一種用于水工泄水建筑物修補(bǔ)的高延性水泥基材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水工泄水建筑物修補(bǔ)的高延性水泥基材 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 含推移質(zhì)和懸移質(zhì)的高速水流造成泄水建筑物混凝土表面的磨蝕破壞是水利水 電工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中的常見病害。導(dǎo)流洞、溢流壩、溢洪道、泄洪洞、泄水閘底板、護(hù)坦、消力 墩、水墊塘、二道壩、排水底孔的底板及邊墻等水工泄水建筑物經(jīng)常在高速含砂水流沖刷磨 損及推移質(zhì)沖擊作用下產(chǎn)生沖磨破壞。紫坪鋪水庫的導(dǎo)流洞底板及邊墻自2002年導(dǎo)流運(yùn) 行以來，由于推移質(zhì)的沖磨，表面磨損比較普遍，局部出現(xiàn)沖蝕深坑，總面積達(dá)25000m2[1]。 李家峽電站導(dǎo)流隧洞在導(dǎo)流過水5年多后，檢查發(fā)現(xiàn)閘門后底板鋼襯與混凝土接縫處被沖 刷形成深1. 7~2m、平均寬10m、長(zhǎng)8m的深坑，底護(hù)板下部混凝土被水流淘空；從導(dǎo)流洞轉(zhuǎn) 彎的凹面起，距邊墻Im處，底板被沖刷形成深0. 7~I. 2m、寬1~I. 5m、沿洞軸向長(zhǎng)約600m 的深槽[2]。我國(guó)一批大型高水頭電站，如松塔、錦屏、白鶴灘、溪洛渡、向家壩、烏東德等，其 泄水建筑物的水流流速可高達(dá)40~50m/s，使得水工泄水建筑物的沖磨破壞問題更為突 出。
[0003] 泄水建筑物遭受沖磨破壞后必須及時(shí)采取修補(bǔ)措施。比較常見的是采用硅粉高強(qiáng) 混凝土或環(huán)氧砂漿或噴涂聚脲[37]。高強(qiáng)混凝土抗磨性能較強(qiáng)，但是高強(qiáng)混凝土易開裂，裂 縫在水壓及推移質(zhì)沖擊作用下，逐漸擴(kuò)展，修補(bǔ)層往往從裂縫處破壞。采用環(huán)氧砂漿或噴涂 聚脲等高強(qiáng)度有機(jī)材料修補(bǔ)時(shí)，材料本身的粘接性及抗沖磨性能都很優(yōu)異，但是，由于環(huán)氧 及聚脲的熱膨脹系數(shù)是基底混凝土的熱膨脹系數(shù)2~3倍，導(dǎo)致修補(bǔ)層與基底的溫度變形 不協(xié)調(diào)，在經(jīng)歷數(shù)個(gè)寒暑交替以后，修補(bǔ)層開始局部起鼓、脫粘，最終導(dǎo)致修補(bǔ)層整體被掀 開而失效；同時(shí)，環(huán)氧及聚脲等有機(jī)物中揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)施工工人的健康也會(huì)產(chǎn)生不利影響。
[0004] 因此，需要開發(fā)一種高抗沖磨性能、高粘接性及高延性的水泥基修補(bǔ)材料，提高修 補(bǔ)層的抗沖耐磨性能及服役周期，減少修補(bǔ)頻率，提高工程運(yùn)行的安全性。
[0005] 參考文獻(xiàn)
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[0011] [7]王亞飛· NE型環(huán)氧抗沖磨砂漿在白水峪水電站消力池磨損修補(bǔ)工程中的應(yīng)用 [J]·中國(guó)水運(yùn)（下半月），2015,（2) :171-172.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于水工泄水建筑物修補(bǔ)的 高延性水泥基材料，以提高水工泄水建筑物修補(bǔ)層的抗沖耐磨性能、界面粘接性能及延性。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0014] 一種用于水工泄水建筑物修補(bǔ)的高延性水泥基材料，按照質(zhì)量份數(shù)，由以下組分 組成：水泥100份，水25~150份，棕剛玉50~250份，微珠20~450份，納米CaCO3O. 5~ 20份，減水劑0. 1~5份，PVA纖維0. 95~15份，超細(xì)鋼纖維2~20份。
[0015] 優(yōu)選的，所述水泥為P · 0 42. 5水泥。
[0016] 優(yōu)選的，所述水泥的強(qiáng)度等級(jí)彡42. 5。
[0017] 優(yōu)選的，所述棕剛玉的最大粒徑為I. 5mm ;所述微珠的體積平均徑 D (4, 3)彡IOOnm ;所述納米CaCO3的體積平均徑D (4, 3)彡25nm。
[0018] 優(yōu)選的，所述減水劑的減水率彡25%。
[0019] 優(yōu)選的，所述PVA纖維為當(dāng)量直徑為40 μπκ抗拉強(qiáng)度大于1500MPa、彈性模量大于 35GPa的短切PVA纖維。
[0020] 優(yōu)選的，所述超細(xì)鋼纖維的當(dāng)量直徑為0.1 Omm~0. 20mm，長(zhǎng)徑比50~65。
[0021] 該用于水工泄水建筑物修補(bǔ)的高延性水泥基材料28d抗沖磨強(qiáng)度彡30h/(kg/m2)， 與基體混凝土的劈拉粘結(jié)強(qiáng)度彡5. OMPa，極限拉伸值1 %~3%。
[0022] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述用于水工泄水建筑物修補(bǔ)的高延性水泥基 材料的制備方法，其技術(shù)方案為：
[0023] 一種用于水工泄水建筑物修補(bǔ)的高延性水泥基材料的制備方法，包括以下步驟：
[0024] (1)先將水泥、微珠、納米CaC03、棕剛玉倒入攪拌機(jī)中，攪拌3min ;
[0025] (2)將減水劑和水加入上述混合物，攪拌3min，得到均勻流動(dòng)的漿體，測(cè)試漿體的 粘度；
[0026] (3)得到均勻流動(dòng)的漿體后，加入PVA纖維，攪拌3min ;
[0027] (4)加入超細(xì)鋼纖維，攪拌3min ;
[0028] (5)修補(bǔ)砂衆(zhòng)出機(jī)，入模饒筑成型。
[0029] 步驟⑵中，要求衆(zhòng)體的粘度滿足IPa · s~30Pa · s，方可進(jìn)行步驟（3)。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：
[0031 ] 本發(fā)明提供的用于水工泄水建筑物修補(bǔ)的高延性水泥基材料抗沖耐磨強(qiáng)度高、與 基體粘結(jié)強(qiáng)度高、延性高，修補(bǔ)材料的熱膨脹系數(shù)與混凝土的接近，與基體混凝土的變形協(xié) 調(diào)一致，其施工工藝簡(jiǎn)單、方便，原材料材料來源廣泛。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0033] 實(shí)施例1
[0034] 材料的組成比例如表1所示：
[0035] 表1水工泄水建筑物修補(bǔ)材料配合比例（質(zhì)量份數(shù)）
[0037] 所用原材料為：
[0038] 水泥為P · 0 42. 5水泥，棕剛玉最大粒徑為0. 5mm，微珠體積平均徑D(4, 3)為 95nm ;納米CaCO3的體積平均徑D (4, 3)為24. 5nm，聚羧酸高性能減水劑，減水率30%，短切 PVA纖維當(dāng)量直徑為40 μ m，抗拉強(qiáng)度1550MPa、
[0039] 彈性模量39GPa ;超細(xì)鋼纖維當(dāng)量直徑為0. 16mm，長(zhǎng)徑比50。
[0040] 水工泄水建筑物修補(bǔ)材料攪拌工藝如下：
[0041] (1)先將水泥、微珠、納米CaC03、棕剛玉倒入攪拌機(jī)中，攪拌3min。
[0042] (2)將減水劑和水加入，攪拌3min，得到均勻流