C50泵送HF混凝土在金盆水库泄洪建筑物上的应用

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1金盆水库泄洪洞及溢洪洞基本情况

金盆水库大坝为粘土心墙砂砾石坝，坝高130m，水库的两个泄洪建筑物分别为泄洪洞和溢洪洞，均为圆拱直墙式断面。泄洪洞位于大坝左岸，总长全长729.86mm，断面净空10×13m，校核洪水流量2540m3/s，最大流速41.71m/s。溢洪洞位于大坝右岸，洞长471.242m，断面净空尺寸10×11.1m，校核泄洪流量2000m3/s，最大流速40.9m/s。过水断面原设计的混凝土护面为C30普通混凝土,混凝土衬砌厚度1.5～2m。这两个泄洪建筑物的共同特点是，断面尺寸大，流速高达40m/s以上，从水力学角度和许多工程的运行经验来看，这样大的流速，水道表面容易发生空化和空蚀破坏。考虑到与两个泄水建筑物相接的围岩又很差，一旦发生破坏，后果将极为严重，为提高工程安全度，经试验研究后选择了抗磨抗空蚀性能和抗裂性能好且施工简单的C50HF高强耐磨粉煤灰混凝土作为护面材料，经三个讯期的过水考验，使用效果良好，达到了显著提高抗冲耐磨性能又保证混凝土不产生裂缝的目的。

2设计要求与抗冲磨混凝土品种的选择：

使用C50硅粉混凝土或抗磨抗空蚀性能与硅粉混凝土相当的HF混凝土，采用泵送浇筑，二级配混凝土塌落度为16~18cm，混凝土的抗空蚀性能和抗磨性能要比原设计的普通C30混凝土的抗磨抗空蚀性能有显著的提高，同时要抗裂性要求。由于泄洪洞和溢洪洞结构尺寸较大，混凝土衬砌厚度达1.5～2m，已属大体积混凝土，为避免温度裂缝的产生，要求进行温度控制，但该工程施工工期紧，既不能避开高温季节浇筑混凝土，又无温控设施以控制入仓温度，而洞内必须采用泵送浇筑施工，又使混凝土的水泥用量较常态普通混凝土提高30%以上，该工程原浇筑的C30普通混凝土，其水泥用量已达360kg/m3，在这种情况下，浇筑C50高强度混凝土，要控制水泥用量以达到控制裂缝的目的，其难度将是很大的。因此，抗裂性能成为选择抗冲耐磨护面材料的重要参数。硅粉混凝土是一种抗冲耐磨性能好的护面材料，但硅粉混凝土易于产生裂缝的缺点也是众所周知的，采用硅粉混凝土是不可行的。

HF高强耐磨粉煤灰混凝土简称HF混凝土，是继硅粉混凝土之后开发出的新型抗冲耐磨材料，是由优质粉煤灰与HF外加剂按一定的比例一同掺入普通混凝土中配制的抗冲耐磨混凝土。该具有优良的抗冲耐磨性能和抗空蚀性能，并且具有干缩性小，水化热温升小，施工简单易行，造价低廉等许多优点，推广应用近60个水电工程经12年的运行考验，证明该材料除具有良好的抗冲耐磨性能，尤其在抗裂方面具有不俗的表现，在工程应用中很少出现裂缝。因此，本工程选用了HF混凝土作为泄水建筑物的护面材料。

3HF混凝土的性能简介

3.1HF混凝土具有优良的抗磨抗空蚀性能

3.1.1掺用硅粉和掺用粉煤灰来提高混凝土的抗冲耐磨性能和抗空蚀破坏性能，从机理上来讲是相同的，因为二者都是发挥高活性掺合料的作用，使混凝土的结构致密，硬度和强度增加，只是粉煤灰本身的活性远不如硅粉，在HF高强耐磨粉煤灰混凝土中，借助HF外加剂的激发作用，粉煤灰可以达到或接近硅粉的活性，发挥出与硅粉相当的作用，使高强耐磨粉煤灰混凝土比硅粉混凝土具相当的技术性能。

表1中列出了几种砂浆的试验结果，比较表中的三个配合比，可以看出，掺15%硅粉的砂浆，与掺7.5%硅粉又掺7.5%粉煤灰的砂浆以及不掺硅粉全掺15%粉煤灰的砂浆，三种砂浆除7天强度随硅粉掺量的增加有所增加外，28天强度并没有多大的差异，说明在HF外加剂的作用下，掺优质粉煤灰即可达到掺硅粉一样的强度，换句话说，HF粉煤灰砂浆可以达到硅粉砂浆的强度。对比抗磨强度和抗空蚀性能，HF砂浆的抗空蚀性能还稍优于硅粉砂浆，HF粉煤灰砂浆28天的抗磨强度稍低，而90天的抗磨强度又高于硅粉砂浆的抗磨强度。

3.1.2按水工设计规范，为减免空蚀，过水表面混凝土必须达到规定的平整度要求。由于HF混凝土具有良好的和易性，施工中易于达到设计要求的表面平度。

3.1.3HF混凝土优良的抗裂性能，使HF混凝土的整体性能提高，内部缺陷减少，从而也提高了其抗磨抗空蚀性能和抗高速水流冲刷破坏的性能。

3.2HF混凝土的抗裂性

3.2.1HF混凝土具有较低的水泥用量，水化热温升小，不容易产生温度裂缝[2]。HF混凝土较同标号的普通基准混凝土比较，其水泥用量约可减少20～35%，显著的降低了混凝土中的发热成分，使混凝土的绝热温升大大降低。与硅粉混凝土比较，HF混凝土七天强度较低，意味着有较低的水化速度，这也有利于混凝土的温度控制。

3.2.2HF混凝土塑性干缩性小。混凝土泌水速度越小，塑性干缩越严重。HF混凝土的泌水性能介于硅粉混凝土与普通混凝土之间，既克服了硅粉混凝土几乎不泌水易于产生早期塑性干缩裂缝的缺点，又克服了普通混凝土泌水率大易形成面层低强度的缺点。

3.2.3HF混凝土干缩性小。HF混凝土干缩率约为普通混凝土干缩率的95%，降低约5%。

3.2.4HF混凝土均匀性好，不易出现低强薄弱区，低强薄弱区容易出现裂缝。HF混凝土施工质量易于控制，使混凝土的强度波动变异系数减小。

3.2.5与硅粉混凝土比较HF混凝土具有较高的拉压比，见表2。

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