防渗微膨胀混凝土性能的试验研究.pdf

全国中文核 心期刊 新 建 巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 防渗徽膨胀混凝士牲能韵试验研究 吴志刚 ， 张翔 ， 宋春香 ( 1 四川建筑职业技术学院， 四川 I 德阳6 1 8 0 0 0 ； 2 中煤科工集 团重庆研究院， 重庆4 0 0 0 3 7 ) 摘要： 为使水工混凝土满足防渗及工期上的要求， 混凝土采用粉煤灰和U E A膨胀剂的复掺技术， 应用正交试验对膨胀混凝土 的配合 比进行了研 究。结果表 明， 粉煤灰 是试验 的主效应， 并且粉煤灰和膨胀剂 两因子间的交互效应是最强的， 而水灰 比对混凝土 膨胀率的影响不大。综合 比较得 出本试验的最优配合 比为： UE A膨胀剂掺量 1 0 ， 粉煤灰掺量 4 0 ， 水灰 比为 0 4 。此 时膨胀混凝土 的膨胀率达到 5 9 9 x 1 0 ， 抗压强度和劈 拉强度 分别达 3 0 5 5 MP a 、 2 1 6 MP a ， 能够满足渠道防渗的要求。 关键词： 防渗膨胀混凝土； 粉煤灰； 膨胀剂 中图分类号： T U 5 2 8 3 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 1 2 0 0 5 5 0 3 Te s t r e s e a r c h o n p r o p e r t i e s o f i m p e r v i o u s s l i g h t e x p a n s i v e c o n c r e t e U Z h i g a n g ， Z HANG Xi a n g ， S O NG C h u n x i a n g 2 ( 1 S i c h u a n C o l l e g e o f Ar c h i t e c t u r a l T e c h n o l o g y ， De y a n g 6 1 8 0 00 ， Si c h u a n ， C h i n a ； 2 C h o n g - Q i n g B r a n c h o f C e n t r a l C o a l Mi n i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 7 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n o r d e r t o ma ke t h e h y d r a u l i c c o n c r e t e me e t t h e a n t i - s e e p a g e a n d c o n s t r u c t i o n p e rio d r e q u i r e me n t ， t h e t e s t U S e fly a s h a n d UEA mi x i n g t e c h n o l o gy T he mi x pr o p o i o n o f e x p a n s i v e c o n c r e t e i s s t u d i e d b y o r t h o g o n a l e x pe rime n t T h e s t u d y r e s u l t s h o ws t ha t fl y a s h i s t h e r e ma r k a b l e f a c t o r s ， a n d t h e i n t e r a c t i o n e f f e c t o f fl y - a s h a n d UE A i s s t r o n g e s t ， b u t t h e wa t e r c e me n t r a t i o h a s l i t t l e e f f e c t o n t h e e x p a n s i o n r a t e o f c o nc r e t e T h e e x p e r i me n t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t ， a n a d d i t i o n o f 1 0 e x p a n s i v e a g e n t ， 4 0 f l y a s h a n d wa t e r c e me n t r a t i o 04， i s t h e o p t i mu m a d mi x t u r e At t h i s t i me ， t h e e x p a ns i v e c o n c r e t e e x p a n s i o n r a t e r e a c h e d 5 9 9x1 0 ， c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n gth i s u p t o 3 0 5 5 MP a a n d 2 1 6 MP a r e s p e c t i v e l y， c a p a b l e of me e t i n g t h e r e q u i r e me n t s o f c a n a l s e e p a g e c o n t r o 1 Ke y wo r d s ： a n t i s e e p a g e e x p a n s i v e c o n c r e t e fl y a s h ； e x p a n d i n g a g e n t 严寒的气候和漫长的冬季都会使水工建筑的施工和管理 条件发生很大的变化， 工作变得异常困难， 气候的影响会导致 混凝土渠道表面产生裂缝而导致渗漏。为了提高渠道水的利 用系数， 节约有限的水资源， 减少渠道在输配水过程中的渗漏 损失， 迫切需要寻求一种新的防裂防渗技术_ l l。因此， 基于水 工建筑物的混凝土开裂问题，本文在前人研究的基础上进行 了补偿收缩混凝土的配合比 试验研究。 1 混凝土补偿收缩原理 所谓微膨胀混凝土， 就是补偿收缩混凝土， 是一种适度膨 胀混凝土， 是用膨胀来抵消混凝土的全部和大部分收缩， 从而 避免或大大减轻混凝土的开裂。图1 是补偿收缩混凝土的传 统补偿模式，可以看出其膨胀效应不仅发生在混凝土浇筑后 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 8 1 7 作 者简介 ： 吴志刚 ， 男， 1 9 8 1 年 生， 四川 I 资中人 ， 硕士 ， 讲 师， 主要从事 土木工程教学与研究。 地址： 四川省德阳市嘉陵江西路4号， E - m a i l ： 2 3 9 9 4 0 3 41 q qC O B 。 早期， 而且在混凝土浇筑 7 1 4 d 结束水养护后， 混凝土在达 到膨胀率峰值之后， 仍然保持有一定的膨胀率闭 。可见， 膨胀 剂的介入可以使混凝土在初期膨胀， 在后期， 膨胀混凝土的干 缩值亦较普通混凝土为小， 因而只要有合适的膨胀率， 就能有 效控制混凝土收缩裂缝的发生及开展。 2 槲 邀 图 1 补偿收缩混凝土传统补偿模式 2 试验方案及原材料 2 1 。 试验方案 本试验采用三元二次正交旋转组合设计，试验中包括膨 N E W BUl L DI NG M ATE R I AL 5 55 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 吴志刚， 等： 防渗微膨胀混凝土性能的试验研究 胀剂掺量、 粉煤灰掺量和水灰比 等3 个因素。 根据三元二次正 交旋转组合设计安排2 3 组实验点， 1 个实验点里3 组实验： 1 组劈拉实验， 1 组抗压实验， 另外 l 组测膨胀率。 每组实验做3 块试件， 总共2 0 7 块试件。其测量指标分别是 1 、 3 、 7 、 l 4 、 2 8 d 的自由膨胀率及2 8 d 劈拉强度、 2 8 d 抗压强度。利用三元二 次正交旋转的回归分析可以获得1 组与本试验条件相近的最 优配合比及膨胀量。组合设计参数见表 1 。 表 1 三元二次正交旋转组合设计参数表 注： 因数：m 一 二水平全因子试验次数，即2 2 8 ； 巩一星 号点的试验次数， 其次数为全因数个数的 2 倍， 即 2 P = 6 ； I I 1 0 为中心点 的试验次数， 其次数由二次正交旋转组合设计参数表查得， 为 m o = 9 ； N m 总的试验 点数 ； r 一星号臂 。 2 2 原材料 ( 1 ) U型膨胀剂： 西安红旗混凝土外加剂厂生产的U E A 膨胀剂， 化学成分见表2 。 由于其烧失量低， 活性高， 化学成分稳定， 抗压强度高， 能有效 地改进混凝土的力学性能。其化学成分见表2 。 表 2 膨胀剂和粉煤灰的化学成分 项 目 S i O 2 A I 2 0 3 F e 2 0 3 C a O S O 3 Mg O K 2 0 + N a 2 0碱含量 L o s s ( 3 ) 减水剂： 西安红旗混凝土外加剂厂生产的早强高效减 水剂。 ( 4 ) 水泥： 陕西省天柱水泥制造有限公司的天柱牌3 2 5 普通硅酸盐水泥。 ( 5 ) 砂： 渭河河砂， 中砂。 ( 6 ) 卵石： 渭河河滩卵石。 3 试验结果与分析 膨胀混凝土抗压强度和劈拉强度按D UT 5 1 5 0 -2 0 0 1 水工混凝土试验规程 进行试验， 膨胀混凝土的干缩， 湿胀 Ii i i i i D 6 0 3 1 9 9 5 水泥胶砂干缩【 湿胀】 实验方法 进行试 验， 采用混凝土卧式干缩仪进行膨胀率测试。 试验结果见表 ( 2 ) 粉煤灰： 陕西咸阳渭河粉煤灰厂生产的级粉煤灰， 3 。 表 3 混凝土试验结果 5 6 新型建筑材料 2 0 1 2 1 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 吴志刚， 等： 防渗微膨胀混凝土性能的试验研究 3 1 粉煤灰对补偿收缩混凝土性能的影响 掺加粉煤灰能 减少混凝土拌合物的用水量， 也就减少了 混凝土中的毛细孔， 同时使混凝土中的大毛细孔变小， 这样可 以减少毛孔中的水分蒸发， 减少混凝土的干缩变形， 有效改善 混凝土的力学性能。 根据试验结果， 当 膨胀剂掺量和水灰比 不变时， 粉煤灰掺 量与膨胀率的关系曲线见图2 、 图3 。 0 0 0 0 8 0 0 0 0 6 0 0 0 0 4 0 0 0 0 2 O - 0 0 0 0 2 0 0 0 0 4 - o O O O 6 0 0 0 0 8 一 一 _ 、07 1 4 一 时 间 一 图 2 U E A掺量 1 2 、 水灰比0 5 5时的膨胀率曲线 0 0 0 0 3 O 0 o 0 2 0 00 01 O 一 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 0 5 0 0 0 0 6 - 0 0 0 0 7 ； 黻 时 H 一 一 、入 图 3 U E A掺量 7 6 、 水灰 比 0 5 5时 的膨胀率 曲线 从表 3 、 图2 、 图3 可以看出， 当膨胀剂掺量和水灰比不变 时， 粉煤灰掺量与混凝土的抗压强度成反比； 粉煤灰掺量与混 凝土的膨胀率在一定程度上成正比关系， 但是， 当粉煤灰掺量 达到一定时， 膨胀率就不是正比关系了。 当粉煤灰掺量从 1 0 增加到4 0 时， 混凝土的膨胀率也在增大， 最高的是从 - 4 0 6 x 1 0 增加到7 9 6 X 1 0 ； 但当 粉煤灰掺量从4 0 继续增 加时， 混凝土的膨胀率却在降低。 考虑到强度及因子间交互作 用的影响， 粉煤灰的 掺量取4 0 为 宜。 3 2 膨胀剂对补偿收缩混凝土性能的影响 根据试验结果， 当粉煤灰掺量为4 0 、 水灰比为O 5 时， 膨胀率随膨胀剂掺量的变化曲线见图4 。 一 = ： = = = = _ + U 时间 d U E 1 0 U E A = 6 一 、 一 、 图4 粉煤灰掺量 4 0 、 水灰比0 5时的膨胀率曲线 从图4 可以 看出， 膨胀剂掺量从6 3 0 1 0 时 膨胀率上 升； 而膨胀剂掺量从 l o 3 0 1 4 时膨胀率呈下降趋势。强度 和膨胀率的变化也很相似， 所以， 综合考虑分析膨胀剂的最佳 掺量为 1 0 。 3 3 最优配合 比的确定 从以上的效应分析可以得出，粉煤灰掺量对混凝土膨胀 率的影响是最大的， 而水灰比的变化却对其影响不大。 但是从 混凝土的力学性能分析可以得出，膨胀剂掺量和水灰比的大 小对混凝土的强度影响却很大。综合比较得出防渗微膨胀混 凝土的 最优配合比 为： 膨胀剂掺量1 0 ， 粉煤灰掺量4 0 ， 水 灰比0 4 。该配比的膨胀混凝土的膨胀率能达到5 9 9 x 1 0 ， 抗 压强度和劈拉强度分别达3 0 5 5 M P a 、 2 1 6 M P a ， 能够满足渠道 防渗的要求。 4 结语 渠道作为输配水到田问重要的灌溉工程设施，其在灌区 新建和续建配套技术中显得尤为重要。 因此， 本文研究渠道防 渗用的膨胀混凝土，能有效减少渠道混凝土裂缝，可以减少 渗漏 损失、 提高水 利工程的 效益。 通过三元 二次正交 旋转组合 安排实验， 并对实验数据中的混凝土膨胀率进行了回归分析及 效应 分析， 建议采 用的 配合比 为： 膨胀剂 掺量1 0 ， 粉 煤灰掺量 4 0 ， 水灰比0 4 ， 试验表明能满足工程实践的防渗要求。 参考文献： 【 1 吴 景社 ， 李英 能 我国 2 1世纪 农业 用水危机与节 水农 业【 J 农 业 工程学报 ， 1 9 9 8( 3 ) ： 9 5 1 0 1 【 2 吴 中伟 ， 张鸿直膨 胀混凝 土 MI 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 1 9 9 0 3 】 白厚义， 肖俊璋 试验研究及统计分析 M 】 西安： 世界图书出版公 司， 1 9 9 8 4 】 富文权， 韩素芳 混凝土工程裂缝分析与控制【 M 北京： 中国铁道 出版社， 2 0 0 2 ： 1 5 1 8 A j j 业 业 I 奎 窜 一 窖 一 r k 窖kr 夸拓 夸 - 夸kr 剑乔科技江苏公司超高分子量聚乙烯纤维项 目 开工建设 剑乔科技江苏有限公司年产 3 2 0 0 t 超高分子量聚乙烯 纤维项目， 日前在江苏省镇江市开工建设。该项 目位于镇江新 区大港， 占地面积 1 0 5万 I n z ， 规划建筑总面积为5 3 4 9万 m z 。 项目将投资 l 0亿元建设 1 0条超高分子量聚乙烯纤维生产线、 2条无纬布生产线和 l 条年产 1 0万件防弹衣生产线。 该项目建 成投产后， 可实现年销售收入 9 7 亿元。 剑乔科技江苏有限公司是由江苏神泰科技发展有限公 司、 武汉宏朗石化设备制造有限公司、 江苏国侨石化有限公 司、 张家港东升机械有限公司共同投资组建。 ( 沈镇平) N E W BUI L DI NG M ATE R I AL S 5 7 O 5 0 5 0 5 O 1 0 0 1 1 2 0 O O O O O O O 0 O 0 O 0 0 0 O 0 O 一 一 一 一 瓣遴 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m