钢渣混凝土在杂木寺水电站工程中的应用.pdf

第 5 1卷第 9期 2 0 1 5年 9月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GAN S U WAT E R R ES OU RC E S A ND H YDR OP O W E R T EC HN OLO GY Vo 1 51 No9 Se p ， 201 5 设计 与研究 钢渣混凝土在杂木寺水电站工程中的应用 王 家辉 ( 甘肃省水利水电勘测设计研 究院。 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 ) 摘要： 最大限度地减轻水工建筑物的8 g ,l 磨损和气蚀破坏是工程建设中亟待解决的问题， 结合钢渣混凝土在杂木寺 水电站工程中的应用， 与普通混凝土进行比较分析， 认为钢渣混凝土具有施工简便、 抗冲磨和抗气蚀破坏性能优良 等特点。 关键词 ： 钢渣混凝土 ； 冲刷磨损 ； 气蚀破坏 ； 杂木寺水 电站 中图分类号 ： T U 5 0 2 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 5 ) 0 9 - 0 0 4 4 0 3 1 工 程概 况 杂木灌 区位于武威市凉州 区东南 地处河西走 廊东端 ， 南靠天祝藏族 自治县 ， 东邻黄羊河灌区 ， 西 与金塔河灌区接壤 ， 北和清源 、 金羊两个灌 区毗邻 ， 距武威城东南约 2 0 k m， 国道 G 3 1 2线 、 兰新铁路横 穿其间 ， 乡镇公路 网络 已形成 ， 交通十分便利。 杂木寺水电站为杂木灌区总干渠梯级 电站中的 第 一级 水 电站 ， 采取 径 流式 无 调 节 干渠 引 水 发 电方 式 ， 为 自流灌 区总干渠的径流式小型水 电站 。主要 由节制闸、 引水明渠 、 压力管道 、 前池 、 发电厂房 、 尾 水渠等组成 设计引水流量 1 4 6 m 3 s ， 采用 3台卧式 混流式水轮发电机组 ， 装机容量 1 7 5 0 k W。本工程 为 等小 ( 2 ) 型工程 ， 主要永 久性水工建筑 物为 5 级 ， 次要水工建筑物及临时性水工建筑物为 5级。 工 程 区位 于杂木 河 出峡谷 后 山前洪 积扇 上游及 细土平原边缘 。 地面高程 2 0 0 0 1 8 0 0 m。0 + 3 6 3 9 8 0 + 5 0 0 8 2段 为 干 沟泥 石 流 堆积 块 碎 石 土 ( s f Q ) ， 厚 5 1 0m 结构不均。 干沟内无常流水 ， 在沟 口泥石流 堆积物呈扇状展布穿过总干渠 ； 0 + 6 7 5 0 6 0 + 8 8 0 6 2 段表层为 冲洪积粉土 ( a l p l Q ) ， 结构疏松 ， 厚 o 3 0 8 m， 具中压缩性 ， 湿陷性强烈 。 其下为冲洪积含漂 石砂卯砾石( a l p l Q ) ，厚度大于 l O m，局部夹有 0 5 1 5 m m粉细砂透镜体。冲洪积含漂石砂卵砾石 颗 粒 组 成 ： 2 0 0 m m 的 质 量 分 数 为 1 2 6 ， 2 0 0 6 0 mm 的质量分 数为 3 9 0 ， 6 0 2 m m 的质量分 数为 3 9 7 2 mm 的质量 分数 为 8 7 。 天然 密度 1 8 - 2 1 g c m ， 紧密密度 2 2 g c m ， 中密。干沟泥石流段地下 水位埋深约 1 0 13 1 ，其他段地下水位埋深 2 5 5 0 m， 水化学类 型为 H C O 一 S O 一 C a型 。对普通水 泥无腐 蚀 性 。 杂木河系山区性河流 ， 河道坡降大 ， 且多夹杂砂 石 ，渠道水工建筑物受夹砂石高速水流破坏非常严 重。如渠首节制 闸闸墩被磨损后 ，大面积水泥砂浆 剥蚀 ， 钢筋成排裸露 ， 受力筋被磨扁磨细 ， 大骨料裸 露 ， 严重影响了闸室的安全正常运行 ， 也大大增加了 闸室的修补费用，消除冲刷磨损和气蚀破坏刻不容 缓。 观察受损混凝土表面发现受夹砂石高速水流 冲磨破坏 的混凝土，是将其组成材料耐 冲磨性能较 差的部分冲磨掉 ，若骨料 中含有软弱颗粒或骨料的 耐磨性能较砂浆低时， 则骨料首先被冲磨成凹坑 。 若 骨料 比砂浆耐冲磨性能强， 则先将砂浆冲磨掉 。 而粗 骨料逐渐突出 ( 突出的骨料便受夹砂石水流的冲磨 作用 ， 对水泥石起到一定的保护作用) ， 可见 混凝土 抗冲耐磨性的好坏，主要取决于各种组成材料的耐 冲磨性 ， 及其在混凝土中的含量。从骨料人手 ， 选用 抗冲磨性及强度都较高 的钢渣作为混凝 土骨料 ， 所 配成 的钢渣混凝土以水泥为胶结材料 ，以钢渣为细 骨料 ， 采用普通混凝土拌和工艺拌制的特种混凝土 ， 对冲刷磨损和气蚀部位进行 了修补。 2钢 渣 混凝 土原材 料及 其性 能 2 1 水 泥 混凝土的抗冲耐磨性能与水泥的品种及标号有 较大的关系， 一般应选用标号较高 ， 耐磨性较强的水 泥( 如硅酸盐水泥 ， 普通硅酸盐水泥 ， 普通硅 酸盐大 坝水泥等 ) 。从国内外试验资料分析， 虽然掺混合材 料的水泥制备的混凝土 ， 在所有龄期 内， 其抗冲磨强 度均较纯硅酸盐水泥制备 的混凝土为低 ，但为 了提 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 9 0 9 作者简介 ： 王家辉( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 甘肃临洮人 ， 工程师 ， 主要从事水 利水 电工程设 计 、 监理 ， E - ma i l ： 1 9 5 5 7 6 2 8 5 q q c o n。 4 4 第 9期 王家辉 ： 钢渣混凝 土在杂木寺水 电站工程 中的应用 第 5 1 卷 高混凝土和易性以及降低工程成本 ， 减少水化热 ， 以 便于增强混凝土的抗裂性能 。 通常是在采用普通硅 酸盐水泥的基础上 。外掺含胶凝材料用量 1 5 的粉 煤灰。普通硅酸盐水泥的物理性能见表 1 所列 。 表 1 水 泥的物理性能 2 2 S b J J n 剂 在混凝土 中掺人减水剂 ， 不但能改善混凝土 的 和易性 ， 节约水泥用量 ， 同时还能提高混凝土的冲磨 强度 。采用复合外加剂 ， 外 加剂木质素磺酸盐掺量 的质量分数为 0 7 。 2 3拌和 水 采用饮用水 ， 符合 钢筋混凝土工程施工及验收 规范 的要求。 2 4砂石 骨料 因为新拌混凝土在振实过程 中颗粒较大的逐 渐下沉 ，在混凝土表面一般是水泥及细集料形成的 水泥砂浆 ， 而磨损最严重的也是这些地方 ， 因此选用 铁砂为细骨料 ， 石灰岩人工石为粗骨料 ， 以降低工程 成本。 钢渣 由武威建材市场采购 ， 进行了多种组合 ， 从 中选取颗粒级配较好的一组 ， 其级配见表 2所列 。 表 2 钢渣 级配 ( 1 ) 粗骨料 粗骨料粒径大小对混凝土的抗 冲耐磨强度有明 显 的影响 ， 较大粒径 的粗骨料是减少混凝土中水泥 石含量而有利于提高混凝土抗冲耐磨强度的简单而 有效的措施 选用抗冲耐磨混凝土粗骨料时 ， 原则上 应尽可能选用建筑物允许的最大粒径 ， 但也不能太 大， 一般不允许超过 4 0 m m。因此 ， 试验用粗骨料采 用二级配 的人工石， 其物理性能如表 3 所列 。 ( 2 )细骨料 采用普通人工砂石拌制混凝土 ， 其物理力学性 能及抗冲耐磨性能见表 4所列 。 表 3 粗骨料物理性能 表 4 人 工砂 的级配 2 5钢渣 混凝 土 与普 通混 凝土 比较 ( 1 ) 混凝土强度 的选择 夹砂水流条件下抗 冲耐磨混凝土抗压强度的选 择 ， 目前没有明确的规定 ， 根据实际夹砂水流情况及 建 筑 物 的重要 程度 ， 选 定混 凝 土标 号为 9 0 d 3 0 0号 。 采用普通混凝土拌和及浇筑成型工艺 ， 对钢渣混凝 土进行配合及混凝土物理性能和普通混凝土进行分 析比较 ， 特别是抗冲耐磨性能的比较。 ( 2 ) 钢渣混凝土配合 比设计 采用普通混凝土配合比设计方法 ，其水胶 比强 度 ( 9 0 d ) 的经验公式进行设计计算 ： R g o = 0 6 9 6 R ( C + P ) 一 1 0 0 3 保证率 8 5 ， 根据以往工程经验 值为 0 1 5 按上式计算水胶 比为 0 5 l ， 考虑到耐久性等其他 因 2 0 1 5年第 9期 甘肃水利水 电技术 第 5 1卷 素 ， 水胶 比定为 0 5 0 ， 配合比见表 5所列。 ( 3 ) 物理力学性能 比较 物理力学性能比较见表 6所列。 ( 4 ) 经济比较 钢渣混凝土 5 8 5元 m3 。 普通混凝土 3 0 0元 m3 。 表 5 钢渣混凝土与普通混凝土配合比 注： 粉煤灰为古城电厂风选灰； 外加剂为复合外加剂( 木质素磺酸盐， 质量分数 0 7 ) ； 粗骨料为人工二级配 6 0 ：4 0 表 6 钢渣混凝土与普通混凝土的物理力学性能 3结 语 ( 1 ) 钢渣混凝土具有优异的物理学性能 ，虽然 其水泥用量 比普通混凝土增加 1 8 。 但其 9 0 d抗压 强度提高 3 9 ， 劈拉强度提高 2 9 。 ( 2 ) 钢渣混凝土具有较强的抗夹砂水流冲磨能 力， 其抗冲磨强度是普通混凝土的 2 1 1 倍。 ( 3 ) 钢渣混凝土采用普通混凝土施工工艺 ， 简 单迅速 ， 拌和时， 混凝土不起团 ， 易于振捣密实， 表面 易抹光 ， 便于规模现场施工。 ( 4 ) 钢渣混凝土的造价虽 比普通混凝 土高 ， 但 从抗 冲耐磨性能、 施工工艺等方面综合分析 ， 宜采用 钢渣混凝土 ， 以减少修补所产生的大笔费用 。 ( 上接 第 3 6页)是党和政府 为农 民群众办 的大好 事 使广大农 民吃上了过去想都不敢想的自来水 ， 改 善 了农村生活面貌和项 目区社会关系 ， 消除了一些 消极和排斥情绪 ， 密切 了党群干群关系， 农 民群众对 政府和干部的工作更热心 、 更支持了。 ( 2 ) 居住在边远 、 高山地 区少数民族群众 ， 饮水 困难问题 由来已久 ， 他们从饮水安全工程 中切身体 会到党和政府的关怀 。 感受到民族政策的温暖， 从通 水前后生活质量的对 比上看到了希望 ， 进一步坚定 了全面建设小康社会的信心。 ( 3 )随着缺水局面的改变 ，用水 引起的纷争大 大的减少 ， 农村社会变的将更加祥和稳定。 46 3 5改善 了生态 环境 农村饮水工程 的实施 。 促进 了改厨 、 改厕 和农 村小康住宅建设 农村生活环境发生了显著变化。环 境卫生用水有了保障 。庭 院和村 落环境得 到美化 ， 农民卫 生习惯得 以改变 ，农村 的生活环境得 到改 善 ； 通过发展舍饲圈养 、 温棚养殖等发展畜牧业 ， 减 轻了草原草场的压力 ， 促进了生态的 自然修复； 通过 农牧 民集 中定居 ， 发展庭 院经济 ， 种植经济林木和 生态林草 ， 也改 善了生态环境 ； 对受风沙侵蚀严重 的风沙区群众来说 。 起到了稳定人心的作用 ， 增添了 他们治理风沙 、 保护家园的信 心 ， 增强 了治理沙 患 的决 心 。