摘要:文中介紹了水工混凝土的沖磨破壞機(jī)理及研究現(xiàn)狀，結(jié)合張峰水庫(kù)杭沖磨混凝土配合比試臉對(duì)杭沖磨混凝土的原材料選用進(jìn)行分析，通過(guò)原材料優(yōu)選研制出了經(jīng)濟(jì)合理滿足設(shè)計(jì)要求的杭沖磨混凝土。
關(guān)鍵詞:杭沖磨;原材料;性能
水工抗沖磨混凝土不同于普通混凝土，它是以抵抗含砂石、高速水流沖磨破壞為目的的特種混凝土。據(jù)調(diào)查，我國(guó)運(yùn)行中的大壩泄水建筑物有70%由于高速含砂水流的沖刷磨損和空蝕作用，存在不同程度的沖磨破壞問(wèn)題，導(dǎo)致建筑物過(guò)流面表層大面積剝蝕破壞，甚至有嚴(yán)重的安全隱患。如何獲得力學(xué)性能穩(wěn)定，具有較高的抗沖磨強(qiáng)度和較好的沖擊韌性的抗沖磨混凝土，一直是我國(guó)水工混凝土材料領(lǐng)域研究的重要課題。
1 水工混凝土沖刷磨損機(jī)理
水流中的懸移質(zhì)泥砂顆粒較小，在高速水流的紊動(dòng)作用下與水充分混合，非常均勻地與水流一起運(yùn)動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中觸及建筑物過(guò)流面時(shí)對(duì)混凝土產(chǎn)生磨損、切削和沖撞。隨著磨損剝離程度的增加，過(guò)流面產(chǎn)生凹凸不平的磨損坑，高速水流受到擾動(dòng)進(jìn)而加劇沖磨破壞的進(jìn)程，并同時(shí)產(chǎn)生空蝕破壞。水流中的推移質(zhì)在高速水流作用下以滑動(dòng)、滾動(dòng)及跳動(dòng)等方式與過(guò)流面產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦和沖擊砸撞，在撞擊區(qū)形成很高的局部應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土內(nèi)聚力時(shí)，發(fā)生局部破壞。
2 水工抗沖磨混凝土研究現(xiàn)狀
為提高水工混凝土的抗沖磨、空蝕能力，20世紀(jì)60,70年代多采用高分子材料護(hù)面，但由于其存在與基底混凝土溫度適應(yīng)性不好，容易開(kāi)裂脫落且有毒性、污染環(huán)境、施工不便等缺點(diǎn)，80年代以來(lái)國(guó)內(nèi)多家科研單位先后開(kāi)展了無(wú)機(jī)膠凝材料類的水工泄水建筑物抗沖磨混凝土研究和應(yīng)用，主要有:硅粉混凝土、纖維增強(qiáng)混凝土、粉煤灰混凝土、鐵鋼砂混凝土等。經(jīng)過(guò)十幾年的工程實(shí)踐，硅粉混凝土抗沖磨性能良好，技術(shù)指標(biāo)超過(guò)高分子材料。
3 原材料選用分析
混凝土是一種以膠凝材料、水、砂石骨料及摻合料、外加劑混合形成的一個(gè)多相體，決定這種多相體的抗沖磨主要有兩個(gè)方面的性能，一個(gè)是組成材料本體的抗沖磨性能，另一個(gè)是各種材料相互結(jié)合是否牢固的性能。后一個(gè)性能可以用混凝土的強(qiáng)度代表，而提高本體材料抗沖磨性能需要采用堅(jiān)硬的骨料。
水泥混凝土強(qiáng)度的提高，其主要影響因素在于膠凝材料活性及水灰比。通過(guò)選用高標(biāo)號(hào)水泥、高活性超細(xì)粉材料、超細(xì)磨礦渣粉材料、優(yōu)質(zhì)粉煤灰等摻合料增強(qiáng)膠凝材料活性。在保證混凝土的耐久性、經(jīng)濟(jì)性和體積穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，選用高效減水劑、引氣劑等外加劑。
4 工程實(shí)例
張峰水庫(kù)位于山西省晉城市沁水縣沁河干流上，水庫(kù)大壩采用粘土斜心墻堆石壩，大壩高72.2 m，總庫(kù)容3.92億m3，泄水建筑物有導(dǎo)流泄洪洞和滋洪道，導(dǎo)流洞斷面大流速為29m /s,滋洪道斷面大流速為31m/ s，平均含砂量為5.54 kg/m3,
4.1 技術(shù)要求
張峰水庫(kù)泄水建筑物有導(dǎo)流泄洪洞和溢洪道，設(shè)計(jì)要求:導(dǎo)流泄洪洞強(qiáng)度等級(jí)C40，抗凍等級(jí)F150，抗沖磨強(qiáng)度大于0.8 h/(叼‘)，骨料要求二級(jí)配，建議摻鐵礦石、硅粉;滋洪道強(qiáng)度等級(jí)C35，抗凍等級(jí)F150，抗沖磨強(qiáng)度大于0.75 h(kg/m')，骨料要求二級(jí)配，建議摻硅粉。
4.2 水泥的選用
在高性能水工抗沖磨混凝土的配置中，水泥是主要的膠凝材料，它的優(yōu)質(zhì)與否直接影響抗沖磨混凝土物理力學(xué)性能和耐久性。由于水泥在棍凝土中的重要性，要求使用高強(qiáng)度等級(jí)水泥，以減少水泥用量。通常高性能水工抗沖磨混凝土應(yīng)首選純硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥也可以，水泥標(biāo)號(hào)宜選用42.5級(jí)水泥。初選三種水泥，依據(jù)(硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175-1999進(jìn)行檢驗(yàn)，物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，從表中可以看到三種水泥的物理力學(xué)性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)對(duì)比篩選，采用邯鄲P.O 42.5進(jìn)行抗沖磨混凝土試驗(yàn)。
關(guān)鍵詞:杭沖磨;原材料;性能
水工抗沖磨混凝土不同于普通混凝土，它是以抵抗含砂石、高速水流沖磨破壞為目的的特種混凝土。據(jù)調(diào)查，我國(guó)運(yùn)行中的大壩泄水建筑物有70%由于高速含砂水流的沖刷磨損和空蝕作用，存在不同程度的沖磨破壞問(wèn)題，導(dǎo)致建筑物過(guò)流面表層大面積剝蝕破壞，甚至有嚴(yán)重的安全隱患。如何獲得力學(xué)性能穩(wěn)定，具有較高的抗沖磨強(qiáng)度和較好的沖擊韌性的抗沖磨混凝土，一直是我國(guó)水工混凝土材料領(lǐng)域研究的重要課題。
1 水工混凝土沖刷磨損機(jī)理
水流中的懸移質(zhì)泥砂顆粒較小，在高速水流的紊動(dòng)作用下與水充分混合，非常均勻地與水流一起運(yùn)動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中觸及建筑物過(guò)流面時(shí)對(duì)混凝土產(chǎn)生磨損、切削和沖撞。隨著磨損剝離程度的增加，過(guò)流面產(chǎn)生凹凸不平的磨損坑，高速水流受到擾動(dòng)進(jìn)而加劇沖磨破壞的進(jìn)程，并同時(shí)產(chǎn)生空蝕破壞。水流中的推移質(zhì)在高速水流作用下以滑動(dòng)、滾動(dòng)及跳動(dòng)等方式與過(guò)流面產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦和沖擊砸撞，在撞擊區(qū)形成很高的局部應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土內(nèi)聚力時(shí)，發(fā)生局部破壞。
2 水工抗沖磨混凝土研究現(xiàn)狀
為提高水工混凝土的抗沖磨、空蝕能力，20世紀(jì)60,70年代多采用高分子材料護(hù)面，但由于其存在與基底混凝土溫度適應(yīng)性不好，容易開(kāi)裂脫落且有毒性、污染環(huán)境、施工不便等缺點(diǎn)，80年代以來(lái)國(guó)內(nèi)多家科研單位先后開(kāi)展了無(wú)機(jī)膠凝材料類的水工泄水建筑物抗沖磨混凝土研究和應(yīng)用，主要有:硅粉混凝土、纖維增強(qiáng)混凝土、粉煤灰混凝土、鐵鋼砂混凝土等。經(jīng)過(guò)十幾年的工程實(shí)踐，硅粉混凝土抗沖磨性能良好，技術(shù)指標(biāo)超過(guò)高分子材料。
3 原材料選用分析
混凝土是一種以膠凝材料、水、砂石骨料及摻合料、外加劑混合形成的一個(gè)多相體，決定這種多相體的抗沖磨主要有兩個(gè)方面的性能，一個(gè)是組成材料本體的抗沖磨性能，另一個(gè)是各種材料相互結(jié)合是否牢固的性能。后一個(gè)性能可以用混凝土的強(qiáng)度代表，而提高本體材料抗沖磨性能需要采用堅(jiān)硬的骨料。
水泥混凝土強(qiáng)度的提高，其主要影響因素在于膠凝材料活性及水灰比。通過(guò)選用高標(biāo)號(hào)水泥、高活性超細(xì)粉材料、超細(xì)磨礦渣粉材料、優(yōu)質(zhì)粉煤灰等摻合料增強(qiáng)膠凝材料活性。在保證混凝土的耐久性、經(jīng)濟(jì)性和體積穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，選用高效減水劑、引氣劑等外加劑。
4 工程實(shí)例
張峰水庫(kù)位于山西省晉城市沁水縣沁河干流上，水庫(kù)大壩采用粘土斜心墻堆石壩，大壩高72.2 m，總庫(kù)容3.92億m3，泄水建筑物有導(dǎo)流泄洪洞和滋洪道，導(dǎo)流洞斷面大流速為29m /s,滋洪道斷面大流速為31m/ s，平均含砂量為5.54 kg/m3,
4.1 技術(shù)要求
張峰水庫(kù)泄水建筑物有導(dǎo)流泄洪洞和溢洪道，設(shè)計(jì)要求:導(dǎo)流泄洪洞強(qiáng)度等級(jí)C40，抗凍等級(jí)F150，抗沖磨強(qiáng)度大于0.8 h/(叼‘)，骨料要求二級(jí)配，建議摻鐵礦石、硅粉;滋洪道強(qiáng)度等級(jí)C35，抗凍等級(jí)F150，抗沖磨強(qiáng)度大于0.75 h(kg/m')，骨料要求二級(jí)配，建議摻硅粉。
4.2 水泥的選用
在高性能水工抗沖磨混凝土的配置中，水泥是主要的膠凝材料，它的優(yōu)質(zhì)與否直接影響抗沖磨混凝土物理力學(xué)性能和耐久性。由于水泥在棍凝土中的重要性，要求使用高強(qiáng)度等級(jí)水泥，以減少水泥用量。通常高性能水工抗沖磨混凝土應(yīng)首選純硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥也可以，水泥標(biāo)號(hào)宜選用42.5級(jí)水泥。初選三種水泥，依據(jù)(硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175-1999進(jìn)行檢驗(yàn)，物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，從表中可以看到三種水泥的物理力學(xué)性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)對(duì)比篩選，采用邯鄲P.O 42.5進(jìn)行抗沖磨混凝土試驗(yàn)。