水工高性能耐磨蚀混凝土的研究及探讨.pdf
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1、1综述 水工高性能耐磨蚀混凝土的研究及探讨 杨志昂 王二强 陈会萍 ( 1 成阳西郊给水工程筹建处 陕西 成阳 7 1 2 0 0 0 ; 2 北京领邦施而固新材料股份有限公司 北京 1 0 1 1 0 0 ; 3 成阳市 自来水公 司 陕西 成 阳 7 1 2 0 0 0 ) 摘要 本文对水工混凝土构筑物磨蚀破坏的原理进行了分析, 根据成阳亭口水库泄洪排沙洞的设计参 数, 依据 D L 厂 丁5 2 0 7 2 0 0 5 水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范 , 设计一种高性能抗磨蚀 混凝土。与高强混凝土、 硅粉混凝土、 高强粉煤灰混凝土相比, 具有极其优异的抗冲耐磨性能, 可 用于抵抗水
2、流冲刷 、 泥沙磨损和高速水流空蚀破坏, 作为水工抗冲耐磨护面材料和耐磨修补材 料使用 。 关键词 抗冲磨 ; 硅粉混凝土 ; 耐磨蚀 ; 铸石 中图分类号: T V 4 3 1 + 9 文献标识码: A 高速水流 、 含 沙水 流、 推 移质水流对水 lT建筑 物的冲刷磨损 和气蚀 破坏一直是水 工 泄流 建筑物 如溢流坝 、 泄洪洞槽 、 泄水 闸 等常见的破坏方式,也一直是水利水电建 设 中长期 关注 、 有 待妥善解决的问题 l J。据 调查 ,我 国运 行 中的大 坝 泄水 建筑 物 有 7 0 存在 不同程度的 冲磨破坏 问题 , 有 的 甚至非常严重 , 不仅 自身遭到破坏 ,
3、而且危 及其他建筑物的安全。其中丰满、 三门峡、 刘家峡 、 龚嘴等_T程, 虽经修补, 还是屡遭 破坏。 混凝土的磨蚀破坏是指含砂 、石水 流 对混凝土表面有冲击 、 摩擦及切削 等作用 , 使混凝土表层逐渐被磨蚀。混凝土的抗冲 磨强度主要取决于组成材料的耐磨性能 、 混凝土的密实度 、水泥石与骨料 的黏结 力 等因素1 3 1。 2 0世纪 7 O年代14 1 , 国内外为提高 水1 二 建筑物的抗冲磨能力而进行的研究和应用 已经非常广泛 , 2 0 世纪 8 0 年代中期以来 , 各类抗 冲磨混凝土 在我 国逐步得 到应用 。 目前 ,水利水电工程中应用 的护面材 料有 硅粉混凝土、高标
4、号普通混凝土以及高强 耐磨粉煤灰混凝土5 1 。 硅粉混凝土目前应用 最 为广泛 ,高强耐磨 粉煤灰混凝士是新 近 研 制开发的新材料 ,在许多lT程 中已得到 应用, 并表现 出良好的发展势头。 硅粉高性能混凝土具有良好的抗冲磨 抗 空蚀性能 ,受到国内外工程界的普遍认 可 ,如 国外 耐 久性 设 计 使用 寿命 为 1 0 0 年 2 0 0年的丹麦大贝尔特海峡lT程 、 丹 麦一瑞典厄勒海峡等T程。硅粉混凝土主 要 缺点 是早期 收缩量大 , 易于开裂 。同时, 随着近年来硅粉混凝土的大量应用 ,硅粉 呈现供不应求的趋势, 价格越来越高。 随着近年来 对粉煤 灰 的深 入研 究 , 出
5、 现了粉煤灰完全或部分代替硅粉的高强粉 煤灰混凝土。HF粉煤灰混凝土在大河 口水 电站 、 黄河 大峡 水电站 、 甘肃古城水 电站 等 水利工程都得 到了很 好的应用 。岩滩水 电 站也采用了掺微珠型粉煤灰的抗冲磨混凝 土。粉煤灰 混凝土的主要缺点是早期抗压 抗冲磨强度都较低, 必须提前施T。 2高性能耐磨蚀混凝土强度参数 的确定 根据 D I_ T 5 2 0 7 2 0 0 5 水1 二 建筑 物抗 冲磨防空蚀混凝土技术规范 的要求 , 考 虑到水流 的空蚀 能力与水 流流速 的 41 0 次方成正比 ,故决 定按水流空化数 和流速 大小对抗磨蚀材料选择提出不同要求。咸 阳亭 口 水库泄
6、洪排沙洞设计参数如下: 流速 : 2 4 ri d s 。 多年平均含沙量 : 5 0 k g m 。 最 大含沙量 : 1 0 0 0 k g m 3 。 泥沙中值粒径:0 0 1 8 m m 。 泥沙平均粒径 :0 0 2 7 mm。 隧道断面 : I- = 7 5 m, H= I l m。 水深 :8 m。 根据水流空化数判断。水流空化数的 计算公 式按照 D I J I 5 2 0 7 2 0 0 5 ,计算得 出 表 1 的水流空化数介于 O 4 l O 5 5 。 对于混凝土 强度等级的确定 ,冲磨介质以悬移质为主 的工程 ,可根据最大流速和平均含 沙量按 表 l 选择混凝土强度等
7、级,并进行抗冲磨 强 度优选试验 。 依 据 D I J l 5 2 0 7 2 0 0 5中 6 _ 3节 中 表 6 3 2的要求,按照给定的含沙量和水流流 速及计算得到的水流空化数,选择混凝土 强度等级,选出的强度等级为 C 5 0 C 6 0 , 根据其表 中注解的建议 ,当水 流中推移质 含量大于 2 k g m 3 时 , 选 用较表 中提 高 12 个强度 等级( 提高 两个等 级 ) 的混凝土 , 因 此 , 混凝土强 度等级为 C 6 0C 7 0 。这也符 合美国A C I 标准的规范( 当流速大于 2 0 m s 时,水T泄水建筑物混凝土设计强度要大 于等于 4 2 M
8、P a ,故决定 流速在 1 5 m s 2 5 m &时, 强度等级最高取 C 6 0 C 7 0 ) , 本 产品强度等级取 C 7 0 。 3试验部分 3 1 原材料的选择 粗骨料: 原苏联学者高连宾在所著 水 1 二 建筑物护面的耐磨性一书中标明了护 面材料的许可不 冲刷流速 , 其 中 , 铸 石的许 可不冲刷流速 、 极 限许可含 沙量 、 泥沙的极 限粒径、 护层厚度均不受限制。 铸石砂石骨 料物理力学性 能指标见表 l 。 铸石砂石 骨料物理力学性能指标 项 目 单 位 指标 项 目 单位 指 标 密度 g , c m 2 9 磨损硬 度 e m e m O 0 8 吸水率 O
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