專利名稱：復(fù)合膨脹劑及其在導(dǎo)流洞封堵混凝土中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合膨脹劑及其在導(dǎo)流洞封堵混凝土中的應(yīng)用，屬于建筑材料技
術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
導(dǎo)流洞是水電站樞紐工程施工的主要導(dǎo)流方式，它的主要功能是在截流后承擔(dān)大壩工程施工期的江水過流。由于地形條件的限制，越來越多的河段采用全斷面截流、隧洞導(dǎo)流的施工導(dǎo)流方式，同時(shí)考慮到工程效益、機(jī)組提前發(fā)電等建設(shè)要求，導(dǎo)流洞的規(guī)模不斷刷新，渡汛標(biāo)準(zhǔn)和下閘后的擋水水頭越來越高，為使封堵混凝土施工滿足工期及結(jié)構(gòu)上的要求，澆筑的封堵混凝土需在導(dǎo)流洞周圍基巖的約束條件下，在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的膨脹變形，以抵消水泥水化熱產(chǎn)生的溫降收縮，以及水化產(chǎn)生的自收縮。 水泥混凝土是一種水硬性膠凝材料，自澆筑成型開始并處于導(dǎo)流洞環(huán)境中的封堵混凝土，在其水化硬化的整個(gè)過程中，由于自身的水化反應(yīng)主要存在著自收縮和溫降收縮，約束條件下的收縮引起混凝土開裂，是造成導(dǎo)流洞工程發(fā)生滲漏質(zhì)量事故的主要原因。導(dǎo)流洞混凝土典型的溫度變化曲線如圖1所示。 澆筑以后的導(dǎo)流洞封堵混凝土在4-7d由于水化熱而溫度上升，之后開始緩慢逐漸下降，2-3個(gè)月以后開始趨于與洞內(nèi)溫度一致并穩(wěn)定。在這個(gè)過程中，由于水化的反應(yīng)首先存在由于化學(xué)減縮引起的自收縮，此外更重要的是在降溫的過程中存在溫降收縮，如果不采取有效的措施，收縮會(huì)引起裂縫，尤其在混凝土和周圍基巖的粘結(jié)處，從而造成滲漏等質(zhì)量事故，嚴(yán)重者可能危及到水電站的安全運(yùn)營。為了消除這一隱患，必須采取有效措施來確保在這整個(gè)溫度歷程范圍內(nèi)的體積穩(wěn)定性。根據(jù)導(dǎo)流洞封堵混凝土設(shè)計(jì)要求，體積穩(wěn)定性有兩層含義首先，混凝土在澆筑成型和硬化的過程中，必須產(chǎn)生適度的膨脹以補(bǔ)償自身的化學(xué)減縮、自收縮和溫度收縮，且穩(wěn)定以后仍然具有一定的微膨脹，對(duì)基巖產(chǎn)生一定的膨脹壓應(yīng)力；其次，膨脹率不能過大(跟強(qiáng)度和約束程度有關(guān))，因?yàn)檫^度的膨脹不僅會(huì)引起混凝土自身的損傷，還會(huì)危害到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，即所謂的安定性不良。 針對(duì)導(dǎo)流洞混凝土的設(shè)計(jì)要求，在混凝土中使用微膨脹水泥或外摻膨脹材料，使混凝土在水化過程中產(chǎn)生體積膨脹抵消溫度降低和水化作用造成的收縮變形，近年來在導(dǎo)流隧洞封堵混凝土的配制中逐漸得到了重視。摻用膨脹劑或采用膨脹水泥是改善水泥混凝土體積穩(wěn)定性和抗裂性長期以來應(yīng)用的主要手段之一，膨脹劑的主要特性是摻入水泥混凝土后，它的膨脹性能可以補(bǔ)償混凝土硬化過程中的收縮，能起抗裂防滲作用，在限制條件下成為自應(yīng)力混凝土。為了保障封堵混凝土的體積穩(wěn)定性，在確定膨脹劑的品種和摻量的時(shí)候，其基本原則是首先要根據(jù)安定性確定膨脹劑摻量的上限，再在安定摻量范圍內(nèi)，確定膨
脹劑的種類和摻量，以配制得到早期和中期微膨脹，且后期穩(wěn)定發(fā)展的混凝土膨脹曲線。
在導(dǎo)流洞封堵混凝土中應(yīng)用較多的膨脹劑主要有鈣礬石類膨脹劑和Mg0類膨脹劑。鈣礬石類膨脹劑膨脹源主要是鈣礬石(C3A 3CaS04 32H20)，其膨脹效能大，但其水化速率快，膨脹主要發(fā)生在早齡期(7d左右)，膨脹后的收縮落差大，對(duì)水泥基材料的中后期收縮補(bǔ)償作用不明顯，因此在絕濕的條件下?lián)解}礬石類膨脹劑往往還有后期收縮的趨勢(shì)。此類膨脹劑還存在需水量大，需加強(qiáng)濕養(yǎng)護(hù)，而導(dǎo)流洞工程通常不具備這樣的養(yǎng)護(hù)條件。此外，在溫度升高的情況下，鈣礬石類膨脹劑在后期還有可能發(fā)生延遲性鈣礬石反應(yīng)，造成工程隱患。相對(duì)而言，我國從上世紀(jì)70年代就開始研究把MgO膨脹劑用于補(bǔ)償大壩混凝土的溫降收縮，從而形成了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Mg0混凝土筑壩技術(shù)。這種用于水工大壩的Mg0膨脹劑只能在后期(常溫下60d-180d)發(fā)揮作用，對(duì)大體積混凝土的溫降收縮有較好的補(bǔ)償作用，但對(duì)早期收縮的補(bǔ)償作用不大。更為重要的是，在確定膨脹劑摻量的時(shí)候，首先要滿足安定性的要求，安定性的檢測(cè)是一種加速試驗(yàn)方法，主要檢驗(yàn)膨脹劑產(chǎn)生的膨脹對(duì)于水泥混凝土結(jié)構(gòu)的損傷，而高溫煅燒的氧化鎂由于最終膨脹效能大，因此在壓蒸試驗(yàn)時(shí)，安定摻量非常有限，僅靠單一的這種膨脹劑無法滿足導(dǎo)流洞封堵混凝土的體積穩(wěn)定性要求。浙江大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)等單位通過多年的深入研究，提出了鈣礬石類膨脹劑和高溫煅燒氧化鎂膨脹劑復(fù)合的"雙膨脹"水泥的理論，而對(duì)雙膨脹復(fù)合外加劑的研究卻很少，并且也不能從根本上解決鈣礬石類膨脹劑應(yīng)用于大體積混凝土的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種復(fù)合膨脹劑，用于導(dǎo)流洞封堵混凝土，能夠全過程地補(bǔ)償混凝土的自收縮和溫降收縮，使得封堵混凝土在早期和中期產(chǎn)生較大的膨脹，并對(duì)基巖形成一定的預(yù)壓應(yīng)力，且膨脹后的水化產(chǎn)物性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生回縮現(xiàn)象，有效保證封堵混凝土的體積穩(wěn)定性。 本發(fā)明還提供所述復(fù)合膨脹劑在導(dǎo)流洞封堵混凝土中的應(yīng)用。 本發(fā)明所采取的技術(shù)原理根據(jù)封堵混凝土的溫度和水化歷程，早期和中期產(chǎn)生的自收縮和溫降收縮較大，需要大的膨脹來補(bǔ)償，并對(duì)基巖形成一定的壓應(yīng)力；后期的自收縮和溫降收縮較小，需要微量的微膨脹來補(bǔ)償，使其不收縮，以穩(wěn)定早期形成的膨脹預(yù)壓應(yīng)力。本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，氧化鎂膨脹材料的膨脹特性與其煅燒溫度有著很大的關(guān)系，盡管菱鎂礦的理論分解溫度為650°C _7001:，但是在高于此理論分解溫度的不同溫度下煅燒出來的氧化鎂結(jié)晶形態(tài)和晶格畸變程度有著很大不同，并直接影響到其水化后具有不同的膨脹特性。在70(TC _8501:低溫煅燒的氧化鎂在常溫條件下，在水化的早期和中期(l-28d)就能產(chǎn)生較大的膨脹，其水化程度超過了 80%，對(duì)于封堵混凝土早期和中期的膨脹有利，且采用安定性評(píng)定方法——壓蒸法GB/T 750-92《水泥壓蒸安定性試驗(yàn)方法》評(píng)定時(shí)，其安定摻量可以超過10%，因此可以用來為封堵混凝土提供早期和中期的大膨脹，但是由于它水化快，因此不能補(bǔ)償后期的自收縮和溫降收縮；而在95(TC -IIO(TC高溫煅燒的氧化鎂，在常溫條件下反應(yīng)活性很小，但是在溫度升高的條件下，可以在中期和后期(28d-180d)產(chǎn)生微膨脹，其安定摻量一般不超過3-4%，可以用來補(bǔ)償封堵混凝土的后期收縮?；谶@一思想，本發(fā)明提出采用低溫煅燒的氧化鎂提供早期和中期的微膨脹補(bǔ)償早期的自收縮，采用高溫煅燒的氧化鎂提供后期微膨脹以補(bǔ)償溫降收縮和后期的自收縮。
所述復(fù)合膨脹劑由5% 25%的第一組份和75% 95%的第二組份組成，其中第一組份為水化活性值為40 90s的氧化鎂，第二組份為水化活性值為180 240s的氧化鎂，所述百分比為質(zhì)量百分比。其中，第一組份的水化活性優(yōu)選為50 80s，第二組份的水化活性優(yōu)選為210 230s。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述第一組份的MgO含量^ 85%，燒失量《5%，第二組份的的MgO含量^ 85%，燒失量《5%。所述第一組份為700 85(TC低溫煅燒的氧化鎂，第二組份為950 IIO(TC高溫煅燒的氧化鎂。所述低溫或高溫煅燒的氧化鎂，其原料和具體工藝均為現(xiàn)有技術(shù)，作為優(yōu)選方案，可由菱鎂礦煅燒40 80min后，在空氣中急冷得到。作為優(yōu)選方案，用80 y m水泥分析篩檢測(cè)，所述第一、二組份的篩余均為3% -10%。
所述復(fù)合膨脹劑由上述組分按照所述的比率混合而成。 所述復(fù)合膨脹劑用于補(bǔ)償導(dǎo)流隧洞封堵混凝土收縮時(shí)，可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)工程需要確定其摻量，優(yōu)選的摻量為等質(zhì)量取代導(dǎo)流洞封堵混凝土中膠凝材料總量的7 12%。 本發(fā)明針對(duì)導(dǎo)流洞封堵混凝土體積穩(wěn)定性的特殊要求，采用不同煅燒溫度的氧化鎂膨脹劑復(fù)合，與現(xiàn)有技術(shù)相比，所采取的膨脹源為不同溫度煅燒的氧化鎂水化而成氫氧化鎂，既避免了在大體積混凝土中使用鈣礬石類膨脹劑容易引起延遲性鈣礬石和后期膨脹回落的問題，又解決了僅使用高溫煅燒的氧化鎂安定產(chǎn)量過低，早期和 中期膨脹效能不足的問題。在導(dǎo)流洞封堵混凝土中使用本發(fā)明，能夠全過程地補(bǔ)償混凝土的自收縮和溫降收縮，使得封堵混凝土在早期和中期產(chǎn)生較大的膨脹，并對(duì)基巖形成一定的預(yù)壓應(yīng)力，且膨脹后的水化產(chǎn)物性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生回縮現(xiàn)象，有效保證封堵混凝土的體積穩(wěn)定性。
圖1是典型的導(dǎo)流洞封堵混凝土的溫度歷程； 圖2是實(shí)施例1中封堵混凝土的自生體積變形曲線； 圖3是實(shí)施例2中封堵混凝土的自生體積變形曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1 用顎式破碎機(jī)將菱鎂礦破碎為粒徑< 2cm的顆粒小塊；將破碎后的菱鎂礦生料礦石顆粒在75(TC下煅燒，并在此溫度下保溫80min，空氣中冷卻至室溫；然后用球磨機(jī)將煅燒產(chǎn)物粉磨至一定細(xì)度，用檸檬酸法檢測(cè)其水化活性，用X熒光分析儀檢測(cè)其MgO含量，并測(cè)試其燒失量，得到第一組分，具體檢測(cè)指標(biāo)如下 第一組分水化活性為58s，細(xì)度(80iim篩篩余)為3. 5%， MgO含量為89%，燒失量4. 5%。 用顎式破碎機(jī)將菱鎂礦破碎為粒徑< 2cm的顆粒小塊；將破碎后的菱鎂礦生料礦石顆粒在100(TC下煅燒，并在此溫度下保溫40min，空氣中冷卻至室溫；然后用球磨機(jī)將煅燒產(chǎn)物粉磨至一定細(xì)度，用檸檬酸法檢測(cè)其水化活性，用X熒光分析儀檢測(cè)其MgO含量，并測(cè)試其燒失量，得到第二組分，具體檢測(cè)指標(biāo)如下 第二組分的水化活性為200s，細(xì)度(80iim篩篩余)為4. 8X，MgO含量為91%，燒失量2. 5%。
然后將二者按如下質(zhì)量百分比進(jìn)行復(fù)配第一組分12% ;第二組分88%，得到復(fù)合膨脹劑。
封堵混凝土的配合比為(質(zhì)量比) 水泥粉煤灰砂石水=164 : 85 : 723 : 1178 : 138。 混凝土的7d抗壓強(qiáng)度為15MPa， 28d抗壓強(qiáng)度為26MPa。 在上述混凝土配合比中摻入上述復(fù)合膨脹劑，摻量為8%，作為對(duì)比，另外兩組分別摻同樣摻量的上述第一組分(簡稱M1)，一種市售鈣礬石類膨脹劑(E)，測(cè)試混凝土在導(dǎo)流洞實(shí)際溫度歷程下(如圖1所示)的自生體積變形，試驗(yàn)方法參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL 352-2006)，結(jié)果如圖3所示。圖中對(duì)比的的試驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于其他兩種膨脹劑，摻本發(fā)明復(fù)合膨脹劑的混凝土膨脹值在降溫階段較穩(wěn)定，有利于補(bǔ)償混凝土的溫降收縮，以形成對(duì)于基巖穩(wěn)定的膨脹壓應(yīng)力，而對(duì)比樣均出現(xiàn)了后期回落的現(xiàn)象。
實(shí)施例2 用顎式破碎機(jī)將菱鎂礦破碎為粒徑< 2cm的顆粒小塊；將破碎后的菱鎂礦生料礦石顆粒在85(TC下煅燒，并在此溫度下保溫80min，空氣中冷卻至室溫；然后用球磨機(jī)將煅燒產(chǎn)物粉磨至一定細(xì)度，用檸檬酸法檢測(cè)其水化活性，用X熒光分析儀檢測(cè)其MgO含量，并測(cè)試其燒失量，得到第一組分，具體檢測(cè)指標(biāo)如下 第一組分水化活性為75s，細(xì)度(80iim篩篩余)為3.8%， Mg0含量為90X，燒失量4. 6%。 用顎式破碎機(jī)將菱鎂礦破碎為粒徑< 2cm的顆粒小塊；將破碎后的菱鎂礦生料礦石顆粒在105(TC下煅燒，并在此溫度下保溫60min，空氣中冷卻至室溫；然后用球磨機(jī)將煅燒產(chǎn)物粉磨至一定細(xì)度，用檸檬酸法檢測(cè)其水化活性，用X熒光分析儀檢測(cè)其MgO含量，并測(cè)試其燒失量，得到第二組分，具體檢測(cè)指標(biāo)如下 第二組分的水化活性為225s，細(xì)度(80iim篩篩余)為4. 2X，MgO含量為92%，燒失量1. 5%。 然后將二者按如下質(zhì)量百分比進(jìn)行復(fù)配第一組分25% ;第二組分75%，得到復(fù)合膨脹劑。
封堵混凝土的配合比為 水泥粉煤灰砂石水復(fù)合膨脹劑=251 : 108 : 702 : 1046 : 156 : 31。 混凝土 28d抗壓強(qiáng)度為29MPa。 混凝土在20°C時(shí)的自生體積變形見圖3，混凝土的早期膨脹效能大，后期無收縮。
權(quán)利要求
一種復(fù)合膨脹劑，其特征在于由5％～25％的第一組份和75％～95％的第二組份組成，其中第一組份為水化活性值為40～90s的氧化鎂，第二組份為水化活性值為180～240s的氧化鎂，所述百分比為質(zhì)量百分比。
2 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合膨脹劑，其特征在于第一組份的水化活性優(yōu)選為50 80s，第二組份的水化活性優(yōu)選為210 230s。
3. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合膨脹劑，其特征在于所述第一組份的MgO含量^ 85%，燒失量《5X，第二組份的的MgO含量^ 85%，燒失量《5%。
4. 如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合膨脹劑，其特征在于所述第一組份為700 85(TC低溫煅燒的氧化鎂，第二組份為950 IIO(TC高溫煅燒的氧化鎂。
5 如權(quán)利要求4所述的復(fù)合膨脹劑，其特征在于所述第一、二組份均由菱鎂礦煅燒40 80min后，在空氣中急冷得到。
6. 如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合膨脹劑，其特征在于用80 ii m水泥分析篩檢測(cè)，所述第一、二組份的篩余均為3% -10%。
7. 權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的復(fù)合膨脹劑在導(dǎo)流洞封堵混凝土中的應(yīng)用。
8. 如權(quán)利要求7所述的復(fù)合膨脹劑在導(dǎo)流洞封堵混凝土中的應(yīng)用，其特征在于所述復(fù)合膨脹劑等質(zhì)量取代導(dǎo)流洞封堵混凝土中膠凝材料總量的7% 12%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合膨脹劑及其在導(dǎo)流洞封堵混凝土中的應(yīng)用，能有效保證封堵混凝土的體積穩(wěn)定性。所述復(fù)合膨脹劑由5％～25％的第一組份和75％～95％的第二組份組成，其中第一組份為水化活性值為40～90s的氧化鎂，第二組份為水化活性值為180～240s的氧化鎂，所述百分比為質(zhì)量百分比。其中，第一組份的水化活性優(yōu)選為50～80s，第二組份的水化活性優(yōu)選為210～230s。所述復(fù)合膨脹劑用于補(bǔ)償導(dǎo)流隧洞封堵混凝土收縮時(shí)，優(yōu)選的摻量為等質(zhì)量取代導(dǎo)流洞封堵混凝土中膠凝材料總量的7～12％。本發(fā)明可使得封堵混凝土在早期和中期產(chǎn)生較大的膨脹，且不產(chǎn)生回縮現(xiàn)象，有效保證封堵混凝土的體積穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)C04B22/06GK101786819SQ20101001870
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者劉加平, 周偉玲, 張守治, 田倩, 繆昌文 申請(qǐng)人:江蘇博特新材料有限公司;江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司;南京道鷺建設(shè)材料廠