冻融循环作用下混凝土抗冲磨性能研究

寒冷地区水工构筑物长期承受着河流冲刷及冻融循环的循环作用。两者耦合作用下,混凝土力学性能及耐久性能将出现更大程度的劣化。该文对冻融循环作用下的混凝土抗冲磨性能进行研究,根据理论分析和试验结果,研究了冻融侵蚀作用下混凝土冲磨损伤规律。该文主要研究工作如下:①设计一种新的混凝土冲磨试验方法。考虑引气剂、冻融次数等因素,进行混凝土试件的冻融试验,得到冻融混凝土的动弹模、相对质量和抗压强度变化规律;进行冻融混凝土在不同流速下的冲磨试验。试验表明,混凝土在冻融和冲磨耦合作用下,耐久性退化比单一因素的作用严重2~3倍;②结合混凝土冻融损伤模型和冲磨模型,建立冲磨作用下冻融混凝土的磨蚀率理论模型。该模型计算结果与试验数据有良好的吻合;③建立有限元模型,对我国北方地区混凝土桥墩进行分析,在考虑冻融和冲磨交替作用下,混凝土桥墩表面年均磨蚀厚度在4.7~5.7mm之间。河流流速越大,冲磨程度越高。

水工混凝土抗冲磨性能试验研究

对硅粉混凝土、普通混凝土及HF粉煤灰混凝土的抗压、抗冲磨等性能进行了测试和对比,指出HF粉煤灰混凝土与硅粉混凝土的抗压、抗冲磨等性能相当,但HF粉煤灰混凝土具有干缩率小、施工和易性好、造价低等优点,推荐在水利工程中使用HF粉煤灰混凝土。

提高混凝土抗冲磨性能技术措施在福鼎桑园水库下游护坦、护坡工程中的应用

本文对提高福鼎市桑园水库大坝下游护坦、护坡工程混凝土抗冲磨性能所采取的各项技术措施进行了一定的探讨和分析,以供类似工程参考。

水工混凝土抗冲磨试验方法(水下钢球法)改进研究

研究通过改进水工混凝土抗冲磨（水下钢球法）两个试验参数,第一个是冲磨介质钢球的形貌,将现行规范中圆形表面光滑的钢球形貌,改为带有尖角的圆形六面体;第二是调整了钢球的级配及数量.通过对比试验表明：与现行规范方法相比,改进后方法对于高强混凝土,其磨损率提高一倍及抗冲磨强度减少一半,磨损后试件表面严重磨损,平均磨损深度从2～4 mm增加到10～35 mm,反映了混凝土本体而非表层的抗冲磨性能,磨损效果显著提高,更能反映C40以上高性能抗冲磨混凝土的磨损速度和抗冲磨强度.

矿物掺合料抗冲耐磨混凝土性能比对试验研究

为了研究矿物掺合料对混凝土性能的影响,对掺硅粉混凝土、掺HF外加剂混凝土、复掺硅粉和HF外加剂混凝土的拌合物性能、抗压强度、抗冲耐磨性能以及收缩性能进行比对试验,分析了几种不同组合下抗冲耐磨混凝土性能的差异。结果表明:混凝土中掺入硅粉或HF外加剂都能够提高混凝土的力学性能及抗冲磨性能,增长幅度随着硅粉和HF外加剂掺量的增加而增加;硅粉混凝土的早期收缩变形大,HF外加剂对混凝土的干缩变形性能没有明显影响;复掺HF外加剂和硅粉可以显著提高混凝土的力学性能及抗冲磨性能,发挥了硅粉和HF外加剂各自的优势,HF外加剂的加入可以改善硅粉对混凝土拌合物和易性的影响,但并未全面遏制硅粉混凝土收缩变形大的劣势,后期还应考虑通过其他手段来减小混凝土的收缩变形,提高混凝土的抗裂性能,以期获得更好的应用效果。研究成果可为硅粉混凝土、HF混凝土、复掺硅粉及HF外加剂在水利水电工程的抗冲耐磨混凝土中的应用提供参考。

塑钢纤维和聚丙烯纤维对抗冲磨混凝土性能的影响

为探究塑钢纤维的掺入对抗冲磨混凝土性能的影响,取工程中常用的聚丙烯纤维作为对照,设计不同纤维掺量并探究各组混凝土试件之间性能差异,从抗渗性能、抗冲磨强度、抗压弹性模量、抗压强度和劈裂抗拉强度等方面进行评价。试验结果显示:塑钢纤维掺量为4.0 kg/m~3时,混凝土抗冲磨强度能够达到较高水平,此时塑钢纤维混凝土具有优于聚丙烯纤维混凝土的综合性能,但从抗渗性能和干缩角度来看塑钢纤维混凝土略差;最佳塑钢纤维掺量下的混凝土抗冲磨强度相较未掺加纤维的普通混凝土试件提升幅度约126.3%。

抗冲磨混凝土气泡控制试验研究

通过改变振捣位置、振捣时间、调整减水剂和引气剂掺量,对混凝土配合比及振捣工艺进行优化,并借助试模试件对混凝土振捣工艺进行验证,提出了有利于解决气泡问题的振捣参数及振捣工艺方案,以改善双江口水电站泄洪系统抗冲磨混凝土中气泡大、不均匀的现象。结果表明:采用脱模剂的同时采用消泡剂产品复配减水剂使用,可以有效降低大气泡数量;在混凝土中增加浆体用量,可使减水剂在骨料之间充分填充,有效降低气泡产生几率;对比不同振捣参数试验结果发现,Φ100硬轴式振捣棒排除气泡效果更好。

机制砂高抗冲磨超高性能混凝土(UHPC)的组成设计与工程应用

针对我国西部地区泥石流、洪水等严酷服役环境下桥梁墩柱存在的冲击磨损和空蚀问题,利用UHPC材料高强、高耐久的材料自身特点,通过机制砂替代石英砂,进行UHPC材料的抗冲磨组成设计。研究了矿物掺合料种类、粉煤灰微珠掺量、硅灰掺量、胶凝材料用量、水胶比对抗冲磨UHPC材料的工作性能、力学性能、抗冲磨性能的影响规律。结果表明,在胶凝材料用量、水胶比和纤维掺量相同的条件下,随着粉煤灰微珠掺量增加,混凝土的工作性能提高,抗冲磨强度下降,粉煤灰微珠适宜掺量为胶凝材料的17%;随硅灰掺量增加,超高性能混凝土的工作性能下降,抗冲磨强度提高,硅灰适宜掺量为胶凝材料的13%;随着胶凝材料用量增加,工作性能提高,抗冲磨强度先提高后降低,最佳胶凝材料用量为1150 kg/m^(3);降低水胶比,工作性能降低,抗冲磨强度先提高后降低,最佳水胶比为0.18。经过优化设计的抗冲磨UHPC抗冲磨强度为普通C50混凝土的3倍,已成功应用于四川省仁寿至屏山新市公路石盘特大桥。

超长泄槽底板抗冲磨混凝土修复施工技术研究与应用

云南某水电站的溢洪道泄槽基础混凝土与底板抗冲磨混凝土受长间歇浇筑的影响,溢洪道运行几年后,在高速水流和空蚀作用下,溢流面斜坡段和圆弧段超长泄槽底板抗冲磨混凝土遭到水毁破坏严重。针对泄槽修复技术要求高,结构形式复杂及施工工艺难度大等特点,通过分析超长泄槽底板的破坏机理,从抗冲磨混凝土施工、修复工艺、施工质量控制等方面进行了较为系统的技术研究和应用,工程实践结果表明,泄槽底板修复效果良好。

大藤峡水利枢纽抗冲磨混凝土配合比优化试验研究

大藤峡水利枢纽是一座具有防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用的流域关键性工程。大藤峡水利枢纽抗冲磨混凝土主要使用在泄水闸堰面、闸墩和胸墙。因枢纽工区实际拌合混凝土所使用的粗骨料由人工碎石改为天然卵石、细骨料由天然砂改换为人工砂,所采购的外加剂更换了生产厂家等原因,现用更换后的原材料替代原配合比设计时的原材料进行抗冲磨混凝土配合比优化试验研究。结果表明:优化后混凝土拌和性能、基本物理力学变形性能、耐久性能均满足设计要求。

PVA纤维对水工抗冲磨混凝土性能的影响

为了改善混凝土的抗裂性能和抗冲磨性能,确保泄水建筑物的安全运行,在抗冲磨混凝土中掺入具有高强度和高弹性模量的聚乙烯醇(PVA)纤维.研究了PVA纤维混凝土的力学性能、变形性能、抗裂性能和抗冲磨性能,并与聚丙烯(PP)纤维混凝土的性能进行了对比.试验结果表明:当PVA纤维掺量为0.9kg/m3时,混凝土的28,90和180d抗压强度基本不变;劈拉强度分别增加了4.4%,8.4%和5.7%;极限拉伸值分别增加了10%,11%和4%.PVA纤维对混凝土早期干缩有一定的抑制效果,但后期混凝土的干缩值略有增加;混凝土塑性阶段的抗裂性能提高;混凝土的90和180d抗冲磨强度增加.与PP纤维相比,PVA纤维对抗冲磨混凝土性能的改善效果更好.

抗冲磨混凝土的研究应用和发展

介绍了水工抗冲磨材料研究的重要性及其现状,重点总结了几种常用抗冲磨混凝土的增强机理及工程应用情况,在此基础上得出实现混凝土高抗冲磨性的途径。最后指出应尽快制定统一的抗冲磨性能评定标准以及应用大掺量超细矿物和高性能外加剂是抗冲磨混凝土研究发展的趋势。

磨粒形态对水工抗冲磨混凝土磨损程度的影响

磨粒形态是水工混凝土的磨损程度的重要影响因素之一,为了更好的评价抗冲磨混凝土的使用寿命,需建立磨粒形态与混凝土磨损程度之间的关系。通过改进水下钢球法试验,研究了在1.7～2.4 m/s流速下,玄武岩石料对抗冲磨硅粉混凝土磨损率的变化过程。同时采用图像采集方法获得石料的形状系数以衡量磨粒形态对混凝土磨损程度的影响。试验结果表明:水流流速越大,磨粒外形越尖锐,则混凝土的磨损率越大,且磨粒形态与混凝土磨损率之间呈现幂函数关系。

人工砂高云母石粉对抗冲磨混凝土性能影响研究

通过控制人工砂中石粉含量,系统研究了高云母石粉对抗冲磨混凝土性能的影响规律。结果表明,在一定范围内,随着人工砂中高云母石粉含量的增加,抗冲磨混凝土单位用水量有所增加,抗压强度与劈拉强度呈现先增加后减小的趋势,但变化幅度相对较小;人工砂中高云母石粉含量对于抗冲磨混凝土早龄期干缩值影响相对较小,对于长龄期干缩值却有较大幅度影响;人工砂中高云母石粉含量与混凝土抗冲磨强度呈现明显的线性负相关关系。适当控制人工砂中高云母石粉含量在一定程度上有利于提高抗冲磨混凝土性能。

掺合料对抗冲磨混凝土活化能的影响研究

基于等强度的配合比设计原则,选定20、30、40、60℃四个养护温度。前后两次对活化能进行了测试,对ASTM C1074—04测试方法进行了改进:加密前期测试点和成型后的试件用保鲜膜密封。试验结果表明:温度将对胶材的反应造成直接影响,化学反应速率随着温度的升高而升高。养护温度较高时,早期水化程度或强度比养护温度较低时大,但从长期来看,强度则会小一些,甚至出现强度倒缩现象;抗冲磨混凝土强度开始发展所需最低温度在1~5℃之间;硅粉和膨胀剂对于提高混凝土的活化能具有一定促进作用。

微膨胀抗冲磨混凝土抗裂性研究与进展

论述了抗冲磨混凝土的开裂问题;对膨胀抗冲磨混凝土的抗裂机理进行了阐述;提出了微膨胀抗冲磨混凝土在实际温度和约束条件下进行研究的必要性;对目前膨胀抗冲磨混凝土研究中尚存在的问题做了讨论,指出其今后的研究方向。

复掺粉煤灰和硅粉抗冲磨混凝土配合比设计及抗裂性能

抗冲磨混凝土(Abrasion Resistant Concrete)的抗裂性在学术上研究得较少。研究认为针对高水头、高速挟沙水流,抗冲磨混凝土的抗裂性应作为主要耐久性指标。为此设计了一系列不同配合比的抗冲磨混凝土,以脆性系数、干缩率2种指标,探讨了粉煤灰和硅粉对抗冲磨混凝土抗裂性能的影响。结果表明:在掺20%FA、20%FA+(5%、8%、10%)SF的水泥胶凝材料浆体中,脆性系数与干缩率较小,水化产物以水化硅酸钙占主体,浆体结构致密,充分说明粉煤灰和硅粉可优化浆体结构,对提高抗冲磨混凝土的抗裂性有利。

HF抗冲磨混凝土配合比设计试验研究

高性能混凝土配合比一般根据强度进行设计,而结合耐久性进行配合比设计的方法尚未深入研究。为了得到满足耐久性要求的HF抗冲磨混凝土配合比,决定采用正交试验方法,依据HF抗冲磨混凝土工作性、力学性能以及耐久性三方面性质进行适配。结果表明:使用水胶比0.35、粉煤灰取代率25%、HF抗冲磨剂掺量2.5%、沙率35%为参数进行配合比设计时,可使设计强度C40的HF抗冲磨混凝土在满足工作性、力学性能的前提下,又能达到良好的抗冲耐磨性能。在青海某水电站工程应用中,按照该配合比成型的混凝土耐久性好,能够满足工程设计要求。

基于等效龄期的抗冲耐磨混凝土力学性能预测

等效龄期法主要应用于实际温度历程下混凝土的抗压强度预测,而对抗拉强度和弹性模量等抗裂性参数的预测却鲜有报道。为进一步完善相应的实验方法,验证用等效龄期法参于测定、计算实际温度历程下混凝土力学性能参数的适用性,通过测试抗冲磨混凝土绝热温升,以实际工程为数值计算模型,获得了温度匹配历程曲线;随后以3种活化能有明显区别的抗冲磨混凝土(FA、FAS、EA)为例,采用ASTM C 1074-04方法测定了其砂浆活化能。基于Arrhenius公式计算混凝土在温度匹配养护(TMC)过程中的等效龄期,结合其标准养护(SC)下抗拉强度和弹性模量的经时发展模型,得到实际温度历程下的力学性能计算值,其结果与采用实际温度历程进行温度匹配养护得到的实测结果较为一致。

同强度等级下粉煤灰掺量对抗冲磨混凝土性能的影响

为了研究粉煤灰掺量对抗冲磨混凝土性能的影响,使用4种掺量粉煤灰配合比(20%、30%、40%、50%),通过水下钢球法、高速水下钢球法、旋转射流法、抗空蚀试验、温度-应力法,对抗冲磨混凝土的性能进行试验研究。结果表明,同强度等级设计时,增加粉煤灰掺量,早龄期混凝土的抗压强度无明显降低,轴拉强度略降,弹模明显降低,这对早期抗裂有利;随着龄期增加,粉煤灰掺量高的混凝土后期强度增幅明显;粉煤灰掺量增加后,混凝土表面抗悬移质冲刷强度降低,但抗推移质冲磨强度未见明显下降或提高;抗空蚀强度整体上随掺量增加而提高;粉煤灰可以明显改善混凝土的抗裂性能,以90 d为设计龄期时,最佳掺量为40%。