双膨胀水泥混凝土的膨胀性能

1、双膨胀水泥混凝土的膨胀性能    摘要：双膨胀水泥是在中热和低热矿渣硅酸盐水泥基础上，同时利用了钙矾石与氧化镁二者的膨胀。本文对此种水泥拌制的混凝土的自生体积变形、在钢筋约束下的膨胀应力以及约束试件的强度进行了试验。结果表明，双膨胀水泥混凝土具有较好的微膨胀性，在早期与后期均能产生一定的膨胀，在钢筋约束条件下能够产生比较稳定的预压应力，约束试件的强度比没有约束时有所提高，适用于具有一定约束条件的水工混凝土。 关键词：双膨胀 混凝土 自生体积变形 预压应力   双膨胀水泥，包括双膨胀中热硅酸盐水泥与双膨胀低热矿渣硅酸盐水泥，其主要特点是，在中热或

2、低热矿渣硅酸盐水泥的基础上，同时利用了水泥中钙矾石与水镁石两者膨胀，钙矾石膨胀主要发生在早期，水镁石膨胀主要发生在后期，两者取长补短，以获得适宜的膨胀量与膨胀分布1。因此，双膨胀水泥不仅保留了中热或低热矿渣硅酸盐水泥低水化热等的全部优点，同时又具备较好的微膨胀性能，适合于在水利水电工程中基础约束区、导流洞及导流底孔回填等具有一定约束条件的部位中应用。 在浙江大学实验室研究的基础上，湖南特种水泥厂生产了一批双膨胀水泥，并由长江科学院进行全面的混凝土性能方面的试验，本文主要介绍双膨胀水泥混凝土的自生体积变形、约束条件下的膨胀应力及其强度的试验情况。 1 试验过程 1.1 配制混凝土的原材料 (1)

3、525双膨胀中热水泥和42533，细度模数为2.71.(4)外加剂，采用三峡工程使用的减水剂zb-1和引气剂dh9s. 1.2 混凝土配合比 分别用双膨胀中热水泥和双膨胀低热矿渣水泥配制90d龄期标号为250和200的混凝土，配合比见表2，减水剂掺量为0.7%，引气剂掺量为0.5/万。 1.3 试验方法 自生体积变形试验按水工混凝土试验规程sd105-82进行，试件尺寸为20cm×50cm的圆柱体。常规测试的养护温度为20±1。另外考虑到氧化镁水化反应与温度关系密切，为了了解较高温度下的膨胀性能，又作了一组前后两种温度的养护的试验，龄期40d前为20±1，之后为3

4、8±1。 表1 双膨胀水泥强度与膨胀率          抗折强度/mpa    抗压强度/mpa    水化热/(j/g)    净浆膨胀率/(10-6m/m)    水泥名称         3d    2

5、8d    3d    28d    3d    7d    7d    28d    90d    180d    525双膨胀中热水泥    6.2    

6、9.2    30.8    58.9    231    265    610    920    1140    1380    425双膨胀低热水泥    4.5  

7、0; 8.2    18.9    44.3    181    213    730    880    960    1010    表2 双膨胀混凝土配合比      

8、60;                       混凝土材料用量/(kg/m3)              代号    设计标号    水泥品种&#

9、160;   水灰比    砂率(%)    塌落度/cm    含气量(%)                             水泥 

10、0;  水    砂    石              m250    r90=250    525中热    0.50    31    200 

11、   100    648    1494    5    4.0    l200    r90=200    425低热    0.55    31    178

12、60;   98    651    1506    5    4.5    钢筋约束膨胀应力的试件为15cm×45cm的圆柱体，中部对称布置两根钢筋，钢筋两端与限制膨胀的钢板相连，在两根钢筋之间放置一电阻应变计。养护温度为20±1。当混凝土膨胀时，试件全端面受到两端压板的约束，试件中钢筋、混凝土与应变计三者基本一致，这样应变计测得的应变可以代表钢

13、筋的应变，由此可推算钢筋的拉应力与混凝土的预压应力。 所有试件都进行了密封处理，试验过程中保持绝湿状态。所用电阻应变计的型号为di-25，以1d龄期的测试值为基准值。 对两种混凝土在约束条件下养护与无约束条件下养护的抗压和劈拉强度进行对比试验，养护龄期有28d和90d，试件尺寸为10cm×10cm×10cm立方体，约束方式为特制大钢度试模，约束试件成型后带模养护至测试龄期拆模。4  过流破损面形成原因、修补工艺及修补效果4.1  过流面破坏形态及原因4.1.1  均匀型磨损泄水闸、冲沙闸的闸室底板及侧墙底部、消力池

14、护坦底板等这些混凝土过流面在洪水推移质和挟沙水流的长期冲磨下，通常的破坏形态是均匀磨损，磨损结果使混凝土的中、粗骨料出露，或修补面（主要是铸石砂浆修补层）的均匀磨损剥离，磨损面上有零星的水流向沟槽。运行检修表明：泄水闸、冲沙闸过流面400#抗冲耐磨混凝土有良好的抗破损性能，铸石砂浆修补层抗冲耐磨性能也很好，这些过流面在水流冲磨下，通常形成均匀磨损4.1.2  沟槽型磨损剥蚀沟槽型磨损剥蚀主要发生在消力池护坦板水平段、斜坡段浇筑分块缝及伸缩缝上，在弧门侧止水及底止水破损射流处，新老混凝土接触面或不同的修补材料界面上也会发生。沟槽型磨损剥蚀使沿缝沿界面冲磨成v型槽，槽深可达数十

15、毫米。4.1.3  成块状剥离在修补过的过流面上，因修补材料与老混凝土面结合不牢，在过流水冲击下，修补材料沿结合面成块状剥离。主要原因是修补材料选择不当，材料配制不合适，特别是修补界面工艺处理质量问题所致。4.1.4  冲坑状破损冲坑状破损主要发生在机组排沙底孔上游检修闸门底槛前后。大江机组排沙底孔每年汛期开启排沙，近几年水下检查时发现，极大多数排沙底孔检修闸门底槛和周边混凝土底板有冲坑，坑深有达数十厘米的，部分底槛钢板磨损。排沙底孔进水口流速45m/s，不属于高速水流区，底槛前沿2m处设置有纵向（与坝轴线平行）的底板软缝，但软缝基本上完好。冲坑状破损的

16、原因主要有以下几点：（1）大江电站排砂底孔进口检修门底槛冲坑的出现与机组发电、进水口旋流冲磨有关。2004年1月，20#机左排砂底孔进口在相邻机组停机情况下，潜水检查和水下摄影显示：进口底板面无淤积，冲坑内充填有卵石推移质，裸露的底板混凝土面上卵石似回旋状，冲坑显然受到挟石水流的冲磨。（2）排砂底孔开启冲沙，挟沙（卵石）水流通过进口底板磨损区，水流发生紊乱，推移质撞击磨损面，加速了冲坑的形成和发展。（3）冲坑主要发生在进口底槛二期混凝土区，底槛钢板上下游两侧边缘与底板混凝土的接缝以及底槛二期混凝土区似是薄弱区，容易产生冲蚀磨损。（4）大江电站前沿是沙卵石汇集区，排砂底孔是汇集区沙卵石推移质的出

17、库通道，受挟沙（卵石）水流磨损的机率多。葛洲坝上游30km处三峡水利枢纽的施工，大江截流前后大量弃渣入库葛洲坝，也加大了排砂底孔进口底槛冲坑形成的可能性。（5）排砂底孔进口冲坑形成区的流速约4m/s，排砂底孔流道内流速可达515m/s。但是，经过十几年运行，历次抽查排砂底孔流道过流面，其混凝土冲磨痕迹轻微，流道混凝土过流面基本完好。排砂底孔流道内水流顺畅、流态稳定，历年累计开启运行仅数千小时；但是，排砂底孔进口底槛处水流紊乱，排砂底孔未开启时，进口底槛也受到机组发电水流的影响。例如，2001年3月，13#机左、13#机右排砂底孔进口检修门底槛冲坑经过pbm聚合物混凝土铺填的简易修补后，在200

18、1年、2002年汛期，该两孔并未开启冲沙，但是在2003年4月的水下检查时发现（该两孔水下检查前均开启冲淤20分钟），该两孔进口冲坑修补面已全部冲失。这些现象表明：排砂底孔进口混凝土过流面磨损和冲坑的形成与排砂底孔开启运行关系并不密切相关。4.2  过流面修补工艺4.2.1  无水条件下的修补工艺（1）除去修补面上的疏松物质和充填物，打毛基面，修补面边缘凿成垂面，基面清洗、排净积水、用风枪吹干。（2）根据所选修补材料种类对修补面打底，涂刷界面处理剂。使用水泥类修补材料的，例如水泥混凝土、聚合物水泥混凝土等，修补前须在修补面上均匀地涂刷薄层水泥净浆或聚合物

19、乳液水泥净浆作粘结剂，然后再填补混凝土。使用环氧类修补材料的，填补前应在修补面上先均匀地涂刷一层环氧基液。（3）修补面填补水泥混凝土的，用平板震捣器震捣密实，稍后抹平表面，终凝后养护。修补面填补铸石砂浆的须分层（35cm）铺料震实、抹压平整，数小时后用湿草袋养护。修补面填补环氧砂浆的应分层（每层约2cm）覆盖，每层要反复抹压，补完后数小时方可进水。纵横缝上填充修补材料时必须用硬纸板导缝。水下修补面浇筑pbm聚合物混凝土的，修补面应彻底清除淤物，有条件的压水冲洗干净，以利修补材料与基面的结合。4.2.2  水下（进水口）过流面修补（1）无筋简易修补开启闸孔冲淤，排去进口淤积物

20、；潜水员探摸冲坑，估测面积和深度，确定铺填冲坑的修补量；潜水员清理修补面(用钢刷及清水刷洗)，水下接料，破料袋将修补材料注入冲坑，用戴手套的手拍打修补料，整平修补面；重复接料，注料，拍打，直至冲坑填满。（2）有筋方案修补水下检查，分为过流面普查和冲坑测量。冲坑测量采用网格法，由潜水员在水下结合水下摄像，以合适间隔（20cm30cm）对冲坑进行纵横深测量定位，确定冲坑位置及修补面所需要的工程量。采用回弹仪对冲坑区底板进行原混凝土强度检测。确定基坑开挖边线和挖凿处理。采用液压切割、镐铲设备进行基坑边界10cm深的直立面切凿和坑内修凿。基坑布设锚筋、钢筋网片。冲坑范围内深度大于15cm区域，设置25

21、螺纹钢锚筋，锚筋间距及孔深30cm，锚筋采用hk983锚固剂锚固，锚筋顶应低于修补面3cm，钢筋网片与锚筋以及原混凝土内埋筋焊接连成整体。高压水清洗基坑面，根据浇筑材料作基坑分区、分仓，模板分片插设、相临搭接，分仓一般不多于3个。浇筑水下环氧混凝土或pbm聚合物混凝土。根据基坑分仓浇筑用量,配合比试配，配料和拌料、袋装浇筑料、传递到水下作业面,潜水员接料后破料袋将浇筑材料注入基坑、铺平抹光，直至与原底板混凝土面接合平整，清除残余的浇筑料。冲坑修补期间，宜在作业区布置水下灯阵，水下摄像监控，监理（管理单位）工序签证。4.3  修补效果(1)泄水、冲沙闸的闸室及消力池护坦过流面使用的二级配400#抗冲耐磨混凝土，其抗冲耐磨性能很好，经过多年的汛期高速水流（1020m/s）冲磨，过流面呈均匀磨损，通常仅磨损出露中、小骨料。在过流面混凝土普遍磨损深度35cm时，采用铸石砂浆均匀修补，利用铸石骨料的耐磨特性，抵抗推移质及悬移质的冲磨破坏，其修补效果优于400#抗冲耐磨混凝土，而且铸石砂浆成本较低（成本为环氧砂浆