水利工程論文-聚丙烯纖維混凝土在水利水電工程上的應(yīng)用探討.doc

水利工程論文-聚丙烯纖維混凝土在水利水電工程上的應(yīng)用探討摘要：國外從70年代末以來,對聚丙烯纖維混凝土進行了大量的試驗研究,并在軍事、房屋、交通、水利等工程中得到廣泛應(yīng)用。我國則在80年代中期開始引進應(yīng)用。研究成果和工程經(jīng)驗證明,聚丙烯纖維能減少和防止混凝土在塑性和初期硬化階段的收縮裂縫產(chǎn)生,從而提高防滲、抗凍、抗沖磨等性能。本文介紹聚丙烯纖維混凝土的性能和它在水利水電工程中廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維網(wǎng)纖維短絲纖維混凝土收縮裂縫混凝土韌性室內(nèi)試驗和工程實踐證明,在混凝土中加入較低摻量水平的聚丙烯纖維,即可減少或防止混凝土在澆筑后早期硬化階段,因泌水和水分散失而引起塑性收縮和微裂紋；也可以減少和防止混凝土硬化后期產(chǎn)生干縮裂縫及溫度變化引起的微裂紋,從而改善混凝土的防滲、抗凍、抗沖磨等性能。同時由于大量纖維隨機分布于混凝土中,使混凝土結(jié)構(gòu)的變形能力、初裂后殘余強度、韌性都有一定提高。此外聚丙烯纖維混凝土具有的較高粘稠性,可改善噴射混凝土的性能和降低回彈。所有這些特點使聚丙烯纖維成為國外20多年來提高混凝土性能的一項重要措施。80年代中期以來聚丙烯纖維混凝土在我國土建和交通行業(yè)逐漸得到應(yīng)用,如高層建筑的地下室、污水處理廠的污水池、游泳池、糧食倉儲庫、大型停車場、高速公路路面、高架路路面、橋梁路面鋪裝層、機場停機坪、碼頭貨物料場,以及在地下洞室、護坡等工程應(yīng)用噴射聚丙烯纖維混凝土。由于其良好的性能價格比以及和常規(guī)混凝土相同的施工方法,使聚丙烯纖維混凝土得到廣泛應(yīng)用。1聚丙烯纖維混凝土的性能聚丙烯纖維作為一種次要的混凝土加強系統(tǒng)(即不代替受力鋼筋),對混凝土的性能產(chǎn)生如下影響:1.1聚丙烯纖維抑制了混凝土的塑性收縮微裂紋的產(chǎn)生,提高了建筑物的整體性、耐久性和使用壽命美國Pardon與Zollo等人分析了混凝土塑性收縮的性質(zhì),用模擬體積變化的平面試樣代替ASTM沿用的只能反映線收縮的試樣來做試驗。加入體積含量0.1%聚丙烯纖維的砂漿和混凝土,裂縫比對照試樣分別減少87%和82%；砂漿收縮量比對照減少32%40%；混凝土試樣收縮量有一組比對照減少48%,另一種則與對照相同。同濟大學混凝土材料研究國家重點試驗室的測試表明,聚丙烯纖維含量為0.05%和0.15%的砂漿干縮裂縫加權(quán)寬度分別為對照試樣的63.5%和37.3%。浙江大學土木工程學院28d干縮試驗表明,摻量為0.1%的聚丙烯纖維可減少混凝土干縮10%左右。大量的工程實踐也都證明,聚丙烯纖維的使用對減少混凝土塑性收縮和防止開裂作用十分明顯。特別是隨著混凝土施工技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了用激光照準的混凝土平面澆筑機,每小時澆注量可達70m3,一日可鋪設(shè)2000m2地面。采用聚丙烯纖維混凝土能成功地解決了在這樣的施工強度下,控制收縮裂縫的問題。對聚丙烯纖維減少收縮裂縫的機理初步認為,一是由于聚丙烯纖維的存在,降低了水分在混凝土中的遷移性,減少了泌水現(xiàn)象,因而減少了體積變化。根據(jù)英國認證委員會(BBA)出具的證明,聚丙烯纖維混凝土泌水可減少35%55%；另一種認識是聚丙烯纖維的變形模量雖然較低,但卻與混凝土在早期硬化階段(24h內(nèi))時的變形模量相當,因而可以有效地抑制開裂。對板式結(jié)構(gòu)防止裂縫過去一般是采用鋼筋網(wǎng)。聚丙烯纖維的廣泛應(yīng)用已在一定程度上替代了這種傳統(tǒng)作法。圣荷西大學的一項對比試驗表明,采用聚丙烯纖維含量為0.68kg/m3的混凝土比素混凝土減少裂縫71.5%,而設(shè)置鋼筋網(wǎng)的混凝土僅減少6.5%。多數(shù)人認為鋼筋網(wǎng)與聚丙烯纖維混凝土都有一定的抑制裂縫產(chǎn)生的作用,都屬于次要增強。但前者由于分布很稀,實際上這種作用較弱,而主要是在裂縫發(fā)生后限制裂縫寬度。因此不少人主張在地面支承板結(jié)構(gòu)中,可以用聚丙烯纖維混凝土取代鋼筋網(wǎng),但同時也指出兩者結(jié)合使用效果更好。至于用聚丙烯纖維混凝土代替鋼筋網(wǎng)混凝土能方便施工,并大大加快進度,以及由此而帶來的效益,則是不言而喻的。1.2強度和韌性是混凝土的兩大主要性能當聚丙烯纖維加入量為混凝土體積的0.1%左右時,不會提高混凝土的靜力強度(抗壓、抗拉、抗折等),但對韌性有顯著影響。試驗表明能較大地增強混凝土的抗沖擊性和柔韌性。圣荷西大學的試驗表明,聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土抗沖擊能力提高一倍,柔韌性大約提高40%,抗疲勞性能增加3倍。Lanning根據(jù)已進行的許多試驗綜合得出結(jié)果:聚丙烯纖維混凝土按開裂后整體性衡量的韌性指標(ASTM方法)可提高15%,抗沖擊力增加10%50%。也有試驗結(jié)果表明,按ASTM方法,韌性指標中的I100可提高70%。Soroushian等人用破壞圓柱試樣的落錘次數(shù)表示抗沖擊性,含量0.1%的聚丙烯纖維混凝土是對照素混凝土的約2.9倍,南京水科院的落錘試驗的對比結(jié)果則更好。在浙江大學進行的抗折試驗表明,摻量為0.1%的聚丙烯纖維混凝土盡管不提高抗折強度,但在試驗過程中表現(xiàn)為開裂之后,仍能維持整體,不繼續(xù)加載,試樣就不破壞,這說明聚丙烯纖維混凝土有很好的韌性。表征韌性的另一個性能是抗破碎性。在抗壓試驗中,素混凝土壓裂后馬上完全破碎,而聚丙烯纖維混凝土在達到最大荷載后仍不碎裂,這對受地震破壞的建筑結(jié)構(gòu)中人員和財產(chǎn)安全有很大意義。此外,由于大量的聚丙烯纖維(每立方米大約千萬根的量級)隨機分別于混凝土中,使混凝土的變形性能有顯著提高。根據(jù)國外報道,高摻量的聚丙烯纖維混凝土極限拉伸應(yīng)變可達到普通混凝土的23倍。有人指出,為提高混凝土韌性,以及用于預(yù)制、噴射混凝土時,需要較大的聚丙烯纖維含量。一項按照ASTMC1018進行的試驗表明,聚丙烯纖維達0.5%體積含量時,殘余強度系數(shù)可達到與鋼纖維含量為20kg/m3的水平相當。1.3提高了混凝土的抗?jié)B性圣荷西大學的試驗表明含量0.5kg/m3的聚丙烯纖維混凝土滲水性減少33%44%,而含量1kg/m3的聚丙烯纖維混凝土則可減少79%。有人綜合了已有的資料,得出纖維混凝土可減少滲透性33%45%的結(jié)論。同濟大學混凝土材料研究國家重點試驗室的試驗得出,聚丙烯纖維含量0.8kg/m3的混凝土抗?jié)B標號從素混凝土的S10提高到S14。體積含量0.05%的纖維砂漿,抗?jié)B壓力提高25%。聚丙烯纖維混凝土抗?jié)B性好對防止和延緩滲水、潮濕氣體和氯化物等有害介質(zhì)對混凝土的侵蝕和對受力鋼筋的銹蝕起了良好作用,可延長建筑物的使用壽命。1.4提高混凝土的抗凍融次數(shù)混凝土的抗凍融性能是耐久性的表征,也是寒冷地區(qū)混凝土所必需的性能要求。以往工程上為滿足抗凍指標要求,除用引氣劑外,往往增加水泥用量,提高混凝土標號,這使混凝土更易開裂,對抗凍不利。南京水科院對C25混凝土,按快凍法進行試驗結(jié)果表明,普通混凝土抗凍標號為100,而纖維摻量大于或等于0.9kg/m3的,抗凍指標都大于或等于200次。凍融循環(huán)試驗后,通?；炷潦е剌^小,而相對動彈性模數(shù)下降較多,說明混凝土凍融破壞主要是混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫造成,而摻入聚丙烯纖維有助于抑制和減少微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展,從而提高了混凝土的抗凍性,可見聚丙烯纖維在提高混凝土的抗凍性上作用十分顯著。1.5提高海水環(huán)境下的耐腐蝕性混凝土浸沒在海水中時,由于海水與水泥及骨料中某些離子的化學反應(yīng),表面將形成水鎂石、文石(碳酸鈣)等物質(zhì)。某些骨料中的部分離子溶于水中,使混凝土表面軟化,降低混凝土抗?jié)B性和抗電解性,加上長期的干濕循環(huán),使混凝土喪失耐久性,導(dǎo)致混凝土的破壞。Abdul-Hamid等人對現(xiàn)場條件的模擬試驗表明,體積含量0.2%的聚丙烯纖維混凝土表面結(jié)垢時間比素混凝土延長110倍。普通混凝土經(jīng)海水浸泡的試樣表面成片狀,很容易剝落,而聚丙烯纖維混凝土表面則未呈分離狀。根據(jù)X光衍射試驗,衡量混凝土腐蝕程度的石膏和文石物質(zhì)生成數(shù)量,聚丙烯纖維混凝土僅為普通混凝土的38%和58%。研究者認為摻入聚丙烯纖維是降低海水對混凝土腐蝕的有效措施。西班牙的一項研究表明聚丙烯纖維混凝土降低了內(nèi)部氣體循環(huán),由此延緩了海水腐蝕。1.6聚丙烯纖維混凝土的彎曲強度聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度與素混凝土相當,但能