孫明明

（新疆水利廳瑪納斯河流域管理處 新疆 石河子 832000）

1 引言

水利水電工程中的泄洪、沖沙建筑物運用頻繁且流速高，泥沙含量大，不可避免地對混凝土表面產(chǎn)生磨蝕損壞，特別是在我國北方地區(qū)，溫差比較大，混凝土經(jīng)歷反復(fù)凍融后更容易遭受侵蝕破壞。前人的研究成果[1-5]表明，硅粉混凝土是一種比較可靠實用的混凝土材料，通過比較已建工程的實踐情況(如表1所示)可知硅粉混凝土具有抗沖耐磨、高強(qiáng)性能。挪威于1982年首先在伏諾維斯壩上把硅粉混凝土作為筑壩材料，隨后加拿大在道橋及房屋建筑中開始使用，美國用其修補(bǔ)了Kinzua壩的消力池，隨后又被廣泛用于港口、碼頭、油田、地礦井、水電站中，且均取得了良好的效果。

我國對硅粉的研究和應(yīng)用亦有30年的歷史，研究表明，在水泥用量一定時，摻入硅粉后抗沖磨能力可提高0.5倍～2.5倍，抗空蝕強(qiáng)度可提高1.6倍以上[6]。我國從1985年開始在魚子溪二級電站、葛洲壩、龍羊峽、小浪底、二灘、潘家口、安康等工程逐漸嘗試并使用了硅粉混凝土，均達(dá)到了預(yù)期效果。

目前，我國的工程師對強(qiáng)度等級在40 MPa以下的混凝土的使用已具有豐富的施工經(jīng)驗和研究成果，但在溫差極大的北方寒冷地區(qū)使用60 MPa硅粉混凝土的水電工程還較少，本文結(jié)合新疆紅山嘴引水樞紐工程，從硅粉特性及作用機(jī)理、硅粉混凝土力學(xué)性能、施工工藝、溫控措施等方面進(jìn)行了總結(jié)，以期為類似工程提供參考。

2 工程概況

以灌溉為主結(jié)合防洪發(fā)電的紅山嘴引水樞紐工程屬Ⅱ等大（2）型工程，攔河閘過閘流量在1000m3/s～5000m3/s，灌溉面積為316.3萬畝，在經(jīng)過半個世紀(jì)的超負(fù)荷運行后，堰前淤積嚴(yán)重，且大量推移質(zhì)泥沙全部進(jìn)入彎道，對沖沙閘及進(jìn)水閘磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)閘室底板淘空、沖坑、磨損等破壞。根據(jù)安全鑒定評價結(jié)果及現(xiàn)場檢查情況，決定對泄洪沖沙閘上游護(hù)坦段、閘室段、消能段進(jìn)行拆除重建，在閘底板表層0.2 m至閘墩高度1.0m范圍內(nèi)采用澆筑C60硅粉混凝土的技術(shù)，從而提高泄水建筑物的抗沖磨能力，增加工程的可靠性，延長使用壽命。

表1 國內(nèi)部分泄水建筑物運用、修補(bǔ)情況

3 硅粉混凝土作用機(jī)理

硅粉對混凝土的作用機(jī)理是由其特殊的活性火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)共同作用的結(jié)果。當(dāng)把硅粉摻入混凝土中后，部分小顆粒迅速溶解于水中，并與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有凝膠性的硅酸鈣水化物C-S-H，此即為硅粉的火山灰效應(yīng)。另外，硅粉摻入水泥后，極細(xì)的球狀小顆粒將填充于水泥顆?？障吨?，改善水泥顆粒級配和粒徑分布，漿體中Ca(OH)2晶體細(xì)化，定向程度減弱，增加了漿體與骨料界面的粘結(jié)強(qiáng)度，從而使水泥漿體密實，此即為硅粉的微集料效應(yīng)。因此，二者的共同作用下，水泥漿與集料的粘結(jié)力增強(qiáng)，硅粉混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性能均得到提高。

4 硅粉混凝土物理力學(xué)性能

硅粉的比表面積大，顆粒表面的濕潤需要大量的水分，使得新拌混凝上的大量自由水被微硅粉粒子所約束，泌水量急劇減少，流動度大大降低，特別是在我國的寒冷和干燥的北方地區(qū)，硅粉混凝土的早期水化反應(yīng)快，早期強(qiáng)度提高快，而徐變和應(yīng)力松弛減小，使得發(fā)生塑性開裂和早期收縮裂縫的可能性增大。另外，硅粉混凝土的密實度大，抗?jié)B能力高，抗凍和抗磨蝕能力強(qiáng)。硅粉混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于普通混凝土。硅粉混凝土中的硅粉能有效減少混凝土與鋼筋界面水分的積聚，改善鋼筋混凝土的粘結(jié)性，且能有效抵抗氯離子滲透，從而減少順筋裂縫。混凝土中硅粉摻量超過20%時，硅粉對混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率明顯下降，但適量的硅粉（一般在10%左右）可以使混凝土的絕對強(qiáng)度大大提高[7]。

5 C60高強(qiáng)硅粉混凝土施工工藝

C60高強(qiáng)硅粉混凝土的施工工藝流程包括：施工準(zhǔn)備→硅粉混凝土拌制→運輸→入倉振搗搓平→一次收光→表面蓋膜→塑料薄膜上二次收光→養(yǎng)護(hù)。在拌合前嚴(yán)格測定骨粒細(xì)度模數(shù)及骨料含水量，嚴(yán)格控制水灰比。拌和時采用一臺產(chǎn)量為40m3/h的強(qiáng)制式拌和機(jī)，硅粉采取干摻的方式，投料順序為:(中石+小石+砂+硅粉+粉煤灰)+(水+外加劑溶液)+水泥，攪拌時間比普通混凝土延長1分鐘左右。從拌合機(jī)出料后，采用小型運輸車運送硅粉混凝土。

由于混凝土強(qiáng)度等級高，混凝土入倉后水化熱反應(yīng)劇烈，加之瑪河河灘上風(fēng)的因素，加速了混凝土表面的固結(jié)，初凝后強(qiáng)度值上升快，收縮率大，因此振搗、抹面和養(yǎng)護(hù)必須連續(xù)進(jìn)行，混凝土的收光及后期的養(yǎng)護(hù)成為澆筑的關(guān)鍵。

經(jīng)過反復(fù)思索C60混凝土的特性，在施工中不斷總結(jié)得到以下經(jīng)驗：

（1）根據(jù)紅山嘴引水施工現(xiàn)場多次拌和試驗后確定的拌和工序：粗、細(xì)骨料及水泥進(jìn)入拌和系統(tǒng)后干拌1.7分鐘，加入水后再拌和3.5分鐘。

（2）硅粉混凝土坍落度幾乎接近于零，流動性差，混凝土攪拌以及入倉后，振搗時間要稍微延長。先用插入式振搗器，加大振搗器的功率，插入的間距更要緊密且振搗時間較普通混凝土稍長約15 s左右；后用平板振搗器提漿，振搗密實，使內(nèi)部空氣完全排出，至混凝土不下沉、不出氣泡并泛漿為止。

（3）收光。C60硅粉混凝土粘聚性強(qiáng)，因此收光時，混凝土?xí)衬ㄗ?，隨著抹子走，根本無法收光，將塑料薄膜覆蓋在入倉振搗后的混凝土表面上進(jìn)行收光，這樣既解決了收光難的問題，也起到了混凝土防風(fēng)、保水的效果，延緩混凝土固結(jié)，為混凝土收光爭取了時間。

(4)降溫。當(dāng)收光完成后，混凝土水化熱反應(yīng)劇烈，混凝土固結(jié)加速，周圍模板用手觸摸會有燙手的感覺，如若不及時降溫會造成混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫，因此在收光后的4小時～6小時在其表面進(jìn)行澆水降溫。

(5)養(yǎng)護(hù)。澆筑時采取沖毛機(jī)噴霧增加倉面空氣的溫度，澆筑完畢后，保持表面時刻濕潤，用塑料薄膜粘貼進(jìn)行混凝土表面封閉，以達(dá)到保水的目的。為保證混凝土表面濕潤，采取連續(xù)澆水的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。當(dāng)陽光較強(qiáng)時須進(jìn)行草袋、麻袋遮蓋。

6 結(jié)語

本文結(jié)合新疆瑪河紅山嘴引水工程,開展了C60硅粉混凝土現(xiàn)場澆筑工藝的研究，初步摸索出了一套有關(guān)C60高性能硅粉混凝土科學(xué)合理的施工技術(shù)，得到以下結(jié)論：

(1)硅粉作為一種摻和料，具有很高的火山灰活性和微集料性能，能夠提高混凝土的抗?jié)B、抗凍、抗沖磨能力及力學(xué)性能。

(2)采用覆膜收光硅粉混凝土的方法，改進(jìn)了抹面收光的方式,縮短了混凝土的收光時間。

（3)采用塑料薄膜覆蓋的方法,隔絕了與空氣的接觸，形成其類似于混凝土蒸養(yǎng)室的內(nèi)部環(huán)境，降低了表層混凝土和內(nèi)部混凝土的溫度差。

[1]楊昆.硅粉混凝土的抗?jié)B透性機(jī)理的分析[J].公路運輸文摘，2003(9)∶26-29.

[2]馬少軍,韓蘇建,曹四偉,等.硅粉混凝土在水利工程中的應(yīng)用[J].西北水資源與水工程,200011(4)∶51-54.

[3]趙宏.高性能C70泵送硅粉混凝土在小浪底工程中的應(yīng)用技術(shù)[J].中國水利，2004(12)∶60-64.

[4]B.W. Langan,K Wenig, M A Ward.Effect of silica fume and flyash on heat of hydration of Portland cement [J].Cement and Concrete Research,2002,32∶1 045-1 051.

[5]卜貴賢.硅粉混凝土配合比設(shè)計方法的探討[J].西北水力發(fā)電，2002(2)∶102-105.

[6]李永慶,紀(jì)冬.硅粉混凝土在溢洪道剝蝕處理中的應(yīng)用[J].東北水利水電,2008(4)∶17-18.

[7]稷瑤，張煤霞．綠色高強(qiáng)混凝-硅灰混凝土[J].安全與環(huán)境工壤，2002(3)∶33-36．