惠州抽水蓄能电站水道衬砌混凝土抗软水侵蚀措施初探.pdf

水 力 发 电 第 3 6卷第9 期 2 0 1 0年 9月 惠 州 抽 水 蓄 能 电 站 水 道 衬 砌 混 凝 土 抗 软 水 侵 蚀 措 施 初 探 朱小飞 ，刘亚军 ，陈云长 ( 1 中国水 电顾 问集 团中南勘测设计研究院 ，湖南长沙4 1 0 0 1 4 ； 2 南方 电网调峰调频发 电公 司惠州 I 抽水蓄能 电站建 设管理局 ， 广东惠州 5 1 6 1 0 0 ；3 广 东省水利 电力勘测设计研究院 ，广东广州 5 1 0 6 3 5 ) 摘 要 ：在广东花岗岩地区地表水多属软水 ，水中多含有侵蚀性 的 C O ，广蓄一、二期水 道运行数年后其混凝土表 面都 出现 了不同程度的侵蚀 。惠蓄电站对水道混凝土抗软水 侵蚀 问题进行 了研究和探讨 ，从水道衬砌混凝土配合 比 和混凝土表面防护两个方面采取 了抗软水侵蚀措施 ，可供类似工程参考和借鉴。 关键词 ：水道 ；衬砌混凝土 ；软水侵蚀 ；措施 ；惠州抽水蓄能电站 St ud y o n t he S o f t W a t e r Er o s i o n-Re s i s t anc e M e a s ur e f o r t he Co ndui t Conc r et e Li n i ng o f Hu i z h o u P u mp e d S t o r a g e Po we r S t a t i o n Z h u X i a o f e i ， L i u Y a j u n 2 ， C h e n Y u n e h a u g ( 1 H y d r o C h i n a Z h o n g n a n E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ， C h a n g s h a H u n a n 4 1 0 0 1 4 ； 2 H u i z h o u P u m p e d S t o r a g e Po we r S t a t i o n Co n s t r u c t i o n Ma na g e me nt Bur e a u ，Hui z h o u Gua n g d o ng 5 1 61 0 0；3Gu a n g do n g Pr o v i n c i a l I n v e s t i g a t i o n D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d E l e c t r i c P o w e r ， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 6 3 5 ) A b s t r a c t ： T h e s u r f a c e wa t e r i n g r a n i t e a r e a s o f G u a n g d o n g i s mo s t l y s o ft wa t e r ，a n d h a s a h i g h e r c o n t e n t o f CO 2 a n d h i g h e r c o r r o s i v e t o c o n c r e t e T h e c o n c r e t e S u rfa c e o f c o n d u i t i n Gu a n g z h o u P u mp e d S t o r a g e P o w e r S t a t i o n h a s b e e n s u f f e r e d d i f f e r e nt d e g r e e s o f e r o s i o n a f t e r a f e w y e a r s o pe r a t i o nTh e s o f t wa t e r e r os i o n t o t h e c o n du i t o f Hui z ho u Pu mp e dS t o r a g e Po we r S t a t i o n wa s s t ud i e d ，a nd t he me a s u r e s t o e r o s i o n r e s i s t a n c e we r e a d o pt e d f r o m t he 1 u i x o f l i ni ng c o nc r e t e a n d t h e s u rfa c e c o nc r e t e pr o t e c t i o n K e y W o r d s ： wa t e r w a y ； c o n c r e t e l i n i n g ； s o f t wa t e r e r o s i o n ； me a s u r e ；Hu i z h o u P u mp e d - S t o r a g e P o w e r S t a t i o n 中 图分 类 号 ： T V6 7 2 2； T U9 91 3 8； TV 7 4 3 ( 2 6 5 ) 文 献 标 识 码 ： A 文章 编 号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 0 ) 0 9 0 0 4 0 0 3 1 问题的提出 通 常 ，抽 水 蓄 能 电 站 上 、 下 水 库 完 全 靠 地 表 水 ( 降 雨 ) 补 给 ，因 此 水 库 的水 质 将 不 可 避 免 地 对 其 水 道 衬 砌 混 凝 土 产 生 直 接 影 响 。 在 广 东 花 岗岩 地 地 表 水 多 属 软 水 ， 水 中 多 含 有 侵 蚀 性 C O 。 广 蓄 二 期 水 道 于 1 9 9 8年 8月 进 行 首 次 充 水 运 行 ， 在 2 0 0 1年 2月 为检修 对 下 游水 道 排 水 放空 后 检 查发 现 整 个 下 游 水 道 衬 砌 混 凝 土 表 面 普 遍 遭 受 侵 蚀 水 泥 浆 皮 已剥 落 被 水 流 带 走 ，露 出 砂 和 粗 骨 料 ， 尾 水 支 洞 和 尾 水 岔 管 的侵 蚀 情 况 尤 为 严 重 ，甚 至 发 现 有 局 部 露 筋现 象 。在 2 0 0 3年 1 0月 因检修 而对 上 游水 道 排 水 放 空 后 检 查 也 发 现 了 同 样 的 现 象 ， 此 时 水 道 运 行 才 囫W a t e r P o u r r l o l 3 6 M， 9 满 5年 。 广 蓄 一 期 水 道 在 2 0 0 5年 1月 检 修 放 空 时 也 发现 同样 的侵蚀 情 况 。为此 ，业 主 专 门 召开 了专 家 咨 询 会 ，尽 管 侵 蚀 损 坏 情 况 尚 未 对 水 道 结 构 安 全 造 成 威 胁 ，但 从 长 远 考 虑 决 定 对 水 道 内 侵 蚀 较 严 重 的 混 凝 土 表 面 涂 刷 一 层 环 氧 树 脂 ， 以 阻 止 水 道 衬 砌 混 凝 土 受 到 内水 的 进 一 步 侵 蚀 。 2 0 0 4年 1 2月 初 ， 业 主 委 托 专 业 机 构 对 惠 州 抽 水 蓄 能 电 站( 以下 简 称“ 惠 蓄 电站 ” )工 程 范 围 内 的 地 表 水 水 质 进 行 了采 样 测 试 ， 测 试 数 据 见 表 l 。 收稿 13 期 ：2 0 1 0 0 7 2 9 作者简 介：朱小飞( 1 9 6 3 ) ，男 ，湖南郴 州人 ，教授级高J= ，硕 士 ，中南咨询公 司副总经理兼 总T程师 ，惠州抽水 蓄能 电站T程监 理 部 总 监 第 3 6 卷第 9期 朱小飞， 等： 惠0 1 1q EB 水蓄能电站水道衬砌混凝土抗软水侵蚀措施初探 I? 0 k 从 表1可 以 判 定 惠 蓄 电 站 水 库 区 的 水 属 软 水 且 水 中侵 蚀 性 CO 含 量 较 高 。 鉴 于 广 蓄 电 站 水 道 出 现 了 较 严 重 的 软 水 侵 蚀 现 象 惠 蓄 电 站 决 定 对 水 道 混 凝 土 抗 软 水 侵 蚀 问 题 进 行 研 究 和 探 讨 。 2 软水侵蚀的机理 水 泥 的 各 种 水 化 产 物 在 一 定 的 C a ( OH) 浓 度 下 是 稳 定 的 ，根 据 有 关 资 料 ， 各 水 化 产 物 的 稳 定 浓 度 如 下 ： 氢 氧 化 钙 C a ( OH) 2 1 3 g L ； 水 化 硅 酸 钙 2 C a O S i O 2 n H2 O】 1 3 g L；水 化 铝 酸 钙 4 C a O A1 2 O3 1 2 H2 O】 1 0 8 g L；水 化 铁 酸 钙 4 Ca O F e O 3 mH2 O 1 0 6 g L； 水 化 硫 铝 酸 钙 3 C a O A1 2 O3 3 C a S O4 1 2 H2 Ol O 0 4 5 g L。 当 溶 液 中 具 有 上 述 的 石 灰 石 浓 度 时 则 各 化 合 物 将 不 会 发 生 分 解( 或 溶 解 ) 作 用 ， 能 稳 定 存 在 ， 否 则 会 发 生 分 解( 或 溶 解 ) 作 用 。 例 如 ， 当 水 中 的 C a ( OH) 2 浓 度低 于 1 3 g L时 ，混凝 土 中水 泥 的 晶体 C a ( O H) ： 就 逐 渐 溶 入 水 中 ， 同时 C ， S ( 3 Ca O S i O ) 水 化 物 中 的 C a O 逐 渐 分 解 溶 出 ，变 成 低 碱 的 硅 酸 钙 化 合 物( C a O S i O n H O) ，其 稳 定 的 极 限 C a ( OH) 浓 度 为 0 9 g L。 水 化 铝 酸 钙 、水 化 铁 酸 钙 和 水 化 硫 铝 酸 钙 也 都 是 在 一 定 的 C a ( OH) ， 浓 度 下 稳 定 的 。 如 果 形 成 一 定 的 条 件 使 混 凝 土 中 C a ( OH) 不 断 溶 出 、流 失 ， 混 凝 土 结 构 逐 渐 疏 松 ， 产 生 空 隙 ， 强 度 逐 渐 降 低 ， 就 会 产 生 软 水 侵 蚀 。 此 外 ， 软 水 侵 蚀 与 水 中 重 碳 酸 盐 C a ( HC O3 的含量 有很 大关 系 ，当其含量 大 时 ，与 水 泥 中 的 Ca ( OH) 化 合 生 成 稳 定 的 C a C O， 沉 淀 ，环 境 水 中 重 碳 酸 盐 含 量 愈 高 ， 对 混 凝 土 的 溶 出性 侵 蚀 作 用 愈 小 。 由 于 抽 水 蓄 能 电 站 水 道 中 水 体 通 常 处 于 流 动 状 态 ，故在 软水 作 用 下水 体 中 Ca ( OH) 浓 度 永 远 达不 到 令 水 泥 的 各 种 水 化 产 物 稳 定 的 浓 度 ，从 而 更 容 易 发 生 软 水 侵 蚀 。 冈 此 ，水 道 衬 砌 混 凝 土 的 抗 软 水 侵 蚀 措 施 一 是 通 过 选 择 适 当 的 混 凝 土 配 合 比 ， 提 高 混 凝 土 致 密 程 度 ： 另 外 是 寻 求 在 水 道 内 涂 刷 适 当 的 保 护 材 料 ， 隔 断 软 水 对 衬 砌 混 凝 土 的 侵 蚀 。 3 水道衬砌混凝土配合比 2 0 0 4年 底 ， 惠 蓄 电 站 委 托 武 汉 大 学 水 利 水 电学 院 进 行 水 工 混 凝 土 抗 软 水 侵 蚀 研 究 。 武 汉 大 学 进 行 了模 拟 试 验 试 验 结 果 表 明 ：随 着 溶 蚀 时 间 的 延 长 砂 浆 和 混 凝 土 被 溶 蚀 越 来 越 严 重 ， 溶 出 的 物 质 也 越 来 越 多 ： 水 灰 比 对 溶 蚀 有 一 定 的 影 响 ， 水 灰 比 大 。 溶 蚀 量 也 大 ； 粉 煤 灰 的 掺 人 会 使 溶 蚀 量 增 大 ： 试 件 厚 度 越 薄 ， 越 不 利 于 抗 溶 蚀 。 试 验 结 果 还 表 明 环 境 水 中 的 CO 含 量 对 软 水 溶 蚀 有 明 显 影 响 ，随 着 水 中 CO 含 量 的 增 大 ， 溶 蚀 加 重 。 此 外 ，试 验 结 果 显 示 ，软 水 对 混 凝 土 的压 力 渗 透 溶 蚀 破 坏 是 有 限 的 ：随 着 渗 透 溶 蚀 时 间 的延 长 密 实 混 凝 土 的渗 透 系 数 将 逐 渐 减 小 溶 出 物 的量 也 越 来 越 少 ，即 混 凝 土 仍 然 具 有 “ 自愈 ”性 。武 汉 大 学 的研 究 报 告 还 指 ，不 管 是 哪 一 类 的溶 蚀 ，最 有 效 的方 法 是 用 防 护 层 将 环 境 水 与 混 凝 土 隔 绝 ， 防 止 环 境 水 进 入 或 接 触 混 凝 土 。 关 于 软 水 侵 蚀 问 题 美 国 AC I 2 1 0委 员 会 报 告 ACl 2 1 0 R 一 9 3 水 工 建 筑 物 混 凝 土 的 剥 蚀 内 有 相 关 描 述 即“ 普 通 水 泥 混 凝 土 不 管 它 有 什 么 其 他 成 分 的 影 响 它 都 不 能 承 受 住 高 浓 度 的 酸 性 水 的 腐 蚀 。 在 有 强 酸 性 环 境 的 区 域 。应 当 采 用 其 他 耐 腐 蚀 的 建 筑 材 料 或 采 用 覆 盖 建 筑 物 表 面 的 方 法 进 行 处 理 用 适 量 的 火 山 灰 水 泥 替 代 部 分 普 通 水 泥 可 以 提 高 混 凝 土 对 弱 酸 性 环 境 侵 蚀 的 抵 抗 性 能 。现 已 发 现 石 灰 岩 和 白 云 岩 骨 料 对 延 长 结 构 的 抗 酸 侵 蚀 寿 命 是 有 好 处 的 P VC材 料 的 内 衬 也 可 用 来 控 制 酸 性 环 境 中 混 凝 土 的 损 坏 和 剥 蚀 ” 。应 当说 明 ，粉 煤 灰 即 人 工 火 山 灰 材 料 。 根 据 侵 蚀 原 理 和 美 国 ACI 2 1 0委 员 会 的 报 告 ，掺 粉 煤灰 有 利 于 抗 溶蚀 性 和 抗 碳 酸侵 蚀 似 乎 与 武 汉 大 学 的 试 验 结 果 有 矛 盾 。 但 笔 者 认 为 ， 比 较 掺 与 不 掺 粉 煤 灰 的 抗 侵 蚀 能 力 ，一 是 在 同 等 强 度 条 件 下 ，掺 粉 煤 灰 降 低 了 混 凝 土 的 早 期 强 度 ，从 而 降 低 了 混 凝 土 抗 侵 蚀 能 力 ；另 一 方 面 从 渗 透 的 角 度 看 ， 掺 粉 煤 灰 不 会 增 加 混 凝 土 的 孑 L 隙 率 ， 只 会 把 混 凝 土 水 力 发 电 2 0 1 0年 9月 中 毛 细 孔 孑 L 径 细 化 这 对 通 过 渗 透 侵 蚀 也 是 不 利 的 。 综 合 国 内 外 已有 研 究 成 果 ，结 合 惠 蓄 工 程 的 实 际 情 况 惠 蓄 电 站 水 泥 选 取 了新“ 金 羊 牌 ” 水 泥 ， 采用 石灰 石作 掺 合料 ，有利 于 混凝 土抗 侵 蚀 ；粉 煤 灰 则 尽 可 能 使 用 I级 灰 ，特 殊 情 况 才 使 用 需 水 量 比 不 大 于 1 0 0 、烧 失 量 在 6 左 右 的 优 质 级 灰 ；粗 骨 料 由 工 地 的碎 石 生 产 系 统 提 供 ，砂 主 要 采 用 东 江 天 然 河 沙 和 部 分 碎 石 系 统 生 产 的 人 工 砂 ；外 加 剂 则 进 行 了 多 种 萘 系 减 水 剂 以 及 聚 羧 酸 类 减 水 剂 比 较 ， 对 其 品 种 、性 能 进 行 试 验 并 检 测 其 减 水 率 和 泌 水 率 以及 对 混 凝 土 外 观 质 量 的 影 响 ，最 终 水 道 衬 砌 混 凝 土 决 定 使 用 聚 羧 酸 类 减 水 剂 ，这 样 有 利 于 减 少 混 凝 土 坍 落 度 损 失 ， 有 利 于 降 低 用 水 量 ， 更 有 利 于 减 少 泌 水 率 ， 提 高 混 凝 土 外 观 质 量 。 经 过 多 次 的 现 场 浇 筑 试 验 以 及 专 家 咨 询 会 议 意 见 。水 道 衬 砌 混 凝 土 设 计 标 号 为 C 2 5 W 8 F 5 0 ( 岔 管 为 C 3 0 W 1 0 F 1 0 0) ， 比 广 蓄 电 站 提 高 一 个 等 级 。 混 凝 土 配 合 比 则 最 终 确 定 为 ：水 灰 比 0 4 5， 粉 煤 灰 掺 量1 5 ， 另 增 加 3 粉 煤 灰 代 替 砂( 弥 补 砂 中 细 颗 粒 含 量 不 足 ) 。 从 惠 蓄 电 站 水 道 衬 砌 混 凝 土 施 工 情 况 来 看 ， 混 凝 土 的 和 易 性 好 ，衬 砌 混 凝 土 的 成 型 质 量 取 得 了 满 意 效 果 。 此 外 ，经 抽 样 检 测 ，水 道 衬 砌 混 凝 土 的 实 际 抗 冻 指 标 大 于 F 1 5 0 4 衬砌混凝土表面抗侵蚀措施 4 1 抗侵 蚀保护 材料 的选 择 为 了 隔 断 软 水 对 水 道 衬 砌 混 凝 土 的 侵 蚀 ， 惠 蓄 电 站 决 定 寻 求 在 水 道 内 涂 刷 适 当 的 保 护 材 料 。经 过 技 术 和 经 济 两 方 面 的 比 较 确 定 采 用 帕 斯 卡 水 泥 基 渗 透 结 晶 P S I 一 2 0 0防 水 涂 料 作 为 水 道 混 凝 土 抗 侵 蚀 的 保 护 材 料 。 其 防 水 机 理 是 ：与 水 作 用 后 ，材 料 中 含 有 的活性 化合 物 通 过载 体( 水 或湿 气 )向混凝 土 内 部 渗 透 ， 在 混 凝 土 中 形 成 不 溶 于 水 的 结 晶 体 。填 塞 毛 细 孔 道 ，从 而 使 混 凝 土 致 密 、 防水 。 主 要 特 性 有 ：属 无 机 材 料 ，抵 御 老 化 、风 化 的 性 能 优 异 ， 耐候 性 能 与混凝 土 同寿命 ： 与 混凝 土 的结 合 性更 为 突 出 ，能 与混 凝 土合 为 一体 ，强度 相 等 ； 可在 迎 水 面 或 背 水 面 施 工 ，与 混 凝 土 组 成 完 整 的 整 体 使 用年 限 与结 构体 一 样 持久 ； 可 在初 凝 混凝 土 或 l 0 0 湿 润 或 初 凝 混 凝 土 基 面 上 施 工 施 工 容 易 并 可 大 大节 省工 期 ； 能抵 御 侵 蚀性 地下 水 、海 水 、氯 离 子 、碳 酸 化 合 物 、氧 化 物 、 硫 酸 盐 及 硝 酸 盐 等 绝 大 部 分 化 合 物 的 侵 蚀 ，起 到 保 护 混 凝 土 和 加 强 钢 筋 的作 用 ， 增 强 混凝 土 的抗 压 性 能 ； 无 毒 ，经 核 准 可 用于 饮用 水领 域 ； 能 穿 透深 入及 封 闭 混凝 土 中 毛 细 管 地 带 及 收 缩 裂 缝 ， 在 表 面 受 损 的情 况 下 ，其 防 水 及 抗 化 学 特 性 仍 能 保 持 不 变 ， 与 混 凝 土 、砖 块 、 灰浆 及 石质 材料 均 1 0 0 相 容 ； 能封 闭 不大 于 0 4 mm 的 混 凝 土 收 缩 裂 缝 渗 透 深 度 达 2 5 0 mm， 不 会 因 撕 裂 、穿 刺 或 接 缝 位 移 而 析 离 。 4 2 抗侵 蚀保 护材料 的施 工 斜 井( 上 斜 井 、 中斜 井 、下 斜 井 ) 防 水 涂 料 施 工采 用 斜井 灌 浆平 台作 为施 T平 台 ，在灌浆 施 _ 完 成 后 自上 而 下 刷 防 水 涂 料 。 平 洞 和 岔 管 利 用 自 制 简 易可 行走 的脚 手 架 管操 作 平 台 ，采取 先灌 浆 后刷 防 水 涂 料 的施 丁 程 序 ，存 灌 浆 单 元 工 程 检 查 孔 封 孑 L 结 束 后 ， 具 备 防 水 涂 料 施 条 件 时 ， 适 时 安 排 相 应 单 元 的 涂 料 施 工 。上 游 调 井 和 尾 水 调 压 井 利 用 竖 井灌 浆 平 台进 行 防水 涂料 施 工 与 竖井 固结 灌 浆平 行作业 防水涂料 超前 施工 ，灌浆施 工 紧随其后 。 抗 侵 蚀保 护 材料 具 体施 工 方法 为 ： 基 层 混凝 土 表 面 处 理 。 首 先 处 理 混 凝 土 缺 陷 。 混 凝 土 基 层 上 的 蜂 窝 、麻 面 及 外 露 拉 筋 头 、锚 同 钢 筋 头 、施 工 缝 错 台 等 按 混 凝 土 缺 陷 处 理 措 施 进 行 处 理 。 然 后 采 用 角 磨 机 除 去 基 层 表 面 上 的 浮 灰 、水 泥 浮 浆 、油 脂 和 污 垢 物 等 ，并 用 清 水 洗 净 。 经 过 处 理 的 基 层 应 坚 固 、平 整 、干 净 、不 松 脱 、 不 起 砂 、不 脱 层 ，符 合 设计 和规 范要求 。 清 洁混 凝 土基 面 。用 高压水 冲 洗 混 凝 土 基 面 ，并 于 涂 刷 前 4 h用 水 充 分 浸 透 基 层 混 凝 土 ，刷 涂 料 时 使 混 凝 土 表 面 处 于 饱 和 面 千 状 态 ( 潮 而不 湿 ) 。 配料 。粉 料与 清 洁水 调 和( 水 中无 盐 、无 有 害 成 分 ) ，用 手 持 搅 拌 机 或 抹 子( 手 戴 胶 皮 手 套 )混 合 搅 拌 ，粉 料 与 水 的 容 积 比 为 5 ： 2 5：将 粉 料 与 水 倒 入 容 器 内 ， 用 搅 拌 器( 搅 拌 机 或 抹 子 )充 分 搅 拌 3 5 rai n， 使 料 拌 和 均 匀 。 一 次 涮 制 的 涂 料 在 3 5 mi n内用 完 。 涂刷 。用 毛刷将 料涂刷 于混凝 土 表 面 ，涂 刷 两 遍 。 第 一 遍 涂 料 时 ，沿 结 构 体 自上 而 下 涂 刷 ，在相 应 的方 向 多 次 涂 刷 第 二 遍 与 第 一 遍 的 涂 刷 方 向垂 直 ， 使 涂 层 的 厚 度 均 匀 ，保 证 表 面 平 整 。 相邻 涂刷 段 之 间搭 接 1 O 0 mm，搭 接 处 先用 水 润湿 再 刷 涂 。 养 护 。涂 刷 完成 后 ，4 8 h内在 涂 层表 面 喷洒 清 水 3 4次 ，若 天 气 炎 热 ，则 增 加 喷 水 次 数 ，防 止 涂 层 脱 水 确 保 涂 刷 质 量 。 5 结语 在 广 东 花 岗 岩 地 区地 表 水 多 属 软 水 水 中 多 含 有 侵 蚀 性 C 0 ， 惠 蓄 电 站 对 水 道 混 凝 土 抗 软 水 侵 蚀 问 题 进 行 了 研 究 和 探 讨 从 水 道 衬 砌 混 凝 土 配 合 比 和 混 凝 土 表 面 防 护 两 个 方 面 采 取 了 抗 软 水 侵 蚀 措 施 ， 虽 然 最 终 效 果 如 何 还 有 待 时 间 检 验 但 解 决 软 水 侵 蚀 问题 的思路 可供类 似 工程参 考和借 鉴 。 ( 责 任编辑焦 雪梅 )