HF混凝土在水电工程中的应用研究（李洁,费雷刚,宋双杰）

［摘 要］HF混凝土是一种广泛应用于水利水电工程的新型水工抗冲耐磨混凝土。实际施工过程中，存在施工困难、混凝土成型后出现裂缝的问题。百花滩水电站通过对HF混凝土进行试验研究，采用三级配骨料、按低坍落度拌合、一次抹面的施工工艺能够提高施工速度，保证施工质量，具有推广价值。

［关键词］HF抗冲磨混凝土 配合比 施工工艺 百花滩水电站

1 工程概况

百花滩水电站工程位于四川省洪雅县止戈镇青衣江干流上，是青衣江干流上梯级规划开发方案的第九级。枢纽距下游洪雅县城12km，工程任务主要是发电，装机3台，单机容量40MW，电站总装机容量120MW。

该工程枢由左岸副坝、14孔泄洪闸、5孔冲砂闸、非溢流连接坝、厂房取水口坝段、右岸副坝等建筑物组成。泄洪冲砂闸每孔净宽12m，闸中墩宽3m，边墩宽4m，缝墩宽5m，闸型采用平顶堰，堰顶高程470.00m，堰后由1∶4的坡度与消力池连接。墩顶高程486.00m，闸室长25.5m。14孔泄洪闸的消力池长40m，底高程468.5m，5孔冲砂闸的消力池长55m，底高程467.5m。19孔闸室底板、斜坡连接段和消力池表面采用50cm厚的C50HF抗冲耐磨混凝土。

2 一期HF混凝土施工

5孔冲砂闸闸室底板、斜坡段及消力池表面50cm厚C50HF混凝土约1 725m３，施工时段2004年4月12日至2004年5月4日共22天。

2.1 一期HF混凝土配合比试验

1998年至2002年在四川南部红岩子水电站HF混凝土施工中出现了许多裂缝，经研究主要是配合比不当造成的。在百花滩水电站开工之前，水电三局委托某公司中心试验室做C50HF配合比试验。

该试验室采用的原材料如下：

（1）水泥

试验采用四川夹江规矩特性水泥有限公司生产的规矩牌P.0.42.5普通硅酸盐水泥，强度检测结果见表1：

从检测结果看，各种性能满足《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-1999）的要求。

（2）粉煤灰

采用乐山沙湾东耀金属矿加工厂生产的Ⅱ级粉煤灰。品质符合《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》（DL/T 5055-1996）规定的Ⅱ级灰标准。配合比中粉煤灰的掺量取15%。

（3）砂子

采用百花滩水电站工地送样河砂，细度模数为1.94，砂子筛分结果见表2。

（4）粗骨料

中石和小石均为工地天然河卵石，试验中砂石骨料均为自然干状态。

（5）外加剂

HF粉采用高强耐磨混凝土专用的HF外加剂。参考以往试验研究和工程应用的经验，按照混凝土的耐磨性能与价格比即性价比较优的原则，HF外加剂的掺量取2.0%。

（6）水

采用自来水。

对强度等级为C50抗冲耐磨二级配混凝土进行配合比试验。按试验要求28天龄期混凝土强度保证率95%，并根据《水工混凝土施工技术规范》确定C50的配制强度为58.2MPa，混凝土配合比试验结果见表3。根据配合比试验结果，二级配混凝土推荐施工配合比见表4：

2.2 一期HF混凝土施工性能

2004年4月12日在百花滩水电站冲砂闸进行施工，首先遇到的问题是卸车难，C50HF混凝土拌合物粘在车厢板上，人工用铁锹、钢筋等工具敲混凝土，卸一车料要花20～35分钟，才能把混凝土倒在卧罐中，卧罐再经塔吊垂直运输进入浇筑仓内，要将混凝土从卧罐倒出来还要花5～10分钟。为了解决卸车难问题，施工人员采取了多种方法，比如在车上铺彩条布、每次卸车后用高压水冲洗车厢等，都未收到良好的效果。其次，按照该中心试验室要求，振捣后使用长刮杆对混凝土面刮平止设计高程。刮平后的混凝土面要立即进行第一次粗抹抹面，抹面后应立即使用条状塑料膜或彩条布（宽度与每次摊铺宽度一致，长度与浇筑面宽度一致）覆盖保湿，防止混凝土表面水分蒸发，隔一段时间揭起覆盖进行第二、三次抹面，直至表面平整度满足设计要求为止。但这种方法施工困难，而且混凝土成型后裂缝较多。

3 二期HF混凝土施工

3.1 HF混凝土配合比调整

针对一期C50HF混凝土出现的问题，对配合比又进行了多次试验。试验发现混凝土拌合物自流性很强，流动度随着时间的增大而增大，坍落度为5～7cm（配合比设计陷度），然后拌合物逐渐向四周扩散，两三分钟后，扩散度达到14cm。如果将拌合物停放40分钟，重新做陷度试验，陷度和扩散度不发生减小现象，对钢板的附着力非常大，人工用铁锹翻动困难，与普通混凝土拌合物的性能完全不一样。由于拌合物自流性强，粘结力大，继续使用该配合比，卸车难的问题就无法解决。

试验又将C50HF混凝土二级配改为三级配，控制坍落度为5～7cm，水灰比不变，粉煤灰（15%）和HF掺量（2%）也不变，调整砂率和用水量，经过多次试拌，拌合物自流性强、粘结力大的性能仍然没有改变。

为了解决卸车难的问题，试验按三级配小坍落度（1～3cm、3～5cm）进行试拌，水灰比不变，粉煤灰（15%）和HF掺量（2%）不变，调整砂率和用水量，经过试拌，发现拌合物的自流性小、粘结力小，对钢板的附着力几乎与常态混凝土相差无几。为了振捣后抹面顺利，把C50HF混凝土拌合物不粘车厢板的最大用水量定为C50HF三级配混凝土的最佳用水量。此时陷度测定值的范围为3～5cm。配合比见表5：

关于混凝土作面问题，要求一次作面成功，混凝土表面平整度能满足规范要求。只要加强现场施工管理，随着工人技术水平提高，作面工艺将更加完善。

3.2 二期HF混凝土施工性能

二期施工14孔泄洪闸4 825m３C50HF混凝土，施工时段为2005年3月12日至4月13日，使用表5配合比，坍落度按3～5cm控制，施工非常顺利。下闸蓄水前检查验收，没有发现裂缝。C50HF混凝土达到了内实外光的质量要求。

C50HF三级配混凝土在百花滩电站取得成功，是由于砂率小，胶材用量少，减少了HF粉的用量，导致混凝土与车厢的附着力减小，卸料容易；
作面三次改为一次，振捣后一次抹面成功，平整度达到设计要求；
由于卸料快，缩短了作面时间，提高了浇筑速度。泄洪闸闸室段C50HF混凝土抗压强度统计结果见表6：

4 结束语

百花滩水电站通过改变混凝土骨料级配，采用三级配、低坍落度进行拌合，并用一次抹面施工工艺，施工速度快，节约水泥用量，施工质量好，取得了成功。

2007年11月，四川省坪头水电站进行C40HF混凝土施工，采用表7三级配混凝土。

现场浇筑过程中，与二级配HF混凝土相比，在有同样坍落度的情况下，三级配混凝土不粘车，这是由于三级配混凝土砂率小，胶材用量少，减少了HF粉的用量，导致混凝土与车厢的附着力减小，卸料容易；
作面三次改为一次，振捣后一次抹面成功，平整度达到设计要求；
由于卸料快，作面时间缩短，浇筑速度大大提高，三级配混凝土每小时浇筑量达到16～20m3；
施工两个月来，对所浇筑的混凝土进行多次检查，没有发现裂缝。取得了浇筑速度快、无裂缝的效果，节约了水泥及外加剂的用量，经济效益十分可观。实际工程证明，三级配、低坍落度拌合，一次抹面的施工工艺具有推广价值。