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軍工工程一般為地下結(jié)構(gòu),對混凝土抗裂性能、工作性能要求較高,且軍工工程所處環(huán)境復(fù)雜,像海軍基地、航母基地大多數(shù)在沿海地區(qū);機(jī)場有的在巖洞里面,長期承受酸堿鹽離子的滲透侵蝕,對混凝土耐腐蝕性能的要求非常高;核電工程建設(shè)與一般工業(yè)、民用建筑工程建設(shè)相比,具有一定的特殊性,具體表現(xiàn)為:鋼筋密度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,普通混凝土難以或根本無法通過稠密的鋼筋間隙,不易振搗密實,施工存在較大困難。故核電工程施工對混凝土的工作性能、抗裂、抗震、耐久性能要求十分嚴(yán)格。
綜上,軍工、核電工程均對混凝土的抗裂性能、耐腐蝕性能以及工作性能有較高的要求。
WHDF混凝土無機(jī)納米抗裂減滲劑(簡稱WHDF),是武漢工程大學(xué)為完成國家“九五”重點攻關(guān)計劃“水工高面板堆石壩面板混凝土抗裂、抗?jié)B及耐久性研究”而研制的一種新型高性能混凝土外加劑。后續(xù)由武漢天衣新材料有限公司(簡稱武漢天衣)進(jìn)行WHDF及其系列產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。
通過WHDF四劑合一的共同作用,可達(dá)到改善混凝土抗裂性能、密實性能、耐久性能及工作性能的目的,滿足軍工核電工程施工對混凝土質(zhì)量的特殊要求。
WHDF針對性解決核電工程建設(shè)用混凝土的各項難題
1.有效解決大體積混凝土施工時溫控難題和產(chǎn)生的溫度裂縫
1)溫控措施:由于WHDF四劑合一的作用能大幅度提高水泥(C2S和C3S)水化率,因此,每方混凝土可減少20kg水泥用量,從源頭上控制住大體積混凝土施工無法避免的內(nèi)部溫升過高難題。
2)減少裂縫:
①WHDF的加入能提高混凝土抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和極限拉伸值。
②通過抑制鋁酸三鈣早期快速水化,降低早期最大水化熱峰值,緩解了混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度差,避免或減少了溫度裂縫和干縮裂縫。
WHDF對混凝土力學(xué)強(qiáng)度影響的試驗
摻WHDF混凝土能滿足設(shè)計強(qiáng)度要求。
單摻WHDF不同齡期的混凝土抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土均略有降低。
摻WHDF對兩種骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律是一致的。
編號 | 水膠比 | 砂率(%) | 骨料 | WHDF(%) | 抗壓強(qiáng)度(MPa) | 抗壓強(qiáng)度比值(%) | ||||
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| 7d | 28d | 90d | 7d | 28d | 90d |
JZ-1 | 0.38 | 39 | C3天然骨料 | - | 32.7 | 39.2 | 51.7 | 100 | 100 | 100 |
WH-1 |
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| 2 | 31.6 | 38.4 | 50.8 | 97 | 98 | 98 |
JZ-2 | 0.42 | 42 | 人工灰?guī)r骨料 | - | 31.0 | 37.9 | 51.9 | 100 | 100 | 100 |
WH-3 |
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| 2 | 30.0 | 37.5 | 51.1 | 97 | 99 | 98 |
WHDF對混凝土軸拉強(qiáng)度影響的試驗
摻WHDF混凝土各齡期軸拉強(qiáng)度均有提高。
編號 | 水膠比 | 砂率(%) | 骨料 | WHDF(%) | 軸拉強(qiáng)度(MPa) | 軸拉強(qiáng)度比值(%) | ||||
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| 7d | 28d | 90d | 7d | 28d | 90d |
JZ-1 | 0.38 | 39 | C3天然骨料 | - | 2.81 | 3.67 | 4.42 | 100 | 100 | 100 |
WH-1 |
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| 2 | 3.22 | 3.74 | 4.44 | 115 | 102 | 100 |
JZ-2 | 0.42 | 42 | 人工灰?guī)r骨料 | - | 2.79 | 3.63 | 4.39 | 100 | 100 | 100 |
WH-3 |
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| 2 | 3.19 | 3.71 | 4.41 | 114 | 102 | 100 |
WHDF對混凝土極限拉伸值影響的試驗
摻WHD可以一定程度提高混凝土各齡期極限拉伸值。
編號 | 水膠比 | 砂率(%) | 骨料 | WHDF(%) | 極限拉伸值(×10-6) | 極限拉伸值比值(%) | ||||
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| 7d | 28d | 90d | 7d | 28d | 90d |
JZ-1 | 0.38 | 39 | C3天然骨料 | - | 93 | 104 | 115 | 100 | 100 | 100 |
WH-1 |
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| 2 | 96 | 107 | 122 | 103 | 103 | 106 |
JZ-2 | 0.42 | 42 | 人工灰?guī)r骨料 | - | 95 | 105 | 117 | 100 | 100 | 100 |
WH-3 |
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| 2 | 97 | 107 | 121 | 102 | 102 | 103 |
WHDF對混凝土平板抗裂影響的試驗
與基準(zhǔn)混凝土相比,摻WHDF混凝土抗裂等級從Ⅱ級提高到Ⅰ級。
編號 | 水膠比 | 砂率 | 骨料 | WHDF (%) | 開裂時間(min) | 平均開裂面積A(mm2/根) | 單位面積裂縫數(shù)目B(根/m2) | 單位面積開裂面積C(mm2/m2) | 抗裂性 等級 |
JZ-1 | 0.38 | 39 | C3天然骨料 | - | 355 | 5.8 | 13.9 | 80.6 | Ⅱ |
WH-1 |
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| 2 | 415 | 2.8 | 5.6 | 15.7 | Ⅰ |
JZ-2 | 0.42 | 42 | 人工灰?guī)r骨料 | - | 405 | 8.0 | 13.9 | 114 | Ⅱ |
WH-3 |
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| 2 | 480 | 3.2 | 3.8 | 12.2 | Ⅰ |
通過電子掃描電鏡放大3000倍觀察混凝土界面:摻WHDF后,水泥漿體凝膠增多,骨料-漿體界面密實性改善,不易產(chǎn)生微裂縫;漿體界面Ca(OH)2晶體小而分散均勻,界面結(jié)構(gòu)明顯改善。
空白組 試驗組
WHDF水工應(yīng)用案例
WHDF應(yīng)用于國內(nèi)外(平原和高寒地區(qū))共計50多個水工工程,涵蓋堆石壩面板混凝土、碾壓大壩面板混凝土、重力壩/船閘/導(dǎo)航墻等鋼筋密實處混凝土、溢洪道混凝土及導(dǎo)流洞與地下廠房泵送混凝土等領(lǐng)域,能夠切實解決混凝土抗裂性差、施工難度大、易腐蝕不耐久等難題。在平原地區(qū)可以做到無裂縫產(chǎn)生,在高寒地區(qū)的實際應(yīng)用情況顯示每千平方裂縫數(shù)目降至4條以下。
WHDF第一個應(yīng)用工程——湖北恩施小溪口水電站,1998年開始施工,1999年3月完工,水電站提前半年投入使用,新增產(chǎn)值2344萬元。至今已有21年,仍無一條裂縫產(chǎn)生。
湖北恩施小溪口水電站
2.提高混凝土耐久性能
1)提高混凝土密實性能
2)提高混凝土抗?jié)B性能
摻入2%WHDF的混凝土抗?jié)B性能提高,平均滲水高度明顯降低。
相關(guān)案例
高壩洲水電站位于湖北宜昌市宜都市境內(nèi),上距隔河巖50公里,下距清江與長江交匯口12公里,距宜昌市中心50公里,是隔河巖的反調(diào)節(jié)電站,是清江干流最下游一個梯級。該項目混凝土中摻用WHDF,經(jīng)檢驗,抗?jié)B等級可達(dá)P17。
恩施云龍河三級電站碾壓混凝土大壩。云龍河位于恩施市境內(nèi),地處巫山山脈南麓,為清江上游一級支流,長江二級支流。云龍河三級電站壩址位于恩施市屯堡鄉(xiāng)沐撫村,壩址以上流域面積為313.1平方公里。
3)提高混凝土耐腐蝕性能
①摻入2%WHDF的混凝土抗氯離子滲透性能有明顯改善
WHDF對混凝土抗氯離子滲透試驗
編號 | 混凝土類型 | 配合比 | WHDF摻量(%) | 6h電通量(C) |
1 | 常態(tài) | 水:水泥:砂:石 =205:330:744:1132 | — | 2138 |
2 | 2 | 1217 | ||
3 | 泵送 | 水:水泥:砂:石 =245:360:775:962 | — | 2275 |
4 | 2 | 1244 |
為直觀了解WHDF對混凝土耐腐蝕性能的改善作用,天衣采用應(yīng)用工程之一青海察爾汗鹽湖曬鹽池的鹵水組成配制溶液,進(jìn)行了摻與不摻WHDF混凝土試塊的浸泡試驗,并對其進(jìn)行了形貌觀察和強(qiáng)度測試。
青海察爾汗鹽湖鹵水化學(xué)組成
比重 | 主要組成(重量%) | |||||
KCl | MgCl2 | NaCl | Cl- | SO42- | Ca2+ | |
1.23 | 0.63 | 10.59 | 14.83 | 26.2 | 1.09 | 0.66 |
注:氯離子含量高達(dá)26.2%,遠(yuǎn)高于海水中氯離子含量。為了加速該鹽水對混凝土的腐蝕,將試塊在此溶液中浸泡7天干燥1天,90天后進(jìn)行檢測。
可以明顯看出,摻WHDF的試塊表面形成的腐蝕面僅幾個小點,仍然平整光滑;不摻WHDF的試塊腐蝕面達(dá)到100%,表面凹凸不平,腐蝕情況十分嚴(yán)峻。
摻與不摻WHDF混凝土試塊抗壓強(qiáng)度
編號 | 鹵水浸泡前28d(MPa) | 鹵水浸泡90d后(MPa) | 鹵水浸泡90d后抗壓強(qiáng)度下降率(%) |
1(摻WHDF) | 40.8 | 39.9 | 2.2 |
2(不摻WHDF) | 37.8 | 26.9 | 29.0 |
從表中數(shù)據(jù)可知,試塊在溶液中浸泡90d后摻WHDF試塊強(qiáng)度僅下降2.2%,在檢測誤差范圍之內(nèi),而不摻WHDF的試塊抗壓強(qiáng)度下降29%,由此可知 WHDF能極大提高混凝土的抗腐蝕性。
②提高混凝土抗凍融性能
長江水利委員會長江科學(xué)院根據(jù)國家或者行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行凍融試驗
設(shè)計 標(biāo)號 | 水灰比% | 膠材 用量 | 外加劑 | 含氣量 | 表達(dá) 方式 | 凍 融 次 數(shù) | ||||||
50 | 75 | 125 | 175 | 225 | 275 | 325 | ||||||
R90 250 | 0.5 | 280 | A+B+ WHDF | 5.7 | 失重量 動彈模 | -0.1 98.1 | -0.1 97.3 | -0.5 97.6 | -0.5 96.5 | -0.8 96.4 | -1.1 95.5 | -1.8 92.3 |
3.改善混凝土工作性能
1)WHDF的加入,可使混凝土中凝膠增多,對骨料窩裹力提高,改善混凝土和易性和觸變性能,澆筑時不出現(xiàn)離析、泌水等問題,混凝土可自行流淌并形成均勻且密實的結(jié)構(gòu)。
2)在振搗操作不易進(jìn)行的部位,混凝土仍具有良好的工作性能。
應(yīng)用案例——福建冠豸山竹崗隧道
福建冠豸山竹崗隧道回彈及碳化試驗
序號 | 同條件試件抗壓強(qiáng)度(MPa) | 回彈強(qiáng)度(MPa) | 56d碳化深度(mm) | 備注 | ||||||||
3d | 7d | 14d | 28d | 56d | 3d | 7d | 14d | 28d | 56d | |||
1 | / | / | 44.1 | 45.4 | 51.3 | / | / | / | 31.2 | 25.4 | 1.0 | 不摻WHDF |
2 | / | / | / | 45.2 | 54.3 | / | / | / | 30.4 | 23.3 | ||
3 | 37.1(監(jiān)) | 49.4 | 49.5 | 58.8 | / | / | 23.1 | 23.3 | 30.9 | 45.2 | 0.0 | 摻WHDF |
3)改善混凝土和易性,利于施工泵送
應(yīng)用案例——北京中國尊。
中國尊建筑總高528米,是北京市最高的地標(biāo)建筑?;炷恋谋盟途嚯x超過300米,超高層建筑施工難度較大,泵送壓力過高,對砼的強(qiáng)度、粘度和流動度要求高?;炷炼卤靡淮?,要重新開始施工至少需要一個星期,對混凝土質(zhì)量和施工工期影響嚴(yán)重,在混凝土中摻用WHDF后,提高混凝土的強(qiáng)度的同時,能改善工作性能,做到密實且流動性好。
4)在鋼筋密集處,混凝土仍具有良好的流動性能。
4)改善混凝土自密實性能
應(yīng)用案例——武漢城際鐵路Ⅲ型板自密實混凝土工程
Ⅲ型板自密實混凝土是用于Ⅲ型板與鐵道道床基礎(chǔ)聯(lián)接的混凝土,其厚度只有10公分,Ⅲ型板長9.7米,寬2.79米,要在板中的一個小孔中灌入混凝土,自動流淌到Ⅲ型板的四周,施工是十分困難的,當(dāng)年,武漢城際鐵路就是請了三家科研單位,進(jìn)行擂臺比武,最后才確定由鐵科院和武漢天衣聯(lián)合中標(biāo)。
使用方法和工程質(zhì)量保障
使用方法:僅需在攪拌站進(jìn)行混凝土拌合時,通過配套的加料設(shè)備按膠凝材料用量的2%(后澆帶按膠凝材料的2.5%)摻入HDF一同拌合即可;混凝土層澆筑完成后,再對混凝土表面、施工縫、施工冷縫、穿墻管道等部位進(jìn)行細(xì)部處理。
注意:使用前應(yīng)進(jìn)行搖勻,使得產(chǎn)品均勻一致;減水劑與WHDF原液不要直接混合。
工程質(zhì)量保障:嚴(yán)格按照施工規(guī)范施工,WHDF系列產(chǎn)品質(zhì)量由中國人民財產(chǎn)保險承保:單次質(zhì)量事故賠償限額為1000萬元,累計賠償限額為5000萬元。這是目前“結(jié)構(gòu)自防水”唯一的由保險公司承保的抗裂防水產(chǎn)品。