抗沖耐磨水工混凝土用特種水泥

抗沖耐磨水工混凝土用特種水泥

的研究和應(yīng)用

--------四川嘉華企業(yè)(集團(tuán))股份有限公司

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通過不斷創(chuàng)新的技術(shù)向客戶提供優(yōu)質(zhì)的非金屬工程材料和個(gè)性化的應(yīng)用解決方案,為客戶打造事業(yè)基礎(chǔ),以永遠(yuǎn)不變的真誠(chéng)與客戶攜手,結(jié)成我們共同發(fā)展的伙伴.--------嘉華的使命2目錄前言一、國(guó)內(nèi)研究和應(yīng)用綜述二、技術(shù)路線和研究思路三、前期研究基礎(chǔ)四、低熱水泥道路混凝土性能簡(jiǎn)介五、抗沖耐磨水工混凝土專用特種水泥的研究結(jié)束語3前言

水工混凝土的使用條件比較嚴(yán)酷、施工質(zhì)量要求較高，尤其是水電工程的溢流面、泄洪洞、導(dǎo)流隧洞等過水建筑物的表面，極易受到破壞。一是水中含有的泥沙會(huì)對(duì)建筑物表面混凝土進(jìn)行洗刷和磨損；二是大粒徑的砂石在高速水流的挾帶下會(huì)對(duì)建筑物表面混凝土形成沖撞；三是在高速水流脈動(dòng)壓力作用和高動(dòng)水壓力的長(zhǎng)期作用下，混凝土裂縫會(huì)因空蝕發(fā)生形成坑洞，產(chǎn)生沿裂縫的斷裂、沖毀。因此，要求混凝土具有良好的耐磨、抗沖及防空蝕性能。

空蝕磨損沖撞

過水建筑表面的破壞因素4前言

為了降低泥沙、石塊、水流等因素對(duì)過水混凝土的表面破壞作用，我們認(rèn)為抗沖耐磨混凝土應(yīng)同時(shí)兼具較高的后期強(qiáng)度、抗沖擊韌性、持久穩(wěn)定的致密性等特征。針對(duì)上述特點(diǎn)和要求，四川嘉華企業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司從混凝土基材水泥著手，研制了相應(yīng)的專用水工特種水泥，把它作為提高抗沖耐磨水工混凝土性能的重要技術(shù)措施之一。持久穩(wěn)定的致密性（抗空蝕）高后期強(qiáng)度（抗磨）抗沖擊韌性（抗沖撞）抗沖耐磨混凝土的基本特性51

國(guó)內(nèi)研究和應(yīng)用綜述————————————6

近年來，國(guó)內(nèi)許多水利科研單位先后開展了水工泄水建筑物抗沖磨材料及工藝的研究和應(yīng)用，并取得一些有價(jià)值的研究效果和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。目前，抗沖磨材料按膠凝材料主要分為有機(jī)膠凝類和無機(jī)膠凝類，有機(jī)膠凝類主要有高分子聚合物的聚合物膠結(jié)混凝土、呋喃混泥土、環(huán)氧樹脂混泥土等。無機(jī)膠凝類主要有硅粉混泥土、改性硅粉混泥土、纖維混泥土、粉煤灰混泥土等，另外還有鑄石板、條石、鋼板等。環(huán)氧樹脂等有機(jī)膠凝類混泥土雖然有很高的抗沖磨能力，但材料成本高，固化劑有一定的毒性，與基底混泥土的線膨脹系數(shù)不一致，在自然條件下會(huì)逐漸老化、開裂、脫空。其他抗沖磨材料如鋼材具有良好的抗沖擊韌性，但很難牢固地錨固于混凝土中，而且造價(jià)較高；鑄石板抗高速懸移質(zhì)泥沙沖磨能力較好，但材料脆性，抗沖擊強(qiáng)度低，極易被擊碎；花崗巖等條石質(zhì)地堅(jiān)硬，抗沖磨性好，只是韌性差，開采加工難，施工費(fèi)時(shí)費(fèi)力。上述技術(shù)路線主要著眼于混凝土的第二、第三、第四或第五組份復(fù)合材料，有的著眼于提高混凝土的硬度，有的著眼于提高混凝土的韌性，但在整體兼顧抗沖磨混凝土的后期強(qiáng)度、抗沖擊韌性、致密性等綜合性能方面存在一些不足，仍需進(jìn)一步研究和開發(fā)。72

技術(shù)路線和研究思路————————————8

影響抗沖磨混凝土性能的因素主要有：⑴水泥基材料本身的性能特性；⑵混凝土的配合比設(shè)計(jì)。因此，在配制抗沖磨混凝土?xí)r，除對(duì)骨料、礦物及化學(xué)外加劑進(jìn)行優(yōu)選外，還應(yīng)對(duì)在混凝土中起主導(dǎo)作用的膠凝材料——水泥組成進(jìn)行優(yōu)化。

抗沖耐磨混凝土除需滿足水工混凝土的技術(shù)要求外，還應(yīng)具有優(yōu)良的抗沖耐磨功能。通常情況下，普通硅酸鹽水泥由于熟料礦物組成具有高C3S和C3A特點(diǎn)，決定了其難以滿足抗沖耐磨混凝土的技術(shù)要求。

針對(duì)抗沖耐磨混凝土高后期強(qiáng)度、抗沖擊韌性、持久穩(wěn)定的致密性等特點(diǎn)，抗沖耐磨專用特種水泥除應(yīng)具有水工水泥的一般特點(diǎn)外，須具備高后期強(qiáng)度、低水化熱、耐磨性能、良好的粘聚性、低彈性模量、優(yōu)良的抗裂性能和抗干縮性能等特點(diǎn)。本研究課題的技術(shù)路線是：通過對(duì)不同類型的水泥基材料及其配制的混凝土的性能進(jìn)行對(duì)比研究，開發(fā)出抗沖耐磨混凝土專用水泥品種。水泥基材骨料礦物外加劑化學(xué)外加劑第五組份

水泥基材料在混凝土中起主導(dǎo)作用93

前期研究的基礎(chǔ)————————————10

比較通用硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱普硅水泥）、中熱硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱中熱水泥）和低熱硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱低熱水泥）的性能及特性：⑴水泥組成表1列出了普硅水泥、中熱水泥以及低熱水泥的化學(xué)成分以及礦物組成。

表1水泥熟料的化學(xué)成分及礦物組成

水泥品種SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OC3SC2SC3AC4AF普硅水泥21.665.313.2965.751.210.65//62.514.98.510中熱水泥21.224.684.1362.953.951.060.180.553.521.643.8516.67低熱水泥23.064.594.5759.881.391.120.170.4320.6550.534.4413.89從水泥化學(xué)成分可以看出，低熱水泥具有較明顯的低鈣（CaO）、高硅（SiO2）特點(diǎn)。三種水泥的礦物組成中的C3S和C2S含量相差較大，普硅水泥和中熱水泥中的C3S含量均在50%以上，而C2S的含量?jī)H為20%左右；在低熱水泥中C2S含量達(dá)45%以上，而C3S的含量?jī)H為20%左右。11

⑵水泥強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律

表2列出了普硅水泥、中熱水泥以及低熱水泥的不同齡期強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。

水泥強(qiáng)度，抗折/抗壓，MPa品種3d7d28d3m低熱水泥3.1/14.34.3/20.18.3/50.110.4/65.6普硅水泥5.6/27.57.1/38.38.0/51.59.0/60.6中熱水泥4.5/18.55.8/27.58.1/50.29.7/62.3表2不同水泥品種的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果普硅水泥和中熱水泥早期水化速度快，一般水泥7d強(qiáng)度即能達(dá)到28d強(qiáng)度的60～80%，而低熱水泥由于以貝利特礦物為主，早期水化活性相對(duì)較低，7d強(qiáng)度約為其28d強(qiáng)度的40～60%，7d以后的強(qiáng)度增進(jìn)率明顯高于普硅水泥和中熱水泥，至28d齡期時(shí)強(qiáng)度與普硅水泥和中熱水泥相當(dāng)。3m齡期時(shí)，低熱水泥強(qiáng)度超出普硅水泥和中熱水泥約3～5MPa，表現(xiàn)出良好的長(zhǎng)期強(qiáng)度性能。12

⑶水化熱水化熱使大體積混凝土內(nèi)部溫度升高,對(duì)大體積混凝土工程尤其是對(duì)大壩混凝土而言，混凝土內(nèi)部溫度過高，就可能致使混凝土的內(nèi)外溫差過大，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，當(dāng)該溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大體積混凝土的開裂。有關(guān)水工混凝土耐久性的調(diào)查結(jié)果表明，大型混凝土壩在建設(shè)和運(yùn)行過程中均可能產(chǎn)生裂縫，其中70%的裂縫是溫度裂縫，由于溫度裂縫大多是貫穿性的，其危害極大。因此，如何提高大壩混凝土的抗裂能力，減少或避免溫度裂縫的產(chǎn)生，一直是從事溫度應(yīng)力控制及設(shè)計(jì)、施工、試驗(yàn)研究人員所非常關(guān)注的問題。當(dāng)前控制溫度裂縫的措施有許多種，不過最根本最有效的還是采用水化熱低的水泥。眾所周知，在不同水化齡期，硅酸鹽水泥水化放熱的多少與已發(fā)生反應(yīng)的熟料礦物數(shù)量有關(guān)，同時(shí)也取決于水泥熟料的礦物組成、水泥顆粒粒徑分布、水灰比以及養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度等。Taylor認(rèn)為，由波特蘭水泥熟料的礦物組成，可依據(jù)以下公式估算和預(yù)測(cè)不同試驗(yàn)齡期波特蘭水泥的水化熱：

Ht=a(C3S)+b(C2S)+c(C3A)+d(C4AF)

式中Ht為水化放熱值；a、b、c、d為不同齡期熟料單礦放熱常數(shù)（見表3）。

13表3各熟料礦物的水化熱常數(shù)（kJ/kg，溶解熱法）礦物系數(shù)3d7d28d90d365d完全水化C3Aa88715561377130111671672(1144)1C3Sb243222377435490517C4AFc2894944944103774182C2Sd5042105176226262注:1為與石膏反應(yīng)生成C4A從表3可見，C3A的水化熱與放熱速率最大，C4AF與C3S次之，C2S的水化熱最小，放熱速率也最慢。因此，要降低水泥的水化熱，應(yīng)通過降低C3A含量、C3S含量，增加C2S含量，適當(dāng)增加C4AF含量來解決。H12，2為CH過量生成水榴石時(shí)。14表4不同品種水泥的水化熱水泥品種水泥水化熱（kJ/kg）3d7d28d60d90d180d1y普硅水泥253297357379391406419中熱水泥233268318351356377387低熱水泥202232270295307321335

從表4可以看出，低熱水泥的水化熱明顯低于普硅水泥以及中熱水泥。低熱水泥在不同水化齡期的水化放熱比中熱水泥低約15%，比普硅水泥水化熱低20～25%。⑷干縮性能試驗(yàn)方法按JC/T603-2004《水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法》進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表5。15表5水泥膠砂干縮率試驗(yàn)結(jié)果水泥品種7d14d28d3m6m普硅水泥0.0600.0830.1030.1150.118低熱水泥0.0400.0470.0610.0680.069低熱水泥的干縮率低于普硅水泥，各齡期的干縮率為普硅水泥的50%～70%。而且低熱水泥的干縮穩(wěn)定期較短，28d后的干縮率基本無變化。這表明低熱水泥具有優(yōu)于普硅水泥的抗干縮性能。⑸耐磨性能耐磨性是道路水泥的重要性能指標(biāo)，GB13693-2005《道路水泥》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以磨耗量表示，道路水泥不大于3.00kg/m2。低熱水泥的耐磨試驗(yàn)按JC/T421-2004《水泥膠砂耐磨性試驗(yàn)方法》進(jìn)行。經(jīng)檢測(cè)，低熱水泥的磨損量?jī)H為1.41kg/m2。具有良好的耐磨性能。

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低熱水泥道路混凝土性能簡(jiǎn)介———————————17

“低熱硅酸鹽水泥道路混凝土性能的研究”是四川嘉華企業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司和華南理工大學(xué)合作開展的研究項(xiàng)目，主要是針對(duì)低熱水泥水化熱低、干縮小、后期強(qiáng)度高和耐磨好的性能特點(diǎn)，開展低熱水泥和普硅水泥配制的道路混凝土的部分性能對(duì)比研究，以期拓展低熱水泥在道路工程建設(shè)的應(yīng)用。

⑴干縮性能低熱水泥和普硅水泥（P·O42.5R）的水泥膠砂干縮對(duì)比試驗(yàn)表明，兩種水泥膠砂的收縮均隨著齡期的增加而增加，但低熱水泥在不同實(shí)驗(yàn)齡期的膠砂干縮率小于普硅水泥（P·O42.5R）的水泥。低熱水泥之所以具有較小的干縮，這主要與它水化漿體的孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，漿體中影響干縮的小孔含量較少。⑵抗沖擊性能采用落錘重力法。試驗(yàn)儀器為落錘重力試驗(yàn)機(jī)，錘頭重3kg，試塊大小為l00mm×100mm×50mm，錘頭從30cm的高度向下對(duì)試塊進(jìn)行沖擊。當(dāng)試塊出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的開裂時(shí)試驗(yàn)停止。以每組6個(gè)試塊的平均沖擊次數(shù)為準(zhǔn)。低熱水泥和普硅水泥的水泥砂漿的抗沖擊性能試驗(yàn)表明，低熱水泥膠砂有著優(yōu)異的抗沖擊性能，無論是在28d還是長(zhǎng)齡期，低熱水泥砂漿的抗沖擊性能要遠(yuǎn)超出普硅水泥。

18根據(jù)水泥水化理論：2C3S+7H20=C3S2H4+3Ca(OH)22C2S+5H20=C3S2H4+Ca(OH)2低熱水泥砂漿體內(nèi)的Ca(OH)2含量比普硅水泥的水泥砂漿低，在水泥水化產(chǎn)物中Ca(OH)2的結(jié)晶度較高，因此低熱水泥混凝土試樣漿體內(nèi)具有較小的晶膠比，這使得混凝土的脆性小，抗沖擊性能也好。（見圖1）其次，水泥水化生成的Ca(OH)2通常容易富集在漿體--集料的界面，由于抗沖磨漿體內(nèi)生成Ca(OH)2量少，對(duì)漿體--細(xì)集料界面的影響也較弱，界面之間的粘結(jié)力更大，使得試塊受到外界沖擊時(shí)漿體--細(xì)集料的界面不至于成為薄弱環(huán)節(jié)，因此，抗沖磨膠砂具有更好的抗沖擊性能。同樣，在相同粗骨料的情況下，抗沖磨配制的混凝土也具有更好的抗沖擊性能。（1號(hào)為低熱水泥，2、3號(hào)為普通水泥）19其次，水泥水化生成的Ca(OH)2通常容易富集在漿體--集料的界面，由于低熱水泥漿體內(nèi)生成Ca(OH)2量少，對(duì)漿體--細(xì)集料界面的影響也較弱，界面之間的粘結(jié)力更大，使得試塊受到外界沖擊時(shí)漿體--細(xì)集料的界面不至于成為薄弱環(huán)節(jié)，因此，低熱水泥膠砂具有更好的抗沖擊性能。同樣，在相同粗骨料的情況下，抗沖磨配制的混凝土也具有更好的抗沖擊性能。（6）耐磨性能

試驗(yàn)結(jié)果以混凝土耐磨度來表征，試驗(yàn)結(jié)果表明，28d齡期時(shí)低熱水泥所配制的混凝土耐磨度略低；至90d齡期時(shí)低熱水泥耐磨度大幅增長(zhǎng)，遠(yuǎn)超過普硅水泥混凝土，耐磨性能明顯優(yōu)于普硅水泥。這主要是因?yàn)榈蜔崴嗟腃2S含量高，相同質(zhì)量的C2S比C3S水化后生成更多的C-S-H凝膠，提高了漿體的膠凝性和致密性，從而提高了混凝土的耐磨性。通過TG曲線的計(jì)算可知，28d齡期以后，低熱水泥水化產(chǎn)物中生成的凝膠的量最多，而Ca(OH)2晶體含量少，因此其晶膠比也最小，使得其混凝土具有較小的脆性，較好的抗沖擊性能。同時(shí)，大量凝膠的生成提高了漿體的致密性，阻斷了孔與孔之間的連通，減少了連通孔，減小了水分的散失。20（7）水化程度

28d齡期時(shí)低熱水泥的水化率低于普硅水泥，90d齡期時(shí)低熱水泥水化率已超過了普硅水泥。此外，根據(jù)C3S和C2S的水化反應(yīng)式可以看出，C2S水化后生成的凝膠的量是同質(zhì)量C3S的1.32倍。凝膠不僅對(duì)整個(gè)漿體提供了膠結(jié)作用，同時(shí)還填充了漿體內(nèi)的孔隙，提高了漿體的致密性。

215抗沖耐磨水工混凝土專用特種水泥的研究______________________________221、抗沖耐磨水工混凝土專用水泥技術(shù)要求針對(duì)結(jié)合水電工程抗沖耐磨水工混凝土的施工特點(diǎn)及要求，結(jié)合前期對(duì)低熱水泥研究成果，研發(fā)適用于抗沖耐磨水工混凝土用特種水泥采取的主要技術(shù)措施如下：在前期取得的低熱水泥研究成果基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化低熱水泥的組成，即適當(dāng)提高熟料礦物中硅酸二鈣（C2S）和鐵鋁酸四鈣（C4AF）量，同時(shí)在確保低熱水泥性能的前提下適度降低水泥的粉磨細(xì)度。根據(jù)抗沖耐磨混凝土的性能要求，在大量的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，確定了抗沖耐磨水工混凝土專用水泥的技術(shù)指標(biāo)如下：⑴化學(xué)要求

硅酸二鈣（C2S）≥42.0%；鐵鋁酸四鈣（C4AF）≥15%；鋁酸三鈣（C3A）≤4.5%氧化鎂≤5.0%；三氧化硫≤3.5%；

⑵物理性能要求

比表面積≥280m2/kg；

7d抗壓強(qiáng)度≥13.0MPa；28d抗壓強(qiáng)度≥42.5MPa；90d抗壓強(qiáng)度≥52.5MPa，（W/C=0.46）水化熱：3d≤230kJ/kg；7天≤260kJ/kg;安定性：合格。

232、生產(chǎn)的主要技術(shù)難點(diǎn)

由于該水泥中硅酸二鈣（C2S）較高（大于42.0%），后期抗壓強(qiáng)度（90d）抗壓強(qiáng)度大于52.5MPa。因此，在生產(chǎn)中首要任務(wù)是生產(chǎn)技術(shù)方案的優(yōu)選；其次是在熟料煅燒中要穩(wěn)定熱工制度和嚴(yán)格控制各相關(guān)參數(shù)，以確保C2S的活性；三是在粉磨水泥過程中，嚴(yán)格控制水泥比表面積在規(guī)定范圍且具有合理的顆粒組成和分布，以獲得比低熱水泥更低的水化熱、更低的需水量和穩(wěn)定增長(zhǎng)的后期強(qiáng)度。3、抗沖耐磨水工混凝土專用水泥的性能特點(diǎn)長(zhǎng)科院前期試驗(yàn)表明，抗沖耐磨水工混凝土專用水泥具有水化熱低、需水量少、外加劑適應(yīng)性好等特點(diǎn)，混凝土的強(qiáng)度從28天到90天有較大幅度的提高，90天到180天還能持續(xù)增長(zhǎng)；混凝土90天齡期的室內(nèi)試驗(yàn)抗沖磨效果較好。同時(shí)施工工藝簡(jiǎn)單、無特殊要求，經(jīng)測(cè)算，其綜合施工成本比現(xiàn)有方案低。⑴需水量低在混凝土中，由于要保證混凝土拌合料的和易性，其用水量比水泥水化所需的用水量大很多。一般水泥水化所需的用水量為水泥質(zhì)量的15%～20%，而實(shí)際施工用水量為水泥質(zhì)量的50%～70%甚至更多，多余的水在水泥硬化后蒸發(fā)，因此，在水泥石--集料的界面區(qū)域形成大量的、各種孔徑的孔隙；此外，因泌水作用、混凝土的收縮以及溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的微管和微縫，這些缺陷是導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降和性能指標(biāo)低劣的根本原因。24通過普硅水泥、中熱水泥、低熱水泥實(shí)驗(yàn)研究，在保證混凝土流動(dòng)性前提下，抗沖耐磨混凝土專用水泥的用水量低于普硅水泥、中熱水泥和低熱水泥的需水量，提高了混凝土的施工性能。

⑵長(zhǎng)期耐磨性好不同品種水泥配制的混凝土在不同試驗(yàn)齡期磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。水泥品種28天單位面積磨損量（kg/m2）90天單位面積磨損量（kg/m2）180天單位面積磨損量（kg/m2）360天單位面積磨損量（kg/m2）普硅水泥42.54.013.823.523.25中熱水泥42.54.323.633.323.08低熱水泥42.54.313.873.452.03抗沖耐磨專用水泥4.52.711.921.51表6不同品種水泥磨損試驗(yàn)（試驗(yàn)均在200N的負(fù)荷下進(jìn)行）254、抗沖耐磨水工混凝土的研究針對(duì)深溪溝水電站導(dǎo)流洞抗沖磨混凝土的技術(shù)要求，嘉華公司與長(zhǎng)科院合作開展了抗沖耐磨特種水泥混凝土性能研究及工程應(yīng)用工作。4.1

深溪溝水電站工程概況大渡河深溪溝水電站位于四川省西部大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤處，是一座以發(fā)電為主的大型工程，電站裝機(jī)4臺(tái)，總裝機(jī)容量660MW，年發(fā)電量32.85億kWh。深溪溝水電站工程兩條導(dǎo)流洞均布置于壩址右岸，1#導(dǎo)流洞全長(zhǎng)1370.07m，2#導(dǎo)流洞全長(zhǎng)1503.54m，圓拱直墻斷面，凈斷面尺寸為15.5×18.0m，采用鋼筋混凝土襯砌。導(dǎo)流洞工程襯砌混凝土總量約為22萬m3，其中抗沖磨混凝土約為4萬m3，抗沖磨混凝土設(shè)計(jì)采用C40W6F50、二級(jí)配?，F(xiàn)行的抗沖磨混凝土設(shè)計(jì)一般采用兩種方案：方案一：采用加纖維和硅粉以及鐵鋼碴來達(dá)到設(shè)計(jì)的抗沖磨混凝土要求，這種方案施工工藝比較復(fù)雜，且綜合成本較高；方案二：以添加特殊外加劑來提高混凝土的抗沖磨性能。目前在深溪溝電站施工的抗沖磨混凝土設(shè)計(jì)采用以添加特殊外加劑HF來提高混凝土的抗沖磨性能但這種方案在導(dǎo)流洞施工中存在拌和物性能不夠理想、施工工藝較特殊復(fù)雜的問題，在同樣采用該方案的大崗山導(dǎo)流洞施工中出現(xiàn)了混凝土溫度過高以及開裂等現(xiàn)象。264.2抗沖耐磨混凝土技術(shù)要求指標(biāo)

HFC40W6F50施工配合比設(shè)計(jì)要求如表7。28d抗沖磨強(qiáng)度(h.m2/kg)28d抗壓強(qiáng)度(MPa)28d抗?jié)B標(biāo)號(hào)28d抗凍標(biāo)號(hào)初始坍落度(cm)1h坍落度保持值(cm)級(jí)配骨料最大粒徑(mm)>2.3C40W6F5016~18>15二40混凝土抗沖磨強(qiáng)度采用圓環(huán)法，其抗沖磨強(qiáng)度指標(biāo)按2.3h.m2/kg取用,抗磨試驗(yàn)應(yīng)磨至骨料一定深度.4.3

抗沖耐磨混凝土試驗(yàn)方案

混凝土配合比的實(shí)驗(yàn)方案如表8所示。配合比1為采用覺托花崗巖人工骨料和萘系減水劑的普通混凝土配合比，作為抗沖磨性能試驗(yàn)的比較基準(zhǔn)。表7深溪溝水電站導(dǎo)流洞抗沖磨混凝土技術(shù)要求27配合比HF1為按抗沖磨混凝土設(shè)計(jì)的較高強(qiáng)度HF混凝土配合比，通過試驗(yàn)研究其抗沖磨性能較配合比1提高的幅度情況。配合比方案3采用高耐磨的水泥品種（抗沖耐磨專用水泥）進(jìn)行配合比試驗(yàn)。配合比編號(hào)配合比方案代號(hào)膠材骨料減水劑水泥摻合料覺托人工骨料萘系減水劑HF外加劑聚羧酸減水劑普硅42.5抗沖耐磨專用水泥一級(jí)粉煤灰1C40W6F50HGY√√√√HF1HF1C40W6F50√√√√√3KCMC40W6F50√√√√表8抗沖磨混凝土配合比性能試驗(yàn)方案284.4抗沖耐磨混凝土性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)配合比試驗(yàn)的主要依據(jù)如下：⑴《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》DL/T5330-2005⑵《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》DL/T5150-2001⑶《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001⑷《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)規(guī)范》DL/T5207-2005⑸《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GBl75-1999⑹《用于水泥和水泥混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005⑺《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)范》DL/T5100-1999⑻《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》GB/T8077-2000⑼《混凝土外加劑》GB8076/1997⑽《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》DL/T5151-200129

4.5抗沖耐磨混凝土原材料

4.5.1水泥配合比1和配合比HF1中水泥采用金頂P.O42.5R普硅水泥，其物理力學(xué)性能滿足有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，試驗(yàn)結(jié)果見表9。表9金頂P.O42.5R普硅水泥物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)量單位標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)結(jié)果細(xì)度%≤10.02.8安定性/必須合格合格凝結(jié)時(shí)間初凝min不得早于45185終凝h:min不得遲于10:004:25抗壓強(qiáng)度3天MPa≥16.024.228天≥42.548.6抗折強(qiáng)度3天≥3.54.828天≥6.57.9檢驗(yàn)依據(jù)GB/T1346-2001GB175-1999GB/T208-94GB/T17671-1999GB1345-9130配合比3中水泥采用四川嘉華企業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司生產(chǎn)的抗沖耐磨水工混凝土專用水泥，其物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表10。試驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)量單位標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)結(jié)果低熱水泥抗沖耐磨專用水泥細(xì)度%/2.244.28安定性/必須合格合格合格凝結(jié)時(shí)間初凝min不得早于60245283終凝h:min不得遲于12:004:155:35抗壓強(qiáng)度7天MPa≥13.018.415.628天≥42.545.545.390天/56.857.6抗折強(qiáng)度7天MPa≥3.54.22.728天≥6.58.07.690天/10.510.6表10低熱水泥、抗沖耐磨混凝土專用水泥物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果314.5.2粉煤灰

抗沖磨混凝土選用內(nèi)江電廠白馬牌Ⅰ級(jí)灰，試驗(yàn)結(jié)果見表11，從檢測(cè)數(shù)據(jù)可見，粉煤灰質(zhì)量滿足GB/T1596-2005標(biāo)準(zhǔn)中Ⅰ級(jí)灰要求。檢驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)要求（Ⅰ）檢驗(yàn)結(jié)果單項(xiàng)判定細(xì)度（45μm方孔篩篩余）≤129.3合格燒失量%≤5.04.5合格需水量比%≤9593合格SO3%≤30.57合格含水率%≤10.81合格堿含量%≤1.50.42合格檢驗(yàn)依據(jù)GB/T1596-2005表11Ⅰ級(jí)粉煤灰檢驗(yàn)結(jié)果324.5.3細(xì)骨料砂、石骨料均為覺托砂石廠提供。試驗(yàn)用砂（人工砂）檢驗(yàn)結(jié)果見表12。從檢測(cè)成果可見，試驗(yàn)用砂的品質(zhì)均滿足DL/T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求。檢驗(yàn)項(xiàng)目細(xì)度模數(shù)表觀密度（kg/m3）堆積密度(kg/m3)石粉含量（%）含泥量（%）標(biāo)準(zhǔn)要求2.40～2.80≥2500/6～18≤3.0檢驗(yàn)結(jié)果2.78264615778.750.2顆粒級(jí)配篩孔尺寸（mm）10.05.02.51.250.630.3150.16檢驗(yàn)結(jié)果累計(jì)篩余（%）標(biāo)準(zhǔn)范圍1區(qū)010～035～565～3585～7195～80100～90細(xì)度模數(shù)μx=2.78砂級(jí)配屬Ⅱ區(qū)2區(qū)010～025～050～1070～4192～70100～903區(qū)010～015～025～040～1685～55100～90實(shí)測(cè)值01.419.335.656.978.691.1檢驗(yàn)依據(jù)DL/T5151-2001DL/T5144-2001表12試驗(yàn)用砂（覺托）檢驗(yàn)數(shù)據(jù)334.5.4粗骨料碎石檢驗(yàn)結(jié)果見表13~表14。從檢測(cè)數(shù)據(jù)看，試驗(yàn)用石所檢指標(biāo)均滿足DL/T5144—2001《水工混凝土施工規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求。檢驗(yàn)項(xiàng)目表觀密度（kg/m3）堆積密度(kg/m3)壓碎值（%）針片狀含量（%）含泥量（%）標(biāo)準(zhǔn)要求≥2550/≤10≤15≤1檢驗(yàn)結(jié)果267213858.52.00.19檢驗(yàn)依據(jù)DL/T5151-2001DL/T5144-2001表14覺托中石（粒徑20~40）品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果檢驗(yàn)項(xiàng)目表觀密度（kg/m3）堆積密度(kg/m3)針片狀含量（%）含泥量（%）標(biāo)準(zhǔn)要求≥2550/≤15≤1檢驗(yàn)結(jié)果267213852.70.16檢驗(yàn)依據(jù)DL/T5151-2001DL/T5144-2001表13覺托小石（粒徑5~20）品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果344.5.5外加劑

HF混凝土外加劑出廠檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)無國(guó)標(biāo)可循，根據(jù)廠方提供企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)結(jié)果如下表15。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：HF外加劑生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)QB/1999.10備注水泥品種金頂P.O42.5普通硅酸鹽水泥基準(zhǔn)砂漿用水量140ml(流動(dòng)度140±5mm)檢驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)要求檢測(cè)結(jié)果PH值10～1412細(xì)度（%）（1.25mm篩余）≤107.4含水量（%）≤30.6水泥膠砂流動(dòng)度（mm）≥130165水泥：標(biāo)準(zhǔn)砂：水：HF外加劑1：2.0：0.35：0.02外加劑檢驗(yàn)按照《混凝土外加劑標(biāo)準(zhǔn)》（GB8076-1997）進(jìn)行檢測(cè)，外加劑的檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果見表16（減水劑摻量為0.6%，引氣劑按推薦摻量0.06‰）。表15HF外加劑檢測(cè)結(jié)果35表16外加劑檢驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)量單位緩凝高效減水劑引氣劑標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)結(jié)果萘系減水劑摻量‰/6.0/0.06減水率%≥1220.6≥67.2泌水率比%≤10061.9≤7055.8含氣量%＜4.51.9＞3.04.6凝結(jié)時(shí)間差初凝min>+90+199-90~+120+73終凝min+221+86抗壓強(qiáng)度比3d%≥125157≥95977d%≥125217≥959628d%≥120172≥909136抗沖磨混凝土配合比3外加劑選用上海麥斯特建材有限公司生產(chǎn)的牌號(hào)為RHEOPLUS26R的聚羧酸類高效減水劑，引氣劑為上海麥斯特建材有限公司生產(chǎn)的MICROAIR202。外加劑檢測(cè)結(jié)果見表17。試驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)量單位高效減水劑引氣劑標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)結(jié)果PLUS26RAIR202摻量‰/4.7/0.03減水率%≥1823≥66.8泌水率比%≤10035≤7041.6含氣量%＜4.51.0＞3.04.5凝結(jié)時(shí)間差初凝min-60~+90+11-90~+120+76終凝min+18+83抗壓強(qiáng)度比3d%≥125135≥90967d%≥125177≥909128d%≥120158≥8589表17麥斯特外加劑檢驗(yàn)結(jié)果374.5.6水采用瀑布溝黑馬建設(shè)營(yíng)地生活用水。4.6混凝土配合比試驗(yàn)抗沖磨混凝土試驗(yàn)配合比見表18，抗沖磨混凝土配合比試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表19所示，抗沖磨試驗(yàn)結(jié)果見表20。38表18

抗沖磨混凝土試驗(yàn)配合比(kg/m3)編號(hào)總膠材水泥水砂小石中石減水劑引氣劑灰水膠比HF摻量(%)備注1430340146.2778.6752.6332.62.580.0043900.34/基準(zhǔn)(覺托)HF13793031308306884598.30760.342.193420336130.2714.3815.8349.63.360.0063840.31/抗沖耐磨專用水泥39表19

抗沖磨混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果A配合比編號(hào)水膠比抗壓強(qiáng)度(MPa)容重(kg/m3)砂率(%)初始坍落度(cm)7d28d90d10.3439.349.757.524104217.5HF10.3442.051.5/24864215.330.3141.561.878.62438381740表19

抗沖磨混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果B配合比編號(hào)坍落度保持值(cm)混凝土凝結(jié)時(shí)間含氣量(%)抗凍標(biāo)號(hào)抗?jié)B標(biāo)號(hào)備注0.5h1h2h初凝(h)終凝(h)28d28d113.510513183.0>F50>W9拌和物性能良好HF13//8.5141.2>F50>W9泌水、板結(jié)、離析31615129.5163.3>F50>W9拌和物性能良好41表20

抗沖磨混凝土配合比抗沖磨試驗(yàn)成果（水下鋼球法）A配合比編號(hào)齡期(d)受沖磨面積(m2)試驗(yàn)前重量(kg)72h試驗(yàn)后重量(kg)72h損失量(kg)72h抗沖磨強(qiáng)度h/(kg/m2)1280.070717.32416.7300.5948.5710.070717.20416.6970.50710.04HF1320.070717.72116.9890.7326.9540.070717.22516.2830.9425.4033350.070717.23816.6610.5778.820.070717.34416.9210.42312.03950.070717.69817.3960.30216.6942配合比編號(hào)72h抗沖磨強(qiáng)度平均值h/(kg/m2)較基準(zhǔn)增減比例（%）72h磨損率（%）72h磨損率平均值（%）較基準(zhǔn)增減比例（%）19.3003.433.190.002.95HF16.18-33.604.134.8050.475.47310.4412.03.352.89-9.252.4416.6979.001.701.70-46.0表20

抗沖磨混凝土配合比抗沖磨試驗(yàn)成果（水下鋼球法）B43綜合比較分析配合比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用HF外加劑的配合比拌和物性能較差，對(duì)于混凝土抗沖磨性能的改善沒有明顯作用，而采用瀑布溝覺托骨料和B廠外加劑的配合比1、3拌和物性能良好，混凝土抗沖磨強(qiáng)度（鋼球法）能夠滿足設(shè)計(jì)要求，其中配合比3（抗沖耐磨水工混凝土專用水泥）綜合性能最優(yōu)。5、抗沖耐磨水工混凝土的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5.1在深溪溝導(dǎo)流洞的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用在大量的試驗(yàn)研究和取得相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，2007年6月在導(dǎo)流洞工程中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)施工試用，取得了良好的應(yīng)用效果。部分試驗(yàn)結(jié)果見表21。設(shè)計(jì)要求齡期（d）序號(hào)磨損量（kg）累計(jì)（kg）抗沖磨強(qiáng)度h/（g/cm2）磨損率g/（h.cm2）抗壓強(qiáng)度（MPa）286090C9040（現(xiàn)場(chǎng)澆筑1）6710.00760.02127.1430.03738.948.360.120.006137.646.259.430.007335.149.757.5C9040（現(xiàn)場(chǎng)澆筑2）9010.00770.01831.6670.03240.751.362.620.005941.550.659.030.004442.352.960.3現(xiàn)場(chǎng)澆筑配合比膠材用量每立方390kg，其中水泥326kg，粉煤灰74kg（二級(jí)灰），萘系減水劑2.8kg。葛洲壩成型，水電八局實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)表21深溪溝抗沖耐磨水工混凝土部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)（圓環(huán)法）44表22

配合比編號(hào)水膠比水低熱水泥二級(jí)粉煤灰砂大石中石小石砂率級(jí)配外加劑摻量%10.311283516270706086080.37二UNF-10.8520.3112333760620532399.0399.00.32三UNF-10.855.2深溪溝泄洪閘試驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)5.2.1深溪溝電站水電八局現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果:45表23

強(qiáng)度編號(hào)級(jí)配抗壓強(qiáng)度（MPa）坍落度2h坍落度保持值(cm)3天7天28天60天90天1二21.432.555.264.295.52三24.634.957.365.78.5546嘉華水工實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果：表24：配合比編號(hào)水膠比水低熱水泥粉煤灰砂大石中石小石砂率容重外加劑1-10.3108306546345394044040.322450HF7%1-20.3108306546345394044040.322450HF6%2-10.311432357724/4927390.372450HF7%2-20.311432357724/4927390.372450HF6%3-10.3108306546345394044040.322450UNF-10.9%3-20.311432357724/4927390.372450UNF-10.9%3-30.311432357724/4927390.372450HF6%4-10.312034060714/4867290.372450UNF-10.9%4-20.3108306546345394044040.322450HF6%5-10.3114323576265233993990.322450HF0.9%5-20.31118323576285344004000.322460HF2%5-30.3112434060716/6096090.372460HF2