩砂浆混凝土，即砂浆中加入直径0.5～2.0cm的小石。修补完成后8h内用湿草袋覆盖保温、保湿。（2）环氧材料。环氧材料包括环氧砂浆、环氧胶泥和环氧基液。它本身强度高、韧性好、抗冲耐磨性能优越，与基材的粘结强度也高于水泥类材料。缺点是价高、有毒，其变形性能与水泥类材料不一致，在温度湿度变化影响和阳光照射下，易老化，易与基材脱开。
环氧胶泥主要力学性能指标：7天龄期抗压强度不低于65MPa，抗拉强度不低于20MPa，与混凝土粘结强度大于2.5MPa。环氧砂浆最小修补厚度为1cm。环氧胶泥用于修补0.5～1.0cm的凹坑。环氧材料修补的工艺流程：凿毛-清污-烤干-刷基液-分层填补砂浆并拍打密实至表面泛浆-养护（养护温度不低于15℃，且7d内禁止水泡）。
六、对水垫塘抗冲耐磨混凝土的几点认识
硅粉混凝土的应用有以下特点：
（一）硅粉能够明显提高混凝土强度和抗冲耐磨性能。硅粉能够显著提高混凝土强度和抗冲耐磨性能，由于加入硅粉使得强度大大提高，硅粉混凝土的绝对强度则比纯水泥混凝土的高。
表2 硅粉混凝土与普通混凝土的抗冲耐磨性能比较
（二）抗冲耐磨混凝土施工难度大、质量要求高。理论研究和水工模型实验研究表明，过流面表面不平整度以及混凝上强度不满足设计要求是诱发冲磨空蚀破坏的主要因素，所以水垫塘抗冲耐磨混凝土施工重点在于保证混凝土强度和控制表面不平整度。
因此，对于大体积的混凝土施工，施工难度大。小湾水垫塘底板施工中，严格按照测量放样高程控制浇筑层高度，优先确保抗冲耐磨混凝土浇筑满足0.5m厚度的设计要求，对于表面不平整度控制在6mm以下。边墙施工中，严格按照高程分层平铺均匀浇筑上升，下料分层高度控制在30～50cm，边墙每层翻模高度以60～100cm为宜。同时施工中模板的制作也有很高的要求，主要振平工具振动梁的制作要求其平整度不超过
3.0mm，备仓时振动轨道安装误差也不超过3.0mm。
参考文献：
[1] 胡京宁.小湾水电站水垫塘抗冲耐磨混凝土质量控制 水力发电2009.09.
关键词：抗冲耐磨混凝土;水垫塘;小湾水电站
一、工程概况
小湾水电站双曲拱坝设计坝高294.5 m，坝体设有5个11.0m×15.0 m泄洪表孔，6个6.0 m×6.5 m泄洪中孔，2个放空底孔，采用挑流+水垫塘联合消能。设计工况下泄洪水头221.8m，总泄流量14 682 m3/s，泄洪量和能量均很大，高水头大流量泄洪消能问题十分突出。对泄洪消能建筑物过流面混凝土抗冲耐磨性能要求很高，水垫塘底板将承受较大的射流冲击和脉动压力的作用。
小湾大坝与二道坝之间布置成复式梯形断面的水垫塘。水垫塘沿溢流中线方向长约380m，最小底宽70m，水垫塘深度约为40m。水垫塘底板和边墙5m高度范围内要求覆盖0.5m厚的掺微纤维的硅粉抗冲耐磨混凝土。
二、小湾抗冲耐磨混凝土主要原材料
水泥：祥云县建材有限公司生产的中热（P.MH）42.5水泥。粉煤灰： 曲靖火电厂生产的曲靖Ⅰ级粉煤灰，细度为3.3 %，含水率为0.12%，烧失量为2.37%。硅粉：成都科良，Si02含量为94.88 %，需水量为119.6%，含水率为0.73%。单丝聚丙烯微纤维： 四川卓越，抗拉强度为561MPa，伸长率为22.2%，弹性模量为5 086MPa。钢纤维：上海贝卡尔特，Dramix钢纤维，长度为62.1 mm，直径0.76 mm，抗拉强度1 085MPa。
骨料最大粒径直接影响到钢纤维的握裹力，骨料最大粒径应不超过钢纤维长度的2/3。钢纤维混凝土骨料已确定最大粒径为40mm，考虑到骨料的粒径与钢纤维长度的匹配要求，所以选定了上述钢纤维。外加剂为江苏博特生产的JM-PCA聚羧酸减水剂及北京利力新技术开发公司生产的FS引气剂。
三、配合比设计
现场生产性试验主要检验钢纤维混凝土的出机口坍落度、含气量、工作性、泌水情况、凝结时间、拌和时间等。依据上述试验结果，最终确定的混凝土配合比如表1所列。
表1 抗冲耐磨混凝土配合比（每1m3混凝土所用材料） kg/m3
四、抗冲耐磨混凝土施工
（一）水垫塘底板施工。水垫塘底板混凝土浇筑分块约为12.1m x 12.1m，设计厚度3.0m，混凝土入仓后，先采用Φ100以上插入式振捣器振捣密实，然后再用12.6 m长的振平梁振平，之后进行抹面工作。
抹面分为三阶段：第一阶段：振平梁拖动振平完成2h左右，用手指轻压混凝土表面，能压透砂浆保护层，当混凝土表面不下沉、不发生泌水时，开始第一阶段抹面，抹面的目的是平整混凝土表面，保证钢纤维、粗骨料表面不外露，混凝土表面保持
5～20mm厚的砂浆层。第二阶段：混凝土浇筑后12h左右，用手指压混凝土表面，压深只有3～5mm，手指上有湿印和少量水泥砂浆粘附，但混凝土表面有弹性。此阶段抹面主要是采用螺旋式反复压抹，填平混凝土表面的砂眼、孔洞，清除影响抹面的钢纤维、粗骨料等，使混凝土表面进一步抹光压实。第三阶段：混凝土浇筑后14h左右进入第三阶段抹面，此时用手指重压混凝土表面，压深只有2mm，手指上仅有湿印。此阶段抹面主要是通过反复抹压，提高混凝土表面的光洁度，混凝土浇筑后16h左右第三阶段收浆抹面完成。
（二）水垫塘边墙施工。水垫塘边墙坡比为1：1.1，采用拖模进行混凝土浇筑，并加强振捣，控制拖模的上升速度为（20～30cm/h），模板滑升后，及时跟进抹面，确保混凝土外观质量。
边墙混凝土浇筑关键要掌握好拖模时间，一方面要使抗冲耐磨混凝土能够自持而不产生坍塌变形，另一方面要保持抗冲耐磨混凝土具有可塑性以便抹面。经过摸索，总结出边墙混凝土在浇筑6h后进行拖模、抹面较合适，第二阶段抹面时间在第一阶段抹面后5h左右，第三阶段抹面时间在第二次抹面后
2.5h左右。
五、主要缺陷处理措施
（1）表面不平整的鑿除和磨平。根据平整度控制标准，对表面不平整超过标准要求的，先凿除，预留0.5～1.0cm保护层，再用手持电动砂轮打磨平整;对凿除深≤2cm的部位，一律不得锤击，只能用砂轮磨平，然后刮涂环氧胶泥。（2）凹陷部位的填补。根据上述原则，宜选用水泥预缩砂浆，其次可选用水泥改性砂浆，如氯一偏聚合物改性水泥砂浆等;环氧及其它高分子聚合物砂浆宜用于重要部位，不宜在大面积范围内应用。
施工材料及工艺。（1）预缩砂浆。小湾工程采用的预缩砂浆水泥选用小湾专供中热水泥，砂选用质地坚硬并经过2.5mm孔径筛选过的砂，细度模数宜控制在1.8～2.2，水灰比为0.3～0.4，灰砂比为1：1.8～1：2.6。为提高砂浆强度及抗裂性能，改善和易性，可掺入适量的外加剂。填补前，先对基面凿毛、清污、冲洗、湿润，使其处于饱和面干状态。接着，刷一道水灰比为0.4～0.45浓水泥浆作粘结剂，再分层填补预缩砂浆，每层厚4～5cm，用木棒或木锤捣实。直至泛浆。各修补层间，用竹刷或钢刷刷毛，以利结合。对修补厚度大于8cm的，除表层4cm外，内部应填补预缩砂浆混凝土，即砂浆中加入直径0.5～2.0cm的小石。修补完成后8h内用湿草袋覆盖保温、保湿。（2）环氧材料。环氧材料包括环氧砂浆、环氧胶泥和环氧基液。它本身强度高、韧性好、抗冲耐磨性能优越，与基材的粘结强度也高于水泥类材料。缺点是价高、有毒，其变形性能与水泥类材料不一致，在温度湿度变化影响和阳光照射下，易老化，易与基材脱开。
环氧胶泥主要力学性能指标：7天龄期抗压强度不低于65MPa，抗拉强度不低于20MPa，与混凝土粘结强度大于2.5MPa。环氧砂浆最小修补厚度为1cm。环氧胶泥用于修补0.5～1.0cm的凹坑。环氧材料修补的工艺流程：凿毛-清污-烤干-刷基液-分层填补砂浆并拍打密实至表面泛浆-养护（养护温度不低于15℃，且7d内禁止水泡）。
六、对水垫塘抗冲耐磨混凝土的几点认识
硅粉混凝土的应用有以下特点：
（一）硅粉能够明显提高混凝土强度和抗冲耐磨性能。硅粉能够显著提高混凝土强度和抗冲耐磨性能，由于加入硅粉使得强度大大提高，硅粉混凝土的绝对强度则比纯水泥混凝土的高。
表2 硅粉混凝土与普通混凝土的抗冲耐磨性能比较
（二）抗冲耐磨混凝土施工难度大、质量要求高。理论研究和水工模型实验研究表明，过流面表面不平整度以及混凝上强度不满足设计要求是诱发冲磨空蚀破坏的主要因素，所以水垫塘抗冲耐磨混凝土施工重点在于保证混凝土强度和控制表面不平整度。
因此，对于大体积的混凝土施工，施工难度大。小湾水垫塘底板施工中，严格按照测量放样高程控制浇筑层高度，优先确保抗冲耐磨混凝土浇筑满足0.5m厚度的设计要求，对于表面不平整度控制在6mm以下。边墙施工中，严格按照高程分层平铺均匀浇筑上升，下料分层高度控制在30～50cm，边墙每层翻模高度以60～100cm为宜。同时施工中模板的制作也有很高的要求，主要振平工具振动梁的制作要求其平整度不超过
3.0mm，备仓时振动轨道安装误差也不超过3.0mm。
参考文献：
[1] 胡京宁.小湾水电站水垫塘抗冲耐磨混凝土质量控制 水力发电2009.09.