HF高強耐磨粉煤灰混凝土

1、HF高強耐磨粉煤灰混凝土（HF混凝土） 簡介 HF高強耐磨粉煤灰混凝土（簡稱HF混凝土）技術(shù)是水利水電工程中應用于抵抗水流沖刷、泥沙磨損和高速水流空蝕破壞的水工抗沖耐磨護面成套技術(shù)。是由HF外加劑、優(yōu)質(zhì)粉煤灰（或其它優(yōu)質(zhì)摻合料如硅粉、磨細礦渣等）、符合要求的砂石骨料和水泥等組成，并按規(guī)定的要求進行設計、按規(guī)定的工藝和質(zhì)量控制要求組織施工澆筑的混凝土。HF混凝土是水利水電工程中 被廣泛應用的抵抗水流沖刷泥沙磨損、高速水流空蝕破壞的高性能（綜合性能優(yōu)良）的水工抗沖耐磨護面材料。與硅粉混凝土比較具有抗磨抗空蝕性能相當，和易性好，抗裂性好，施工簡單以及造價低廉等許多優(yōu)點。 這套技術(shù)已在劉家峽、大峽等上

2、百個工程應用并經(jīng)十幾年的運行考驗，使用效果良好。 1 HF混凝土的粘聚性與保水性 HF高強耐磨粉煤灰混凝土粘聚性與保水性介于硅粉混凝土與普通混凝土之間，既克服了硅粉混凝土粘聚性太大不泌水的缺點，又改善了普通混凝土粘聚性差易泌水的性能；在和易性方面，由于粉煤灰的微集料效應，使粉煤灰混凝土的抗剪力顯著減小，在外力作用下，易產(chǎn)生流動，因此在施工方面HF粉煤灰抗沖耐磨混凝土表現(xiàn)出了較大的優(yōu)越性，易于振搗密實，易于出漿和收光抹面。 2 HF混凝土的抗裂性 2.1 HF混凝土具有較低的水泥用量，水化熱溫升小，不容易產(chǎn)生溫度裂縫。HF混凝土較同標號的普通基準混凝土比較，其水泥用量約可減少2035%，顯著的降

3、低了混凝土中的發(fā)熱成分，使混凝土的絕熱溫升大大降低。如在大峽水電站預應力閘墩施工中，采用C40 HF混凝土代替原C40普通混凝土，在混凝土塌落度由原79cm增大到1416cm的情況下，混凝土的水泥用量反而從409kg/m3降低到286kg/ m3，降低了123kg/ m3，有效的解決了普通混凝土施工中所出現(xiàn)的嚴重的裂縫問題。 2.2HF混凝土干縮性小。與相同強度等級的普通混凝土比較，HF混凝土的干縮率不但沒有增加，反而有所減小，椐測定，HF混凝土干縮率約為普通混凝土干縮率的95%，降低約5%。.3HF混凝土塑性干縮性小。塑性干縮是指砼施工澆筑過程中，在砼凝結(jié)前，當表層水份的蒸發(fā)速度大于砼的泌水

4、速度時，砼表面即出現(xiàn)干縮龜裂，甚至出現(xiàn)曬干發(fā)白的現(xiàn)象。泌水速度越小，塑性干縮越嚴重。硅粉混凝土塑性干縮比較嚴重，主要原因是由于摻入硅粉后 ，混凝土幾乎不產(chǎn)生泌水。HF混凝土的泌水性能介于硅粉混凝土與普通混凝土之間，既克服了硅粉混凝土幾乎不泌水易于產(chǎn)生早期塑性干縮裂縫的缺點，又克服了普通混凝土泌水率大易形成面層低強度的缺點。 由于混凝土塑性干縮是在混凝土終凝前產(chǎn)生的收縮，混凝土的強度還未形成，這種收縮往往會造成混凝土表面密布成交錯無規(guī)則的裂縫，亦所謂的龜裂。盡管這種裂縫的深度較小，但其危害是較大的。主要的危害有：造成混凝土表層整體強度降低；抗空蝕性能和抗磨性能降低；成為誘導裂縫，在混凝土中的結(jié)構(gòu)

5、應力或溫度應力作用下，很容易發(fā)展成深層甚至貫通性的裂縫。 塑性收縮也是造成混凝土早期作面困難的主要因素。 3.4水化熱溫升發(fā)展較慢。3.5混凝土均勻性好，不易出現(xiàn)低強薄弱區(qū)，低強薄弱區(qū)易于出現(xiàn)溫度裂縫。易于施工質(zhì)量易于控制，使混凝土的強度波動變異系數(shù)減小。3.6混凝土中膠凝產(chǎn)物與骨料之間的界面強度高，界面強度低是混凝土易于產(chǎn)生裂縫的原因之一。 由于以上原因，致使HF成為一種不易開裂的混凝土，在工程中表現(xiàn)出了不俗的抗裂性能。3 HF混凝土的抗沖耐磨性能 HF混凝土的抗沖耐磨性能是指抗泥沙沖刷磨損的性能、抗高速水流的沖 刷破壞性能、抗高速水流產(chǎn)生的空蝕性能三方面性能的綜合和辨證的統(tǒng)一。 3.1HF

6、混凝土的抗磨性能分為抗推移質(zhì)沙礫石的磨損性能和抗懸移質(zhì)泥沙的磨損性能。這兩種性能一般情況下是一致的，即混凝土抗推移質(zhì)磨損性能高，則抗懸移質(zhì)磨損性能也高。區(qū)別在于抗懸移質(zhì)磨損對混凝土的整體厚度沒有多少要求，只是強調(diào)抗磨層砂漿或混凝土與基面之間的粘結(jié)強度。而抗推移質(zhì)磨損，則在要求與基面適應性和粘結(jié)性的情況下，還要求抗磨層混凝土必須有一定的厚度，以防大粒推移質(zhì)沖砸破抗磨層。 HF混凝土的抗磨性能主要是通過合理的混凝土強度下，最小的膠材用量（即最大骨膠比，某些情況下是較大的 砂率）、較大的膠結(jié)材抗磨性能和骨料的耐磨性能、以及滿足正常施工要求下的最小泌水率這幾個方面來保證的。HF混凝土不片面追求抗磨性能

7、，但只求在滿足工程需要的耐磨性能條件下的經(jīng)濟性。由于混凝土的耐磨性能是與其它一些更重要的性能相互矛盾和相互制約的，過分的追求抗磨性能，意味著對其它性能包括經(jīng)濟性的放棄和輕視，最終可能適得其反，達不到經(jīng)濟而有效解決抗磨問題的目的。 硬化混凝土是一種非均質(zhì)體，其中最耐磨的部分是高溫高壓下形成的具有致密結(jié)構(gòu)和硬度的粗細骨料，其次才是水泥（或膠材）、水和空氣組成的膠凝材料 （水泥石），因此如何提高骨膠比是抗沖耐磨混凝土要考慮的重要問題之一。在HF混凝土技術(shù)中，通過多種方式來提高混凝土中的骨料比例，降低水泥用量。同時，通過合理的配合比，充分利用耐磨性能好的骨料來保護耐磨性能差的膠凝物，使膠凝物不易被泥沙

8、磨損掉。還有通過改善膠材與骨料的界面性能，提高膠材對骨料的固定作用，避免骨料在沒有被磨損完前被泥沙和水流整體沖走。 顯而易見，選擇硬度大的骨料品種是非常重要的。目前，耐磨性能好的骨料有陶瓷、剛玉、鑄石、石英砂（巖）、玄武巖、花崗巖、鐵礦石等。從提高耐磨的角度，使用越耐磨的骨料越好，但是由于混凝土中骨料含量很大，選擇耐磨性好的骨料，意味著需投入的資金越大。實際工程中如何選取骨料，規(guī)范也無統(tǒng)一的規(guī)定，究竟選擇什么骨料為好呢？HF混凝土在長期的抗沖耐磨混凝土研究和對大量的工程發(fā)生破壞的原因進行分析的基礎上，總結(jié)出了結(jié)合工程實際和河流泥沙情況合理選擇混凝土骨料品種的一些原則，既保證所選骨料滿足工程需要

9、，又使混凝土的造價比較經(jīng)濟。 除合理的選擇骨料品種、骨膠比和混凝土的級配之外，提高膠凝產(chǎn)物的耐磨性能也是提高混凝土抗磨強度的途徑。水泥石中未水化的水份、硬化干燥或蒸發(fā)干燥后形成的空隙是不能對耐磨提供任何貢獻的，因此如何減少空隙率對混凝土的耐磨性能的提高是有幫助的。因此，HF混凝土技術(shù)要求，在沒有過高抗凍等級要求的情況下，混凝土中應盡可能減少含氣量。在溫和地區(qū)或寒冷地區(qū)冬季不過水或位于水下部分的抗磨混凝土，設計中不應提抗凍方面的要求或抗凍要求不超過F100，以盡可能減少混凝土中的孔隙率。水泥石中最不耐磨和最不穩(wěn)定的部分是水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2凝膠，HF混凝土通過摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰并摻HF外加劑

10、激發(fā)粉煤灰的活性，使粉煤灰可以象硅粉一樣與Ca(OH)2凝膠反應，生成硬度高的水化硅酸鈣，從而提高混凝土的耐磨性能。3.2 HF混凝土通過合理的參數(shù)，在保證耐磨混凝土安全運行的情況下，可大幅度提高耐磨混凝土的使用年限，延長維修周期，顯著減少維修費用。3.3 HF混凝土的抗沖刷性能：混凝土的抗沖性能是指混凝土抵抗流動水流沖擊（刷）作用下，被成塊（包括骨料被水流剝落）沖掉或整體被沖走。在產(chǎn)生破壞的許多工程中，由于混凝土耐磨層的抗沖性能差而產(chǎn)生破壞的工程較多。其中包括耐磨性較差的普通混凝土和耐磨性能好的硅粉混凝土。HF混凝土中對于這類工程破壞的原因分析進行分析后，總結(jié)出避免發(fā)生這類破壞的有效措施，并

11、在HF混凝土技術(shù)中給予特別的考慮。3.4 HF混凝土的抗空蝕性能：高速水流一旦發(fā)生空蝕破壞，任何混凝土（就是鋼板也會破壞）都會發(fā)生破壞，考慮到空蝕的破壞的不可抗拒性，HF混凝土技術(shù)中對于混凝土的抗空蝕性能采取以防為主、以抗為輔的原則。即在設法提高HF混凝土抗空蝕性能達到與硅粉混凝土相當?shù)幕A上，主要考慮了從混凝土的角度，如何防止空蝕的發(fā)生，尤其是發(fā)現(xiàn)混凝土在泥沙磨損的情況下，會逐步形成過水混凝土表面的不平整，這種不平整發(fā)展到一定程度后也會引起空蝕破壞。在HF混凝土技術(shù)中，特別注意如何減少因混凝土自身的一些性能不足而引起空蝕破壞以及如何避免再生不平整度可能引起的空蝕破壞。4 HF混凝土的施工性能

12、及其施工技術(shù) HF混凝土技術(shù)特別注意其施工性能的改善。因為，混凝土施工性能差，除會加大施工難度和延長工期以外，關(guān)鍵是會造成混凝土質(zhì)量控制的難度和質(zhì)量的波動加大，最終會對混凝土的使用效果產(chǎn)生較大的影響。 由于耐磨混凝土一般均在混凝土的外側(cè)，并屬二期薄層施工的混凝土，許多工程的混凝土外邊界還是曲面，這些因素，使混凝土的施工比較困難。那么，針對具體不同部位的施工工藝和施工技術(shù)，以及施工全過程的技術(shù)支持，是HF混凝土有別于其它種類的混凝土的地方 之一，在施工中易于達到設計要求的質(zhì)量標準和其它指標要求，使混凝土比較容易的達到抗沖耐磨的使用效果。 總之，HF混凝土技術(shù)是在十幾年長期的研究、改進、完善而成的

13、成套技術(shù)，是在對很多工程破壞的原因進行分析和維修的基礎上，在對高速水流的特性和泥沙磨損的機理充分把握的基礎上、并充分認識到它們對混凝土性能指標的客觀要求的基礎上，形成的一套解決這一長期伴隨工程建設和工程運行的技術(shù)難題的方案。這套方案，可以保證工程穩(wěn)妥的解決這一問題，避免采用規(guī)范中存在的不足以及人們傳統(tǒng)思維中和傳統(tǒng)作法中認為正確的、實際上是不可行或不能完全解決問題的方案，避免花費大量的金錢、時間和勞動力重復那些多少人不知道進行過多少次按照不太科學的試驗方法進行的配合比試驗和研究其研究結(jié)果幾乎相同不能完全的解決工程問題。正因為HF混凝土是通過一套技術(shù)而非一種材料來解決抗沖磨問題的，那么，一些以一種混凝土配合比，甚至是通過權(quán)威單位試驗出的一種混凝土配合比，哪怕是稱其某些性能高于HF混凝土，要代替HF混凝土技術(shù)， 顯而易見，那是不可能的。 水工建筑物的沖磨和空蝕破壞，一旦發(fā)生，維修費用幾萬、幾十萬甚至成百上千萬，對于工程興利效益的影響有時是無法計算的。有時其破壞還會影響工程的整體安全 和人民的生命財產(chǎn)安全，這方面的經(jīng)驗教訓很多。在我國幾十年的水利水