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1、小浪底水利枢纽塔群进水口抗高速挟沙水流冲磨保护层施工张 涛（中国水利水电第十一工程局科研所， 河南三门峡市 472000）【摘 要】主要介绍了黄河小浪底水利枢纽工程塔群进水口抗泥沙磨损保护层的施工，并简要综述了施工材料的特点。【关键词】小浪底工程； 抗泥沙冲磨； 施工； NE型环氧砂浆；质量控制与检测1、 工程概况 黄河是世界罕见的多泥沙河流，小浪底水利枢纽工程位于黄河中游三门峡工程下游约140公里处，汛期最大断面流速1418m/s，平均含沙量80100kg/m3，最大瞬时含沙量911kg/m3，因此解决好建筑物过流道泄洪排沙系统部位因高速挟沙水流引起的磨损和防护技术是小浪底工程成败的关键课题
2、之一。 小浪底工程的泄洪排沙系统包括3条排沙洞、3条孔板洞、3条明流洞、1条溢洪道、1条灌溉洞和进水塔群及出水口消力塘，其中排沙洞等部位的运行水头高达120m，具有高水头、含沙量大、流速大等特点，因此工程技术规范设计要求进水塔的排沙洞、孔板洞和明流洞的过流面混凝土表面必须设置抗冲刷和抗磨蚀保护层。洞口尺寸（宽高）分别为：1#3#排沙洞3.5 5.0 m， 1#3#孔板洞4.5 15.5 m，1#明流洞5.6 18.0 m，2#3#明流洞9.0 17.5 m。2、工程技术规范设计要求和材料选择 小浪底工程技术规范中的“XLD-IC-2”部分和“LOT2（98）设代字012号” 文件对抗磨保护层所
3、选取的材料、施工部位和面积均作出了具体规定。2.1 施工部位和面积 小浪底工程抗磨保护层原设计量为3723m2，后修改确定为16814m2。其中，层厚10mm的面积为8280m2，施工部位是明流洞的边墙、顶拱和底板，以及排沙洞和孔板洞的底板；层厚5mm的面积为8523m2，施工部位是排沙洞、孔板洞的边墙和顶拱。表1 抗磨保护层分布情况部位桩号面积（m2）10mm层厚5MM5mm层厚1#排沙洞0+019.90+054.769308974.72#排沙洞0+019.90+054.769308974.73#排沙洞0+019.90+054.769308974.71#明流洞0+002.90+070.000
4、339102#明流洞0+002.90+052.800178703#明流洞0+014.00+054.000128701#孔板洞0+005.30+040.50029718702#孔板洞0+005.30+040.50029718703#孔板洞0+005.30+040.5002971870小计82808534合计168142.2 施工材料选择2.2.1对设计要求的材料和配比进行验证试验 工程技术规范规定抗磨层保护施工材料选用环氧砂浆，并对原材料的生产厂家和配比作了指定。 按规范要求，工程监理工程师、中国水利水电科学研究院和中国水利水电第十一工程局对指定的材料和配比进行了验证试验，试验结果显示抗压强度仅
5、为25.6MPa，是设计要求（不小于85MPa）的30%，与混凝土粘结强度为2.9MPa，是设计要求（不小于4.5MPa）的64.4%。且材料的施工工艺仍是传统的施工现场称量、拌合各种化工原材料的加热、有毒施工工艺。最近国内外的研究成果表明1，规范中指定的一些材料，如丙酮和二丁脂等非活性添加剂掺加在环氧砂浆中不但会降低环氧砂浆的力学性能、影响施工性能，更严重的是随时间的推移会加速环氧砂浆的老化，影响其使用耐久性能，国外已经禁止在复合性建筑材料中使用这些添加剂。 根据这一试验结果和研究成果，小浪底工程设计单位和业主联合下发了更改施工材料的通知。2.2.2选择替代材料 监理工程师和工程承包商对具备
6、资格的瑞士Sika公司、中国水利水电第十一工程局和国内某防腐抗磨公司三家单位所提供的环氧砂浆样品（分别为DUR30型、NE型和KF型）进行主要力学性能试验和论证2。试验结果见表2。由于KF型环氧砂浆仍旧为传统的材料和加工、施工方法，首先被淘汰。 随后又对DUR30型和NE型两种材料进行了两次模拟现场工艺试验，考察它们的施工性能和环氧砂浆施工层与混凝土的粘结效果，试验结果见表3。两次模拟现场工艺试验证实，NE型环氧砂浆的施工面粘结拉拔强度好于DUR30型材料。另外，NE型环氧砂浆施工时不粘施工器具，DUR30型材料粘附较为严重，使用时比较麻烦。因此，DUR30型材料也被淘汰。 以上试验结果证明，
7、NE型环氧砂浆能够满足工程设计要求，被选定作为小浪底工程进水口高速过流面混凝土的冲蚀磨损保护施工材料，由中国水利水电第十一工程局和第十四工程局施工。表2 三种材料主要力学性能试验结果材料类型抗压强度 /MPa抗拉强度 /MPa与砼粘结强度/MPa 材料特点NE型112.614.45.0（砼断）双组份，施工方便、快捷，无毒DUR30型97.412.24.5（砼断）双组份，施工简单，无毒KF型82.110.32.8(粘结面)多组份，施工繁杂，有毒表3 两次现场模拟试验检测结果试验部位材料NE型环氧砂浆DUR30型环氧砂浆基面处理钢丝刷刷毛凿毛机凿毛钢丝刷刷毛凿毛机凿毛砼预制板粘结强度/MPa平均1
8、.431.411.481.39最小1.10.81.20.8消力塘廊道砼面上平均2.041.61.61.45最小1.01.01.10.72.2.3 NE型环氧砂浆的特点2.2.3.1主要力学性能优良表4 NE型环氧砂浆的主要力学性能项目抗压强度（MPa）抗拉强度（MPa）粘结强度（MPa）抗压弹模（GPa）线胀系数（mm/mm）抗磨强度（h.m2/kg）龄期28d28d28d与砼28d与钢板28d28d28d指标111.1415.315.2318.1915.7926.9510-67.66说明：1、“28d与钢板”为底层基液粘结强度。 2、试验结果为中国水利水电科学研究院结构材料所测试。2.2.3
9、.2 施工技术先进突破了传统的加热施工工艺，不需对受抹混凝土面和施工器具进行加热，常温即可施工，且不粘施工器具。2.2.3.3 使用方便NE型环氧砂浆和底层基液均分A、B两个组份单独包装，施工时混合搅拌均匀即可，改变了以往现场进行多种化工原材料称量、拌合的传统的繁杂配制和施工程序。2.2.3.4 无毒、污染上海市职业病防治研究所对材料进行了豚鼠皮肤涂擦过敏试验，结果表明环氧砂浆和基液无毒，从而大大改善了传统环氧砂浆恶劣的毒性施工作业条件。2.2.3.5 施工面光洁程度高材料的施工涂抹性能好，施工面平整、光洁，其程度超过水泥砂浆面。2.2.3.6 半机械化施工研制的配套施工器具（包括环氧砂浆拌合
10、机、底层基液搅拌器以及风沙枪等）简化了施工工艺，提高了施工效率和施工质量。2.2.3.7 产品系列化NE型环氧砂浆为系列化产品，不仅适于干燥基面使用，还有适于潮湿基面、低温施工环境、抗推移质介质破坏等类型的产品。3、工程施工3.1 现场工艺试验 在1#排砂洞A孔的边墙和顶拱混凝土面上进行施工前的大面积现场试验（面积约200m2），试验的目的是：.考察NE型环氧砂浆在施工现场条件下的施工操作性能；.通过对比试验，选择合适的基面混凝土糙化处理方法；.确定主要施工技术参数，制订合理的施工方案；.确定施工质量控制方法和检测方案；.考察施工人员的施工方法和施工效率等。 为提高环氧砂浆与基础混凝土的粘结力
11、，现场采用了三种混凝土糙化处理方法钢丝刷刷毛、凿毛机凿毛和风沙喷毛。通过对三种方法的处理效果和工作效率的对比试验与分析，选定风沙喷毛方法。试验结果见表5和表6，确定的施工技术参数见表7。表5 现场试验粘结拉拔强度结果混凝土糙化处理方法钢丝刷毛凿毛机凿毛风砂喷毛最大值1.42.52.6最小值0.60.91.4平均值1.01.632.37离差系数0.270.310.17 表6 三种混凝土糙化处理方法的效率和优缺点方 法效率（m2/台班）优 缺 点钢丝刷刷毛3050操作灵活、损耗少，但效率低、效果差凿毛机凿毛510效率低、劳动强度大、不均匀、易扰动骨料风 砂 喷 毛80120效率高、效果好，但粉尘大
12、 表7 现场试验确定的主要施工技术参数项 目方法和主要技术参数基面处理方法：风砂喷毛；砂：粒径为0.82.0mm硬质干燥砂；工作风压：0.50.8MPa；喷枪嘴距基面距离：3060mm；喷射角度：5080材料拌和 仪器：环氧砂浆用专用拌和机容积30升，转速约30转/分钟，底层基液用专用拌和器 转速约300转/分钟；重量：每次拌和环氧砂浆2040kg，底层基液24kg；时间：环氧砂浆58min，底层基液35min。材料施工施工适用期：环氧砂浆小于180min，底层基液小于150min；底层基液与环氧砂浆的施工间隔时间2060 min；施工面提浆收面时间：施工完毕后30120 min。质量控制控制
13、检测项目：施工面与基础混凝土的粘结拉拔强度、厚度、平整度；检测频度：200m2为一组，每组5个检测点。3.2 基础混凝土施工面的处理3.2.1 按设计要求首先对混凝土面上的预留孔洞、检测洞、缺陷等进行补强处理，经现场监理验收合格后再进行下一道工序。3.2.2 超出技术规范要求的凸出部位，用凿毛机或磨光机磨平。3.2.3 外露钢筋头或其它金属构件，用切割机切除。3.2.4 混凝土面上的油、脂等污染层，用丙酮或弱碱液清洗干净。如果污染层深度超过2cm，要先凿除再进行补强处理。3.2.5 经监理验收合格后的混凝土面，先用风沙喷毛，再用钢丝刷或高压风清除干净混凝土面上的松动颗粒和粉尘。3.2.6交叉作业时宜在喷砂枪头加装一细水管注水，风砂带水形成水帘以降低风尘污染，减少对相临作业面的干扰。3.3 底层基液的拌和与涂刷3.3.1 按供应商提供的比例称量出一定量的基液A、B组份，将B组份倒入A组份内，用专用拌和器搅拌35min即可施工应用。3.3.2 用毛刷将底层基液均匀地涂刷到基面上。基液涂刷要求薄而均匀，不得有漏刷、厚刷流淌等现象。一次涂刷面积应视气温、人员组合、施工条件等实际情况而定。3.3.3底层基
