灌区及水工建筑物新材料探讨灌区及水工建筑物新材料

灌区及水工建筑物新资料讨论苏红鲁张扩成张厚芹济南市邢家渡引黄灌溉管理处摘要:本文引见了近年来水工新资料的种类和在水利工程中的运用情况，并提出了水工新资料的研讨方向向着水下修补资料和快固化、防腐蚀、抗冲磨混凝土外表防护涂层开展。关键词:新型混凝土外加剂聚合物改性水泥灌浆新资料资料科学是近代工业大开展的一个支柱，作为工程资料的水泥混凝土及其相关的建筑资料在汲取各种新资料的营养而蓬勃开展。本文引见了近年来水工新资料的种类和在水利工程中的运用情况，并提出了水工新资料的研讨方向向着水下修补资料和快固化、防腐蚀、抗冲磨混凝土外表防护涂层开展。1新型混凝土外加剂二十余年来，混凝土外加剂产业从无到有，从少到多得到了飞速地开展。目前我国的外加剂消费单位多数是以萘系〔第二代〕减水剂为原料消费复合型外加剂，这些产品都在国家、行业规范规定范围内。然而，随着工程建立向更高新技术方向的开展，对混凝土也提出了更高的要求。例如高层建筑就需求高强、高性能的泵送剂；大体积混凝土需求低的水化热温升和抗裂防水外加剂，大面积的渠道衬砌、广场混凝土要求有较好的抗拉强度和较小的收缩变形的外加剂；在炎热的夏季和日夜延续施工那么需求缓凝剂；钢筋密集的构件施工或为了减少城市噪音污染，那么需求自流平免振捣混凝土外加剂，等等。这些都是运用普通混凝土外加剂所做不到的。新型混凝土外加剂在山东省胶东调水工程、沂沭泗河东调南下续建工程、小清河综合治理工程、河南省巩义市伊洛河五龙橡胶坝工程、济南市邢家渡引黄灌区续建工程及山东省各大水库除险加固工程等工程中得到了广泛运用，处理了许多工程中的难题。高性能引气减水剂〔第二代改性〕可用于配制C50以上的高强泵送混凝土、F300以上的高抗渗、高抗冻混凝土和其他特殊要求的混凝土。其根本特点为高效减水，减水率普通为20%~30%，坍落度损失小，加强效果明显，后期强度坚持缓慢增长。含气量适中，延缓凝结时间，提高混凝土抗冻性和抗渗性以及针对特殊混凝土的特性。新型聚羧酸减水剂的根本特点有掺量低、减水率高，减水率可达40%以上；坍落度经时损失小，预拌混凝土坍落度损失率1h小于5%，2h小于10%〔200mm坍落度的混凝土，2h后坍落度仍为180mm〕；加强效果显著，砼3d抗压强度提高50～110％，28d抗压强度提高40～80％，90d抗压强度提高30～60％；混凝土和易性优良，无离析、泌水景象，混凝土外观颜色均一。用于配制高标号混凝土时，混凝土粘聚性好且易于搅拌；含气量适中，对混凝土弹性模量无不利影响，抗冻耐久性好；能降低水泥早期水化热，有利于大体积混凝土和夏季施工；顺应性优良，水泥、掺合料相容性好，温度顺应性好，与不同种类水泥和掺合料具有很好的相容性，处理了采用其它类减水剂与胶凝资料相容性差的问题；低收缩，可明显降低混凝土收缩，抗冻融才干和抗碳化才干明显优于普通混凝土；显著提高混凝土体积稳定性和长期耐久性。1.1引气减水剂在高性能混凝土中的运用“高强〞仅仅是混凝土性能的一个方面，大量的工程实际阐明，混凝土设计强度缺乏而导致工程破坏的实例虽有但却较为鲜见。而另一方面，许多混凝土构造尤其是处于严酷环境中的构造，由于较差的耐久性正在蒙受严重的损坏。显然，用“高强混凝土〞这一术语已难以描画具有较高的全面性能要求的现代混凝土。“高性能混凝土〞定义的内涵主要包括以下几方面：〔1〕高强度；〔2〕高耐久性；〔3〕高尺寸稳定性；〔4〕高抗裂性；〔5〕高任务性；〔6〕经济合理性。“高性能混凝土〞是一种新型高技术混凝土，它是在大幅度提高普通混凝土的性能的根底上，采用现代混凝土技术，在严厉的质量管理的条件下制成，除了水泥、集料和水以外，必需掺加足够数量矿物外加剂和化学外加剂。高性能混凝土技术途径见图1。1.2引气减水剂在高掺量粉煤灰混凝土中的运用国外从上世纪30年代，国内从上世纪50年代开场在混凝土中运用粉煤灰，但主要目的仅出于经济性思索〔节约少量的水泥〕。随着水工大坝大体积混凝土构造和高强混凝土的开展〔混凝土的热裂问题〕，大掺量粉煤灰成了物尽其用的最正确选择，其掺用比例高达50%。但是国家规范中对素混凝土中掺加粉煤灰确做了严厉的限制，规范上限为15%。经过在渠道衬砌用素混凝土板中高掺35%的粉煤灰进展研讨发现，利用化学激发的方法大掺量粉煤灰混凝土可以满足C30、F200渠道衬砌混凝土的设计要求，且90天龄期耐磨性能与普通混凝土相当，而且大大降低了一方混凝土资料价钱，提高了混凝土衬砌板的体积稳定性，符合国际社会对环境维护呼声日高的开展趋势。也与一些专家提出“某些规范中对粉煤灰用量所设的限制偏于保守〞的说法不谋而合。“高掺量粉煤灰混凝土〞定义在国内外文献中均难以找到，清华大学的覃维祖教授曾对其提出过三点意见。个人以为，为了防止把高掺量粉煤灰混凝土简单地了解为粉煤灰掺量较大的混凝土，而有能够导致步入技术和认识上的误区，应对高掺量粉煤灰混凝土给出一些关键性的规定：〔1〕“高掺量粉煤灰混凝土〞以满足不同工程的设计要求为目的，强度等级范围广，但在特定的任务环境中有良好的耐久性。〔2〕“高掺量粉煤灰混凝土〞应运用高效减水剂，尽能够地减小水胶比，应视工程要求决议能否掺加缓凝剂、引气剂和活性激发剂等。〔3〕“高掺量粉煤灰混凝土〞应具有良好的体积稳定性、任务性与经济性。〔4〕“高掺量粉煤灰混凝土〞的粉煤灰掺量普通不应小于40%。〔5〕“高掺量粉煤灰混凝土〞的原资料必需严厉优选，砂宜选用细度模数3.0以上中偏粗砂，F级低钙粉煤灰的细度和烧失量均越低越好。高掺量粉煤灰混凝土的主要特点有：各龄期的强度开展与粉煤灰质量、配合比设计直接相关，尤其是早期强度的开展变幅较大。经过掺入活性激发剂可以显著提高其早期强度，使28天强度与普通混凝土相当，后期强度明显高于普通混凝土。其的弹性模量遵照随强度增长而增长的规律，在一样抗压强度的情况下，表现出较好的抗拉强度，其拉压比高于普通混凝土。其收缩应变值与抗压强度相近的普通混凝土相近或偏低，可以有效减少混凝土的收缩，并且具有优良的抗浸透性，如在其中引入5%~7%的含气量，其抗冻融性能将优于普通混凝土。另外传统的观念以为粉煤灰混凝土的耐磨性能低于普通混凝土，随着粉煤灰质量得不断改善与配合比设计方法的变革，观念也在不断更新。室内实验研讨阐明，采用35%掺量的粉煤灰取代水泥，90天龄期时可获得不低于普通混凝土的耐磨性。大量的研讨阐明，在混凝土中掺加大于30%的粉煤灰可以有效的抑制碱骨料反响。2聚合物改性水泥

2.1聚合物水泥及性能目的

聚合物水泥可以明显改善混凝土的强度、韧性、延性、耐久性和粘结性能，其机理是将分散于水中或溶于水中的聚合物掺入普通水泥砂浆或混凝土中配制而成，它以水泥水化物和聚合物两者作为胶结资料。其特点是用普通水泥砂浆、混凝土的施工方法，所需设备简单、操作方便。常用聚合物改性水泥主要性能目的见表1.表1常用聚合物改性水泥主要性能目的2.2聚合物水泥在砌石坝防渗工程中的运用

聚合物改性水泥砂浆在我省众多砌石坝坝前防渗工程中进展了运用，采用放射技术在砌石坝迎水面湿喷2cm聚合物改性水泥砂浆，防渗面层整体性好，与原坝面粘结力高，抗渗性能高，耐久性能优良。砌石坝面放射聚合物砂浆防渗新技术施工工艺流程见图2.3灌浆新资料采用灌浆技术曾经有一个世纪的历史。灌浆是把浆液灌入土壤或岩石地基中的空隙、裂隙、缝隙或洞穴用以减少浸透性，添加强度或减少地基变形等。近几十年来，随着工程建立的实际和新技术的开发，灌浆资料、施工工艺、施工设备和效果检测等方面，都获得了艰苦的进展，在水利水电建立中得到了广泛运用，包括：1、控制渗漏，减少水工建筑物根底下地基的浸透性；2、添加建筑物地基的强度，减少地基变形；3、抬高和整平倾斜建筑物；4、充填岩石和隧洞衬砌间的空隙；5、修复和加固暨建建筑物；6、固定岩石预应力锚索；7、混凝土构造物裂痕的加固处置。灌浆资料根据所制成的浆液形状，可以分为：固粒状浆材和化学浆材。3.1固粒状灌浆资料固粒状灌浆资料具有如下特性：1、颗粒细。要具有一定的细度，以便进入裂隙，其粒径小于裂隙宽度的1/3才宜奏效。2、浆液稳定性好。固体颗粒资料与水混合后，其颗粒在一定时间内应坚持呈均匀分散的悬浮形状，并具有较好的稳定性和流动性。3、胶结强度高。灌入裂隙中经过一定时间应能胶结成为巩固的结石，起到充填与固结的作用。4、结石强度高。结石要具有一定的强度、粘结力和抵抗侵蚀的才干，以保证灌浆效果的耐久性。水泥灌浆是运用最早也是运用最广的一种固粒状灌浆资料，水灰比普通多为10:1~0.6:1，普通普通水泥的最大粒径在44~100μm范围内，由于颗粒粒径的限制，水泥浆液难于灌入浸透系数小于0.5cm/s的粗砂或裂隙宽度小于0.6mm的岩体中。经过水泥细度和掺合料的改良可处理以上问题。3.1.1超细水泥将水泥磨细至平均粒径为4μm，最大粒径为10μm，比外表积在8000m2/kg以上，这时浆体稳定性好，固结时析水少，有利于防止新的渗水通道产生，可灌入浸透系数在10-3~10-4cm/s的细砂中。超细水泥可以单独运用加固建筑物的地基，也可以混以水玻璃运用用于堵漏灌浆。3.1.2硅粉水泥硅粉是消费硅或硅铁合金的副产品，直径约为0.1μm的细微玻璃状球体。它是一种高活性资料，极细的硅粉颗粒可使浆液稳定，水泥颗粒不沉降，浆液亦不泌水，可得到触变性能的浆液。掺入硅粉后水泥浆体具有如下影响：〔1〕添加水泥浆液初始粘度，需求掺加外加剂降低粘度。〔2〕有好的触变性。〔3〕浆液稳定性提高。〔4〕固结体抗压强度显著提高。〔5〕孔隙分布更细，抗渗、耐久性能优良。3.2化学灌浆资料水泥浆液由于颗粒粒径的限制，难于灌入一些细微裂痕.水泥灌浆还受水流流速的限制，普通灌浆规范中规定，地下水流速不大于600m/d。但在实践运用中地下水流速小于80m/d才可灌注水泥浆，超越需在水泥浆液中掺加速凝剂。遇到根底涌水、基岩夹泥断层破碎带，水泥灌浆便无法操作。化学灌浆资料比水泥具有好的可灌性，而且能按工程的需求调理浆液的胶凝时间，故也适用于有流动水部位的堵漏或防渗。有的化学灌浆资料还具有较高的粘结强度和抗拉、抗压强度，适用于混凝土构造补强处置。化学灌浆在改良工程质量、提高施工进度和经济合理性方面都有作用。化学灌浆资料具有如下特性：1、浆液粘度低，可灌性好，能在较低压力下灌入细微裂痕。2、凝胶体具有较好的密实性、防渗性和耐久性，用于补强加固灌浆的，还须具有一定的抗压、抗拉强度，用于混凝土裂痕处置那么需有良好的粘结强度。3、须特殊操作工艺，浆液有较长时间的适用期，便于浆液能进入裂痕深处，还要求浆液的胶凝时间容易调理，以顺应不同的灌浆要求。4、浆液无毒或低毒，不会呵斥环境污染。化学灌浆资料按灌浆对象可分为：防渗堵漏资料和补强加固资料:防渗堵漏资料：水玻璃类、丙烯酰胺类、丙烯酸盐类、发泡型聚氨酯类;补强加固资料：环氧树脂类、丙烯酸酯类、聚酯树脂类、加固型聚氨酯类。3.2.1丙烯酸酯浆材(甲凝)丙烯酸酯浆材是以甲基丙烯酸甲酯为主要原料配制而成一种低粘度液体，可灌性好，能灌入0.05mm的细微裂痕，在0.2~0.3MPa压力下，浆液可以渗入混凝土内4~6cm，起到浸渍作用，固化物粘结强度高，使得混凝土裂痕及其附近的缺陷得到加固。3.2.2环氧树脂类浆材环氧树脂具有粘结力强，收减少，常温固化等特点，由于本身粘度较大，作为灌浆资料运用时必需降低其粘度。按稀释体系的种类可分为3类。〔1〕非活性稀释剂体系。采用丙酮、二甲苯等非活性稀释剂来稀释环氧树脂，配制简单，固化反响放热小，运用方便，但是由于稀释剂不参与反响，因此固化物物理力学性能下降，粘结力较低。〔2〕活性稀释剂体系。活性稀释剂可参与固化反响，不影响固化物性能，但稀释效果不理想，可灌性遭到一定的限制。〔3〕糠醛—丙酮稀释体系。目前最为广泛采用的是糠醛—丙酮作混合稀释剂的环氧树脂浆液。此法配制的浆材起始粘度降低为1~10cp数量级，与水的粘度相近，配合压力灌浆可以较好的处置普通水工建筑物的裂痕加固问题。3.2.3加固型聚氨酯类浆材油溶性聚氨酯通常是先将多异氰酸酯和多羟基化合物预聚成低聚物，再配以稀释剂、外表活性剂、催化剂等成分组成。其固化物会产生体积膨胀，提高了浆体在裂痕内的充填率，但随着掺入的稀释剂逸出还会发生体积收缩，效果不甚理想。3.2.4水溶性聚氨酯灌浆资料水溶性聚氨酯化学灌浆资料既可用于补强加固，也可用于防渗堵漏。其主要由丙烯酸酯、聚氨酯预聚体和复合固化剂组成，粘度较低，调理丙烯酸酯和聚氨酯预聚体的比例可得到不同性能的浆体，以满足不同的灌浆要求。水溶性聚氨酯浆液的起始粘度仅为30cp，接近水的粘度，可灌性好，可以灌入开度为0.05mm的细微裂隙，用于混凝土裂痕加固的同时，还可以渗入混凝土裂痕两侧的微小气孔内，起到浸渍加固的作用。固化物抗压强度最高可达60MPa，粘接强度可达2.2~2.5MPa，潮湿界面粘结强度可达1.5MPa，可以满足普通混凝土细微裂痕的补强加固要求。水溶性聚氨酯聚合时间可调，且诱导期较长，浆液适用时间长，便于施工操作，浆材损耗也大为减少。水溶性聚氨酯浆液固化时体积不收缩，根据配比的不