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要求尽量使用质地坚硬、级配好、针片状含量低的优质骨料。
HF混凝土优点,HF混凝土与硅粉混凝土的抗冲耐磨性能相当,并具有价格低、和易性好、施工方便、水化热温升小、干缩率小不易产生裂缝等特点。
HF混凝土技术贯穿于工程应用的整个过程,从参数的确定、原材料的选择、配合比的试验到施工全过程提供技术建议、要求和支持,重视混凝土的施工性能和工程现场实际情况和不同工程的实际需求,强调以使用效果作为判断材料优劣的依据。
HF混凝土的性能,根据不同的工程,HF混凝土抗磨强度一般为相同强度等级的基准素混凝土的1.5倍以上,抗空蚀性为1.8倍3倍,干缩降低约5%,水化热最多降低约30%。
HF混凝土强度等级可达C30至C80,最高达C130。
混凝土和易性可满足干硬性、常态、泵送、溜槽、自流平自密实等不同施工的要求。
混凝土的耐久性根据需要可达F300W12以上。
HF混凝土与硅粉混凝土的比较,HF砂浆与硅粉砂浆的强度比较HF砼与硅粉砼的强度比较水化热比较干缩性能比较浆体中Ca(OH)2含量比较工作性比较,
(1)HF砂浆和硅粉砂浆强度的比较,HF砂浆和硅粉砂浆强度的比较续表,
(2)HF砼与硅粉砼抗磨强度的比较,(3)硅粉砂浆与粉煤灰砂浆水化热比较,(4)几种砂浆的干缩率,(5)几种水泥浆体中的Ca(OH)2含量比较,HF混凝土的机理,HF混凝土通过HF外加剂减水、改善混凝土和易性并激发优质粉煤灰的活性,使粉煤灰可以起到与硅粉同样的作用,即显著提高混凝土的整体强度并使混凝土的胶凝产物致密、坚硬、耐磨,改善胶材与骨料间的界面性能,使混凝土形成一种较均匀的整体,提高了混凝土的抗裂性和混凝土的整体强度,提高混凝土抵抗高速水流空蚀和脉动压力的能力,达到提高混凝土抗冲耐磨性能。
HF混凝土技术除注重混凝土的抗磨性能和抗空蚀性能之外,还特别注重混凝土的施工性能和混凝土的抗裂性能,并将使用效果作为判定混凝土抗冲耐磨性能优劣的重要依据。
通过配合比设计、原材料的选取、施工性能的改善和施工工艺的要求以及采用专用的HF外加剂,使混凝土特别是混凝土护面达到预期的工程使用效果。
国内一些单位对HF砼的取样检测结果,西北水科所、长江科学院对施工取样进行抗冲磨抗高速水流冲蚀试验,证明HF混凝土显著的提高了混凝土的强度、耐磨性和抗高速水流空蚀性能。
四川省水利院科研所对几种抗磨材料进行的系统研究结果也表明了HF混凝土的抗磨性能是与硅粉混凝土相当的材料。
贵阳院科研所针对洪家渡水电站进行多种材料对比试验后,推荐HF混凝土作为最后选定的抗冲耐磨及抗空蚀护面材料。
西北水科所取样试验结果金盆水库C30普通砼和C50HF砼配合比表10,西北水科所取样试验结果,表10中C50HF高强耐磨粉煤灰砼较C30普通混凝土水泥用量仅增加11.7%,而抗压强度为C30普通砼的2.1倍,抗磨强度为C30普通砼的1.8倍,抗空蚀强度为C30普通砼的3倍,并且随水流流速的提高,抗空蚀倍数有增大的趋向,这一点也说明了C50HF砼在更恶劣的条件下,其抵抗外界冲磨破坏的能力较C30普通砼更优。
说明HF砼较普通砼更能适合于作为高速水流泄水建筑物护面材料的主要原因。
西安黑河金盆水库溢洪洞HF砼,HF溢洪洞及溢洪洞使用C50HF砼,表面光滑无裂缝,经几个汛期的过水流速41.6m/s,)(,早期施工的C30普通砼被冲坏,HF砼未发生破坏。
四川省水利院科研所试验结果,贵阳院科研所洪家渡电站试验结果,HF高强耐磨粉煤灰砼粘聚性与保水性介于硅粉砼与普通砼之间,既克服了硅粉砼粘聚性太大不泌水的缺点,又改善了普通砼粘聚性差易泌水的性能;
在和易性方面,粉煤灰的微集料效应,使粉煤灰砼抗剪力显著减小,在外力作用下,易产生流动,因此在施工方面HF粉煤灰抗冲耐磨砼表现出了较大的优越性,易于振捣密实,易于出浆和收光抹面。
经抗磨强度试验结果和经济技术比较,推荐HF混凝土为洪家渡工程的抗冲耐磨护面材料,洪家渡泄洪洞泄水,HF混凝土工程应用情况,HF混凝土已在工程中推广应用已超过了十三年,应用工程一百多例,其中包括刘家峡、大峡、洪家渡等许多大中型水电工程,经受住了高速水流、高含量大粒径推移质泥砂水流的冲刷磨损破坏的考验,至今无一例发生破坏,尤其是使用HF混凝土的工程几乎均未出现裂缝问题,证明HF砼是一种优良的抗冲耐磨混凝土。
青衣江上几个电站泄水建筑物运行情况调查结果,使用HF混凝土工程城东水电站:
97年5月使用C40HF混凝土,至今未发生破。
普通砼发生破坏的工程雨城水电站:
原普通砼在较短的时间内就发生严重破坏,2000年维修工程中使用了C50HF砼至今未破坏。
另外,绵阳三江水电站使用C30普通混凝土在投运后两年内即发生了严重破坏,03年使用硅粉砼维修,05年又冲掉1m。
聚丙烯纤维硅粉砼与HF砼在二滩水电站1#泄洪洞对比试验(C50泵送砼),HF砼试验块尺寸4.5*9*1m入仓温度:
28裂缝情况:
无一条裂缝,聚丙烯硅粉砼同左18有近20条裂缝,最长裂缝几乎贯通水平宽度,李家峡、直岗拉卡与康杨电站(在青海黄河主河道上相距十几公里的三个工程),重庆大河口水电站与石板水水电站HF混凝土与硅粉混凝土比较,盘石头水库使用HF混凝土代替硅粉混凝土,(2001.7)原设计使用C40、C50泵送硅粉砼,无法施工(和易性差不能满足泵送要求;
搅拌搂上无处堆存备料;
无满足要求的加料口)改为HF砼。
长科院对现场取样进行耐磨试验,性能优(水电总公司,武警)易于施工,无裂缝产生,使用效果良好。
盘石头水电站使用HF混凝土代替了硅粉混凝土,盘石头水电站使用HF混凝土代替了硅粉混凝土,武警水电第一总队在水力发电2006.4发表文章中指出:
“混凝土配合比的设汁原则,除必须满足建筑物安全运行的技术指标要求外,关键还要考虑施工方法。
为此,在室内进行了系列抗冲耐磨混凝土的配合比对比试验,结果表明,C40HF抗冲耐磨混凝士的抗冲磨强度和抗空蚀强度比普通C60混凝土分别提高了47和82,与C40NFS混凝土指标几乎相近,但和易性更好、可泵性更强,且成本较低”“对泄洪洞混凝土的表观质量进行了现场检查,结果未发现有塑性开裂和干缩裂缝等现象,更没有发现危害性裂缝。
泄洪洞白2001年12月通水以来,到目前运行正常。
”,大峡水电站使用HF砼成功解决了闸墩普通C40砼产生的严重裂缝问题(9697.2),闸墩设计C40普通砼,塌落度1416cm,水泥用量409kg/m3,体积大裂缝严重,后改为HF砼,水泥用量286kg/m3,室内R2852MPa,砼搅拌车拉运,和易性好.施工后至今无裂缝。
后来又应用于倒T型梁等部位。
由施工单位要求将硅粉混凝土改为HF混凝土的几个工程,尼那电站(2001.):
标硅粉混凝土裂缝严重,后将标的硅粉混凝土改为HF混凝土,无裂缝。
桐子壕水电站:
原设计使用硅粉混凝土,后在施工单位(水电五局)建议和争取下改为了HF混凝土(2002.1)至今运行良好。
鱼剑口水电站(2002.2):
原设计使用硅粉混凝土后在水电八局)建议和争取下改为了HF混凝土。
盘石头水库泄洪洞:
施工单位要求改变原硅粉混凝土为HF混凝土。
用户发表的有关HF混凝土论文,四川水力发电HF混凝土在四川大河口水电站的应用1999王连光(八局)混凝土2003.6盘石头水库工程泄洪洞HF耐磨混凝土实用技术,纪明辉等陕西水力发电97.12HF混凝土在黄河大峡水电站工程的应用,高小林、马向丕(三局)水利科技与经济抗冲耐磨混凝土外加剂的应用2002Vol.8李文成(中水五局一分局西北水资源与水工程HF砼与普通砼抗冲耐磨性能试验研究2003Vol.14No.3,HF高强耐磨粉煤灰混凝土已被混凝土坝养护修理规程SL230-98列为常用抗冲耐磨材料之一(见常用水工抗冲耐磨材料选用表)。
HF混凝土在水闸设计规范SL265-20(结构设计)条文说明中被推荐为在多泥沙河流的水电工程应用中效果好的材料。
采用推荐HF混凝土的两个规范,水闸设计规范.doc,混凝土坝养护修理工程(SL230-98)附录F:
常用修补材料普通环氧砂浆潮湿或水下环氧砂浆弹性环氧砂浆高强水泥石英砂浆高强硅粉铸石混凝土(砂浆)硅粉(钢纤维)抗冲磨混凝土高强耐磨粉煤灰混凝土(砂浆)高硅粉铁矿石骨料混凝土(砂浆)钢板和钢轨间嵌填混凝土,混凝土坝养护修理规程.dochttp:
/,在设计中采用HF混凝土的单位,国电公司成都水电勘测设计院国电公司西北水电勘测设计院国电公司昆明水电勘测设计院国电公司中南水电勘测设计院国电公司贵阳水电勘测设计院长江设计研究院天津水利水电设计研究院黄委水利水电设计研究院湖南省水利水电设计院,陕西省水电设计院甘肃省水电设计院四川省水电设计院贵州省水电设计院河南省水电设计院重庆涪陵水电院四川乐山水电院四川雅安水电院重庆三峡水电设计院重庆水利水电建筑设计院四川清江设计公司,施工浇筑过HF混凝土的施工单位,中水总公司葛洲坝工程局武警水电部队中铁五局中铁十四局甘肃水电工程局四川水电工程局新疆水电工程局闽江工程局,中国水电三局中国水电四局中国水电五局中国水电七局中国水电八局中国水电九局中国水电十局中国水电十一局中国水电十二局中国水电十四局中国水电十五局,四川、贵州、湖南及甘青工程应用情况,四川已使用的工程:
嘉陵江:
红岩子、铜子壕、金银台、金溪、新政、小龙门,重庆的富金坝草街已采用,即将开工的沙溪航电工程图纸和标书也已确定采用HF混凝土。
青衣江:
城东、大兴、百花滩、龟都俯、川王宫等电站田湾河:
任宗海、金窝、大发;
九龙河沙坪、五一桥四川的其它工程:
大桥水库、巴溪、姜射坝、桑坪、杨村、东风、柳坪、柳洪,冷竹关、宝兴等四川已确定使用的项目:
瀑布沟、深溪沟、泸定、硗碛贵州在洪家渡使用之后其它工程包括光照、董箐、双河口、沙坝、白市等已采用。
思林、沙沱、将采用HF砼湖南:
株洲、筱溪、东坪株溪口、大伏潭、浯溪、铜湾黄河梯级:
已采用项目:
尼那、康杨、沙坡头、刘家峡、柴家峡、乌金峡等。
工程应用的一些数据及参数,已应用工程最大流速:
41.6m/s最大推移质粒径:
8001000mm水流最大含沙量:
961kg/m3应用最早的工程至今使用时间:
13年使用的工程数量:
超过100个工程应用工程分布:
12省(青海,甘肃,陕西,四川重庆,云南,贵州、河南、宁夏、湖南、西藏、湖北、新疆)用户发表的介绍成功应用经验论文:
8篇用途:
抗冲磨、抗空蚀、耐磨路面、代替普通砼解决裂缝问题、预制高强砼构件、C80自流平自密实灌浆砼、抗腐蚀砼等,HF混凝土有关设计参数的确定,HF混凝土的设计强度抗磨层厚度的选定钢筋的埋深(钢筋外耐磨层厚度)混凝土骨料的选择(最大粒径及骨料品种)分块尺寸、分缝位置的确定,第二部分:
含沙高速水流的特点和对护面材料的要求,空蚀与磨损动水压力对扰动很敏感,脉动压力需掺气,掺气坎对水流的扰动较大对护面的平整度要求很高磨损与空蚀共同作用下砼会出现再生不平整度以防为主,以抗为辅,不能因抗而导致空蚀,混凝土裂缝的危害,破坏了混凝土的整体强度,在脉动压力作用下导致混凝土体中的骑缝钢筋疲劳断裂高速水流会进入裂缝形成极高动水压力使板体整体揭起;
大的裂缝会引起空蚀破坏;
进入裂缝的水会使钢筋发生锈蚀破坏;
在冻融作用下,进入裂缝的水会抬起板体或发生冻胀挤压破坏;
裂缝渗水可能引起的其它破坏基岩跨塌、洞体内外压差变化而失稳等,C50硅粉混凝土的裂缝,二滩水电站硅粉混凝土应用情况照片(C50硅粉砼),C50硅粉混凝土裂缝的危害,通口水电站硅粉混凝土裂缝,通口水电站硅粉混凝土被揭板体,施工性能和施工工艺对使用效果的影响,施工性能和施工工艺会影响护面混凝土的平整度;
影响混凝土的均匀性;
对质量控制难度影响较大;
表面不平整度达不到要求产生的危害:
产生空蚀、推移质跳动冲击破坏;
混凝土均匀性不良产生冲坑和再生不平整度;
产生施工裂缝,优良护面材料应具备的性能,1较好的抗冲耐磨及抗空蚀性能:
胶材结构致密坚硬,骨料硬度大;
骨与胶材间结合好。
2较好的整体强度:
不易产生裂缝,要求干缩性小,水化温升小,较大的抗拉强度和极限拉伸值。
3施工简单:
易于作面,容易达到设计要求的平整度,混凝土质量易于控制。
4较好的各向同性:
混凝土不易产生离析泌水,强度波动小;
不易产生冷缝;
胶材与骨料间强度及硬度较为接近;
适宜的骨料粒径.5与基面材料的有较好的相容性:
粘接强度高、弹模和线胀系数接近。
6耐久性能好,硅粉混凝土的缺点,干缩率大,易于产生干缩裂缝;
泌水性太小,作面困难,易于出现表面不平整及塑性裂缝;
工作性差,粘车粘罐,施工难度大;
作为人工外加成分,体积大,在搅拌搂上堆放和加料入罐比较困难;
影响施工进度。
早期强度发展很快,水化热放热快,温控要求高.表面的干缩裂缝易于成为诱导缝,在温度应力和结构应力作用下易于形成贯通裂缝。
硅粉混凝土的缺点.doc,硅粉混凝土裂缝及破坏实例,龙羊峡、李家峡、公伯峡、二滩、小浪底、紫萍铺、宝珠寺、尼那、直岗拉卡、飞来峡、宝鸡峡、铜子壕、青居、石板水、三甲、大河家、峡村,铁矿石(或铁钢砂)混凝土的优缺点,优点:
抗冲击性能较好,但当设计厚度较大时这一性能优势作用不大(冲击功与厚度有关,提高混凝土厚度可以较低成本成倍的提高混凝土的冲击功,并且冲击功达一定值时(如混凝土厚度20cm)就可满足使用要求,没有必要越高越好;
抗磨性能较好,但由于铁矿石的硬度小于易于得到的花岗岩及玄武岩等岩石,因此,铁矿石混凝土的抗磨性能小于花岗岩及玄武岩骨料混凝土,而造价远高于后者。
一些工程本身就使用花岗岩骨料,就更没有必要花高价采购铁矿石了。
铁矿石混凝土,铁矿石混凝土的优缺点,缺点:
比重差异太大,易产生离析,砼均匀性差;
和易性差,施工难度大,翻铲困难;
骨料颗粒级配差:
粗骨料片状颗粒含量大,砂子偏粗且级配很差,(姜射坝将其改为HF砼,三板溪工地已购百余吨废弃不用)。
造价很高约1000元(矿石用量2.53吨/m3)。
铁矿石混凝土,聚丙烯纤维混凝土的优缺点,优点可提高砼的抗拉强度约15%30%,对提高砼的限裂有利,但加入硅粉砼中并不能改善硅粉砼的干缩裂缝。
对于温度裂缝效果也不大。
抗冲击功大,但厚度较大时这一指标作用不大。
聚丙烯纤维混凝土的优缺点,缺点砼耐磨性能与砼骨料的硬度和胶材的硬度有关,聚丙烯纤维的加入由于没有改变砼的硬度和成分,因此不能提高砼的耐磨性能和抗空蚀性能;
表层4mm砂浆内的纤维在紫外线的作用下会老化;
加入纤维,用水量增加、抗压强度会降低;
造价高混凝土和易性差,流动性差,浇捣平仓抹面困难。
不易搅拌均匀,易结团。
关于羧酸类减水剂混凝土的优缺点,优点:
减水率较高,可减少混凝土的用水量。
但减水率与国内萘系高效减水剂差别不大。
所谓的30%减水率,是加了粉煤灰的减水效果和掺引气剂所增加的减水率。
塌落度损失较小。
关于羧酸类减水剂混凝土的缺点,混凝土易出现泌浆泌水和离析,为改善这些缺点,混凝土中需加引气剂,塌落度需控制在较小的范围内。
引气后混凝土的容重减小,混凝土密实度减小,不利耐磨。
如二级配混凝土中引气5%,相当于在混凝土所含水泥浆(约占混凝土体积的25%)中引入了20%的气体,使胶凝浆体的密实度和硬度降低。
一般混凝土中每引入1%的气体,混凝土强度降低5%。
为达到相同的强度,需增加水泥用量。
对水泥适应性差,对用水量敏感,强度波动大。
有缓凝作用,对需提早拆模的工程不利。
结论1,1高速水流的空蚀和泥沙磨损问题是一个涉及水工结构、水力学及多相流运动学、材料科学、环境科学及(施工)过程控制学等多学科的技术课题,必须从高速水流的特点和泥沙磨损的机理出发,从结构设计、材料选择、配合比试验、施工过程及养护等多个环节入手进行全过程的研究和技术质量控制,并以实际工程的使用效果和经济性原则作为判断优良护面材料的依据(而不是仅仅的室内试验数据),只有这样,才能经济而有效的解决这一困扰水利水电工程的技术难题。
结论2,2、高速水流护面材料的研究和选择,应按照以防为主,以抗为辅的原则,应分清影响使用效果的主要参数和次要参数,不能因材料的次要参数的提高而影响和降低了主要参数。
对高速水流,材料的抗裂性能、施工性能和施工工艺也是主要影响参数,它较之抗磨抗空蚀性能对使用效果影响更大。
结论3,3、HF混凝土是一种施工性能和抗裂性能好的抗冲耐磨材料,通过十几年上百个不同类型的工程使用并在中改进、完善、提高,积累了大量的工程应用经验,使其成为一种综合性能优良的水工护面材料。
因其良好的工程使用效果,受到国内许多设计、监理、施工和工程业主的好评,也受到了相关规范的推荐和认可,HF混凝土已得到越来越多的业界专家的认可并被越来越多的水利水电工程采用。
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