[发明专利]复合膨胀剂及其在导流洞封堵混凝土中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合膨胀剂及其在导流洞封堵混凝土中的应用，属于建筑材料技术领域。

背景技术

导流洞是水电站枢纽工程施工的主要导流方式，它的主要功能是在截流后承担大坝工程施工期的江水过流。由于地形条件的限制，越来越多的河段采用全断面截流、隧洞导流的施工导流方式，同时考虑到工程效益、机组提前发电等建设要求，导流洞的规模不断刷新，渡汛标准和下闸后的挡水水头越来越高，为使封堵混凝土施工满足工期及结构上的要求，浇筑的封堵混凝土需在导流洞周围基岩的约束条件下，在一定时间内产生稳定的膨胀变形，以抵消水泥水化热产生的温降收缩，以及水化产生的自收缩。

水泥混凝土是一种水硬性胶凝材料，自浇筑成型开始并处于导流洞环境中的封堵混凝土，在其水化硬化的整个过程中，由于自身的水化反应主要存在着自收缩和温降收缩，约束条件下的收缩引起混凝土开裂，是造成导流洞工程发生渗漏质量事故的主要原因。导流洞混凝土典型的温度变化曲线如图1所示。

浇筑以后的导流洞封堵混凝土在4-7d由于水化热而温度上升，之后开始缓慢逐渐下降，2-3个月以后开始趋于与洞内温度一致并稳定。在这个过程中，由于水化的反应首先存在由于化学减缩引起的自收缩，此外更重要的是在降温的过程中存在温降收缩，如果不采取有效的措施，收缩会引起裂缝，尤其在混凝土和周围基岩的粘结处，从而造成渗漏等质量事故，严重者可能危及到水电站的安全运营。为了消除这一隐患，必须采取有效措施来确保在这整个温度历程范围内的体积稳定性。根据导流洞封堵混凝土设计要求，体积稳定性有两层含义：首先，混凝土在浇筑成型和硬化的过程中，必须产生适度的膨胀以补偿自身的化学减缩、自收缩和温度收缩，且稳定以后仍然具有一定的微膨胀，对基岩产生一定的膨胀压应力；其次，膨胀率不能过大(跟强度和约束程度有关)，因为过度的膨胀不仅会引起混凝土自身的损伤，还会危害到结构的稳定性，即所谓的安定性不良。

针对导流洞混凝土的设计要求，在混凝土中使用微膨胀水泥或外掺膨胀材料，使混凝土在水化过程中产生体积膨胀抵消温度降低和水化作用造成的收缩变形，近年来在导流隧洞封堵混凝土的配制中逐渐得到了重视。掺用膨胀剂或采用膨胀水泥是改善水泥混凝土体积稳定性和抗裂性长期以来应用的主要手段之一，膨胀剂的主要特性是掺入水泥混凝土后，它的膨胀性能可以补偿混凝土硬化过程中的收缩，能起抗裂防渗作用，在限制条件下成为自应力混凝土。为了保障封堵混凝土的体积稳定性，在确定膨胀剂的品种和掺量的时候，其基本原则是首先要根据安定性确定膨胀剂掺量的上限，再在安定掺量范围内，确定膨胀剂的种类和掺量，以配制得到早期和中期微膨胀，且后期稳定发展的混凝土膨胀曲线。

在导流洞封堵混凝土中应用较多的膨胀剂主要有钙矾石类膨胀剂和MgO类膨胀剂。钙矾石类膨胀剂膨胀源主要是钙矾石(C₃A·3CaSO₄·32H₂O)，其膨胀效能大，但其水化速率快，膨胀主要发生在早龄期(7d左右)，膨胀后的收缩落差大，对水泥基材料的中后期收缩补偿作用不明显，因此在绝湿的条件下掺钙矾石类膨胀剂往往还有后期收缩的趋势。此类膨胀剂还存在需水量大，需加强湿养护，而导流洞工程通常不具备这样的养护条件。此外，在温度升高的情况下，钙矾石类膨胀剂在后期还有可能发生延迟性钙矾石反应，造成工程隐患。相对而言，我国从上世纪70年代就开始研究把MgO膨胀剂用于补偿大坝混凝土的温降收缩，从而形成了拥有自主知识产权的MgO混凝土筑坝技术。这种用于水工大坝的MgO膨胀剂只能在后期(常温下60d-180d)发挥作用，对大体积混凝土的温降收缩有较好的补偿作用，但对早期收缩的补偿作用不大。更为重要的是，在确定膨胀剂掺量的时候，首先要满足安定性的要求，安定性的检测是一种加速试验方法，主要检验膨胀剂产生的膨胀对于水泥混凝土结构的损伤，而高温煅烧的氧化镁由于最终膨胀效能大，因此在压蒸试验时，安定掺量非常有限，仅靠单一的这种膨胀剂无法满足导流洞封堵混凝土的体积稳定性要求。浙江大学、浙江工业大学等单位通过多年的深入研究，提出了钙矾石类膨胀剂和高温煅烧氧化镁膨胀剂复合的“双膨胀”水泥的理论，而对双膨胀复合外加剂的研究却很少，并且也不能从根本上解决钙矾石类膨胀剂应用于大体积混凝土的问题。

发明内容

本发明提供一种复合膨胀剂，用于导流洞封堵混凝土，能够全过程地补偿混凝土的自收缩和温降收缩，使得封堵混凝土在早期和中期产生较大的膨胀，并对基岩形成一定的预压应力，且膨胀后的水化产物性能稳定，不产生回缩现象，有效保证封堵混凝土的体积稳定性。