南水北調(diào)中線京石段S6標(biāo)段渠道襯砌

1、南水北調(diào)中線京石段S6標(biāo)段渠道襯砌UF500纖維素纖維混凝土性能研究論文摘要普通混凝土因自身抗拉強(qiáng)度較低、延性差、在拉應(yīng)力或沖擊荷載作用下易發(fā)生脆性破壞，抗?jié)B、抗凍 融循環(huán)、抗收縮、抗沖擊及耐磨等耐久性能較差，嚴(yán)重阻礙了混凝土的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。大量試驗研究 及工程實踐表明，在混凝土中摻纖維可有效改善混凝土離析、泌水，抑制混凝土塑性收縮、干縮、溫降收 縮及其引起的裂縫，提高混凝土的抗裂、抗?jié)B、抗凍、抗沖擊、耐磨等耐久性能。纖維增強(qiáng)混凝土的出現(xiàn) 標(biāo)志著混凝土向高性能化發(fā)展。南水北調(diào)中線工程是一項跨流域、跨地區(qū)的特大型水利工程，對改善我國水資源配置、實現(xiàn)全面建設(shè)小康 社會宏偉目標(biāo)具有重要戰(zhàn)略意義。

2、中線京石段總干渠是南水北調(diào)中線工程的重要組成部分，長227.375km， 其中以明渠渠道施工為主，渠道長201.047km，建筑物長26.334km，屬典型長距離線性渠道輸水工程，渠 道過水?dāng)嗝鏋樘菪螖嗝?，整個過水?dāng)嗝娌捎矛F(xiàn)澆混凝土襯砌。針對京石段S6標(biāo)段渠道斷面尺寸大、薄壁素 混凝土結(jié)構(gòu)、對混凝土襯砌板抗裂、防滲、減糙要求高，同時襯砌板底部直接與加強(qiáng)防滲層和保溫層接觸、 襯砌板切縫工藝復(fù)雜、嵌縫材料成本高的特點(diǎn)，本文就S6標(biāo)段渠道襯砌用UF500纖維素纖維混凝土的性能 進(jìn)行室內(nèi)外研究。1室內(nèi)試驗1.1試驗原材料及方法在中國水電十一局中心試驗室進(jìn)行基準(zhǔn)混凝土與UF500纖維混凝土的對比試驗，主

3、要比較混凝土 的坍落度及力學(xué)性能。試驗用水泥為PO 42.5普通硅酸鹽水泥，I級粉煤灰，細(xì)集料用河砂（細(xì)度模數(shù) 為2.9），粗集料為540mm連續(xù)級配的石子，減水劑為聚羧酸高效減水劑，UF500纖維素纖維由上 海羅洋新材料科技有限公司提供，試驗配合比見表1，纖維性能參數(shù)見表2。表1渠道襯砌混凝土坦合比單位:kg/m2）名稱水泥砂子石IV粉煤灰減水劑抗凍劑水UF500 纖維20hed20- 40iuil配比20L619621758671. 8760. 0351340. 9表2 UF500纖維素纖維性能參數(shù)密度/(g-長度/mn直徑，U壓抗拉強(qiáng) 度/k海模瓦/GPa比表面積/ (nE- kg-1)

4、根數(shù)/億根 (0. 9kg/ Di5)UF5001. 102.2. 314179008. 5250014試驗依據(jù)普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50080-2002和普通混凝土力學(xué)性能試驗 方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50081-2002進(jìn)行，測試新拌混凝土性能，并分別成型基準(zhǔn)混凝土與UF500纖維混凝土 150mmx 150mmx 150mm試件各6組（每組3個），用以3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度測試及劈裂抗拉強(qiáng)度測試。試件澆注24h后脫模，在溫度（202）C、相對濕度大于95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，試驗 前2h從養(yǎng)護(hù)室取出晾干，進(jìn)行規(guī)定齡期的力學(xué)性能測試。1.2試驗結(jié)果及分析試驗結(jié)果如表3所

5、示。表3新拌混凝土性能及硬化后混凝土的力學(xué)性能系列坍落度Anm抗壓強(qiáng)度.，河丑剪裂抗擔(dān)強(qiáng)度u近曰Sd7 d2S d3 d7 d28 d基推混凝一十?. 3E25.41. CO1.S62. 76LF3算奸緋混凝十907.115. L I22. 11. 3B2- 673. 56由表3可見，UF500纖維混凝土的坍落度比基準(zhǔn)混凝土略小，降低10mm，因此UF500纖維素纖 維的摻入對新拌混凝土坍落度影響很小，不影響施工，這主要?dú)w因于UF500纖維素纖維是親水性生物 纖維，在混凝土中分散均勻，平均長度較短，只有2.12.3mm，不會結(jié)團(tuán)、纏繞。力學(xué)性能方面，UF500纖維混凝土抗壓強(qiáng)度均略低于基準(zhǔn)混凝

6、土的抗壓強(qiáng)度；而劈裂抗拉強(qiáng)度較 基準(zhǔn)混凝土均有明顯的提高，且隨齡期延長幅度增大。UF500纖維混凝土的3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度較 基準(zhǔn)分別降低0.5 MPa、1.6 MPa和3.3MPa,可見纖維的摻入對混凝土的抗壓強(qiáng)度有略微的影響，但 基于纖維在抗裂、抗?jié)B、抗凍融等各方面所發(fā)揮的顯著作用，纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS 38:2004 中也規(guī)定纖維摻量在體積率不大于0.15%時，其強(qiáng)度等級可不考慮纖維的影響。劈裂抗拉強(qiáng)度方面， 3d、7d和28d均有提高，28d劈裂抗拉強(qiáng)度提高幅度達(dá)28.99%，大幅提高了混凝土阻裂性能和增強(qiáng)效 應(yīng)，降低了混凝土的脆性。襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的柱

7、狀分析圖如圖1所示。玨推混陽一 L3d粉制圖1襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度柱狀分析圖2渠道襯砌試驗2.1試驗內(nèi)容及方法2008年4月，京石段S6標(biāo)段渠道襯砌用UF500纖維混凝土進(jìn)行現(xiàn)場試驗，試驗段為總干渠野頭 東生產(chǎn)橋上游段12m、K250 + 360K250+382渠道底部和渠坡，其中渠道底部混凝土的纖維摻量為 0.9kg/m3，渠道兩側(cè)襯砌混凝土的纖維摻量分別為0.6kg/m3和1.2kg/m3。基準(zhǔn)混凝土渠坡結(jié)構(gòu)尺寸按 照設(shè)計要求以4m切縫，摻UF500纖維混凝土渠坡以12m切縫（見圖2）。擁2渠道襯砌示意在不改變原有渠道混凝土配合比條件下，將UF500纖維與骨料一起加入拌合倉，然

8、后加入其它原 材料進(jìn)行拌合；混凝土中摻UF500纖維不改變施工工藝，按原有施工工藝進(jìn)行施工，施工完成后，與 基準(zhǔn)混凝土同條件養(yǎng)護(hù)。試驗完成后，觀察并比較不同齡期基準(zhǔn)混凝土與UF500纖維混凝土的表觀平整度、表面裂縫和抗 凍融性能，尤其是渠道通水后，是否對襯砌混凝土的性能有所提高；考察摻UF500纖維混凝土延長襯 砌設(shè)縫的距離是否節(jié)約材料、降低人工成本及縮短施工工期。2.2試驗結(jié)果2009年3月，對渠道襯砌試驗段進(jìn)行了觀測，由于渠道底部因蓄水不可見，只能考察試驗段渠坡 襯砌用UF500纖維混凝土性能。觀測結(jié)果表明，在經(jīng)歷了一個夏冬循環(huán)后，摻量分別為0.6 kg/m3 和 1.2kg/m3的UF5

9、00纖維混凝土，均能較基準(zhǔn)混凝土提高襯砌表面平整度、減少混凝土表面缺陷及麻面。 在12m切縫條件下，UF500纖維混凝土襯砌均未發(fā)現(xiàn)任何裂縫，有效延長了襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)縫距離；襯 砌與水結(jié)合部分在經(jīng)歷一個冬季后，未摻纖維混凝土由于被水沖刷及溫濕交替產(chǎn)生了混凝土剝落現(xiàn)象， 而UF500纖維混凝土保持良好的抗?jié)B、抗裂及抗凍融性能，有效提高混凝土的耐久性（見圖36）。右岸渠坡襯砌試驗段（UF500摻量0.6kg/m3）圖3左岸渠坡襯砌試驗段（UF500摻量1.2kg/m3）圖4未摻纖維襯砌混凝土凍融剝落破壞圖5UF500纖維襯砌混凝土抗裂、抗凍性良好圖6纖維混凝土耐久性的提高，與纖維改善混凝土的自身品質(zhì)

10、有密切關(guān)系。纖維起到的主要作用有： 減少混凝土的原始缺陷，降低各種缺陷的尺度；使混凝土中粗集料分布更加均勻，提高混凝土內(nèi)在品 質(zhì)，改善混凝土抗?jié)B透性等；明顯降低混凝土表面水分的蒸發(fā)速率；降低混凝土內(nèi)外部濕度、溫度差 值；提高混凝土的早期抗裂性能和混凝土的變形能力，增加混凝土的韌性和抗沖擊、抗疲勞性能。 試驗段襯砌。2009年7月，再次對試驗段進(jìn)行了觀測。因渠道水位線下降，可看到在冬季水位交接處，基準(zhǔn)混凝土 因凍融破壞有明顯剝落現(xiàn)象（圖7）。摻UF500纖維不切縫渠道襯砌混凝土無凍融破壞現(xiàn)象（圖8）。渠道水位交接處UF500纖維混凝土無明顯凍融破壞圖82.3性能對比及成本核算為減少混凝土襯砌結(jié)構(gòu)

11、因收縮而產(chǎn)生的開裂，參照設(shè)計要求，要對襯砌進(jìn)行每4mx4m的切縫工藝， 同時要對切縫處進(jìn)行嵌縫處理，摻加UF500纖維素纖維之后切縫工藝可放寬至12mx12m。2.3.1性能對比現(xiàn)場試驗段觀測表明，摻UF500纖維襯砌混凝土較基準(zhǔn)混凝土具有更好的表面平整度及結(jié)構(gòu)完整 性，有效降低了混凝土表面粗糙度，提高了襯砌結(jié)構(gòu)混凝土抗裂、抗?jié)B及抗凍融性能。2.3.2成本核算對試驗面積為12mx12m的成本進(jìn)行比較，未摻纖維時，基準(zhǔn)混凝土需進(jìn)行4mx4m切縫，并進(jìn)行 嵌縫處理，已知嵌縫材料價格為4.0萬/t，材料密度為1.4g/cm3，按切縫深度為3cm計算，可知每米嵌 縫材料的價格為16.8元，每12mx1

12、2m的單位面積所需的嵌縫材料為48m，材料成本為806.4元；摻 UF500纖維后，可省去切縫、嵌縫的所有費(fèi)用，只增加纖維材料成本，纖維摻量按）.9kg/m3計算（纖維 單價5.8萬元/t），渠坡混凝土厚度為8cm，每12mx12m的面積增加成本僅為601.3元，節(jié)省成本超過 25%。3結(jié)語本文針對南水北調(diào)京石段S6標(biāo)段襯砌用UF500纖維混凝土的性能展開室內(nèi)外研究，得出如下主 要結(jié)論：UF500纖維對新拌混凝土坍落度影響很小，不影響施工，纖維分散均勻、無結(jié)團(tuán)、纏繞現(xiàn) 象。UF500混凝土抗壓強(qiáng)度均略低于各齡期未摻UF500混凝土的抗壓強(qiáng)度，對強(qiáng)度影響不大，而各 齡期劈裂抗拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土均有明顯的提高，隨著齡期延長，提高幅度增大，28d提高幅度達(dá)