防裂抗渗复合材料在高蒸发地区水利工程的应用.pdf

设计施工水利规划与设计 年第 期:/防裂抗渗复合材料在高蒸发地区水利工程的应用杨 林 徐 然 陈学理 杨炳勇(江河安澜工程咨询有限公司 河南 郑州 江苏商贸职业学院 江苏 南通 不二新材料科技有限公司 江苏 南通)摘要:通过室内混凝土性能试验 对掺防裂抗渗复合材料混凝土的工作性能、力学性能和抗裂性能等进行了系统研究 在室内研究的基础上 开展工程应用试验研究 结果表明 与空白组相比 掺防裂抗渗复合材料混凝土的凝结时间明显延长 自生体积收缩和干缩均明显降低 裂缝降低系数达到 以上 在西北高蒸发地区的工程应用结果表明 掺防裂抗渗复合材料混凝土面板基本无裂缝 效果良好关键词:防裂抗渗 纤维 高蒸发 面板 混凝土中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目()作者简介:杨 林(年)男 博士研究生:通讯作者:杨炳勇(年)男 高级工程师:混凝土的收缩开裂 主要是由胶材浆体的收缩开裂造成的 收缩包括塑性收缩、干缩、自收缩、温收缩和碳化收缩等 温度裂缝的主要原因是混凝土内外部较大的温差造成的 大体积混凝土在施工过程中很容易出现由于温差和收缩引起的变形 而这种变形常受到内部或外部约束 产生一定的应力 一旦超过混凝土本身的抗变形能力 会导致裂缝的出现 严重影响混凝土的质量 这在我国西北高蒸发地区尤为严重混凝土的耐久性与抗裂能力紧密相关 由于环境、变形和荷载的因素 结构在刚刚建设完成就易出现不同程度、不同形式的早期裂缝 裂缝的存在不仅影响建筑物外观 如果裂缝没有得到有效控制 在使用过程中 外界物质侵入混凝土内部后 将与结构内部的混凝土和钢筋直接发生物理化学反应 大大降低结构的耐久性何家沟水库位于宁夏固原市原州区黄铎堡镇何家沟村 是固原市黄河水调蓄工程的调节水库是实现和保障整个工程供水的核心 何家沟水库控制流域面积 最大坝高 主坝坝顶轴线长 该水库设计为碾压式均质土坝设计总库容 万 校核洪水总量 万 为小型水库 主要由主坝及入库、出库输水建筑物组成 采用混凝土面板作为坝体主要防渗措施工程地处西北高蒸发地区 面板混凝土抗裂控制难度很大防裂抗渗复合材料是高功能粉体与改性合成纤维为主要原料复合而成的一种新型防裂抗渗复合材料 其通过优质合成纤维的“桥接效应”有效降低早期塑性开裂 提高整体体积稳定性 高功能粉体材料能有效降低混凝土的水化温升 降低温度峰值 延缓峰值出现时间 从而减少因温度应力而产生的裂缝 原材料、配合比与试验方法水泥为 强度等级的普通硅酸盐水泥 粉煤灰为 类 级粉煤灰 天然砂 和 人工灰岩碎石 拌合用水为郑州地区的自来水 混凝土配合比见表 为了考察防裂抗渗复合材料与其他同类材料相比性能优劣 选择某憎水性混凝土防水抗裂剂作为对比 推荐掺量/主要进行了混凝土的工作性能、凝结时间、劈拉强度、抗压强度、干缩、抗冻、抗裂、绝热温升、抗冲磨以及自生体积变形试验 并进行了水泥水化热 年第 期水利规划与设计设计施工和微观孔结构分析研究 试配过程中发现 掺入防裂抗渗复合材料后混凝土的和易性状态良好采用表 的配合比 进行混凝土的拌合、成型和性能测试 主要进行了混凝土的工作性、抗冻性能、干缩、早期抗裂性能、自生体积变形试验 试验依据/水工混凝土试验规程进行 采用 热活性微量热仪测试粉体及其水泥混合物的水化热 采用 压汞测试仪 对混凝土浆体内部距离表面 深度处的浆体颗粒进行压汞试验 试验结果与讨论 基本性能研究混凝土基本性能试验结果见表 可见 与空白组相比 掺加防裂抗渗复合材料混凝土的强度有所降低 其中 强度降低最明显 混凝土 强度有轻微降低 混凝土的抗渗等级均满足 抗渗要求 混凝土的初凝和终凝时间显著增加 说明防裂抗渗复合材料具有比较明显的抑温作用 混凝土均无泌水 混凝土的 坍落度损失变化不明显 整体看 防裂抗渗复合材料能延长凝结时间有利于保持施工性能 可根据工程要求调整抑温组分 避免凝结时间过长 抗冻性能研究混凝土抗冻性能试验结果如图 所示 可见 水胶比为 时 空白组抗冻融循环次数不到 次 采用防裂抗渗复合材料时 抗冻融循环次数可达到 次 掺加某憎水性混凝土防水抗裂剂的混凝土抗冻融循环次数也可达到 次 不过表 混凝土配合比参数表试配编号水胶比砂率/粉煤灰/减水剂/单方混凝土材料用量/(/)水水泥砂石粉煤灰减水剂功能材料坍落度/和易性实测容重/(/)良好 中等 良好 良好 备注:编号为 的混凝土复掺 /万的甲基纤维素表 混凝土的基本性能试验结果试件编号 强度/强度/强度/抗渗性能凝结时间/抗压劈裂抗压劈裂抗压劈裂抗渗等级渗透高度/初凝终凝泌水率/坍落度损失/图 冻融循环下的混凝土动弹性模量图 冻融循环下的混凝土质量损失率设计施工水利规划与设计 年第 期掺加防裂抗渗复合材料的混凝土质量损失明显降低 这与掺防裂抗渗复合材料后使混凝土的密实性提高和纤维的阻裂效果有关 对提高抗冻有利 干缩性能研究混凝土干缩性能试验结果如图 所示 可见与基准组相比 和 的混凝土、的 干 缩 率 分 别 降 低 、和、防裂抗渗复合材料可在一定程度上降低混凝土的干缩 这对混凝土的长期防裂有利 同时与某同类产品相比 掺防裂抗渗复合材料混凝土的干缩更小图 不同龄期混凝土干缩率 早期抗裂性能研究混凝土早期抗裂性能试验结果如图 所示 可见 与空白组相比 采用防裂抗渗复合材料的混凝土 时每条裂缝平均开裂面积有所降低 单位面积裂缝数目分别降低、单位面积上总开裂面积分别降低、下降十分明显进一步 将防裂抗渗复合材料与某憎水性混凝土防水抗裂剂的混凝土进行对比可见 某憎水性混凝土防水抗裂剂也有一定的降低塑性开裂的效果 但效果不如防裂抗渗复合材料显著 与干缩性能相比防裂抗渗复合材料对早期抗裂性能改善更为显著说明防裂抗渗复合材料对抑制混凝土的塑性收缩裂缝更有利 自生体积变形研究混凝土自生体积变形试验结果如图 所示 可见 个编号的混凝土的自生体积变形均为收缩型 与空白组相比 防裂抗渗复合材料组混凝土的自生体积收缩明显降低 有利于提高混凝土的抗裂图 平板法混凝土抗裂性能性能图 不同掺加剂混凝土自生体积变形 水泥水化热研究为分析防裂抗渗复合材料对水泥水化热的影响 开展了水泥水化热试验 如图 所示为纯水泥样品、掺合 防裂抗渗复合材料粉体的水泥水化热结果图()可以看出加入裂抗渗复合材料可以有效的延后水泥到达水化热放热峰值的时间 同时减少水化放热峰值的热流量极值 加入粉体的水泥样品中 水泥的放热曲线较基准样品更为平缓 且未见明显的放热峰值 在水化反应进行 时最高热流量 为 /仅 为 基 准 样 品 放 热 峰 值的 图()展示了掺合不同粉体的水泥水化放热与时间的关系图 由图()可以看出 在试验时间内 掺合 粉体的水泥样品水化热仍处于上升阶段 其水化发热量为 较基准样品下降约 由此可见 在胶凝材料中加入裂抗渗复合材料可以有效的降低水泥的水化放热峰值 年第 期水利规划与设计设计施工减少早期混凝土温升 因而降低混凝土因温度变化而发生开裂的风险 同时 这也解释了防裂抗裂复合材料能显著延长混凝土凝结时间的原因图 胶凝材料水化热结果:()热流量()水化热 孔结构为分析防裂抗渗复合材料对水泥浆体微孔结构的影响 开展了压汞试验 如图 所示为基准组、掺合防裂抗渗复合材料混凝土组的孔结构试验结果 可见 与基准组相比 掺防裂抗渗复合材料组混凝土浆体的最可几孔径基本不变 说明掺防裂抗渗复合材料不会对混凝土内部的微孔结构产生不利影响 工程应用宁夏何家沟调蓄水库工程位于宁夏固原市 地处西北高蒸发地区 混凝土面板开裂风险很大 为减少混凝土面板开裂 确保工程质量 经多方对比论证分析 决定在坝坡现浇板混凝土中掺加防裂抗渗复合材料作为抗裂措施现场实际施工发现 该材料的和易性良好混凝土拆模后表面平整光洁 在使用防裂抗渗复图 孔结构试验结果合型材料后浇筑的混凝土有明显的改观 内没有裂缝产生 经过两年的观测 仅有少量微裂缝产生 没有宏观裂缝 混凝土裂缝降低率超过 强度与普通混凝土强度没有明显差异 混凝土颜色更加接近清水混凝土 如图 所示 这说明防裂抗渗复合材料用于高蒸发地区面板工程上是合适的图 何家沟水库工程应用效果对比 结论采用防裂抗渗复合材料为一种粉体与纤维的复合抗裂材料提高某一位于高蒸发地区的水工溢洪道混凝土的抗裂性能 通过室内混凝土性能试验 对混凝土的工作性能、力学性能和抗裂性能等进行了系统研究 在室内研究的基础上 开展工程应用试设计施工水利规划与设计 年第 期验研究 结论如下()室内试验结果表明 与空白组相比 掺防裂抗渗复合材料混凝土的凝结时间明显延长 粉体对水泥水化热有明显的延缓和抑制作用()与空白组相比 采用防裂抗渗复合材料的混凝土 时每条裂缝平均开裂面积有所降低 单位面积裂缝数目分别降低、单位面积上总开裂面积分别降低、下降十分明显 与空白组相比 防裂抗渗复合材料组混凝土的自生体积收缩和干缩均明显降低 有利于提高混凝土的抗裂性能()空白组抗冻融循环次数不到 次 采用防裂抗渗复合材料时 抗冻融循环次数可达到 次 与某憎水性混凝土防水抗裂剂相比掺加防裂抗渗复合材料的混 凝 土 质 量 损 失 率更低()掺防裂抗渗复合材料的面板实体混凝土开裂降低了 外观效果良好 工程应用效果明显参考文献 陈萌.混凝土结构收缩裂缝的机理分析与控制.武汉理工大学.陈肇元 崔京浩 朱金铨 等.钢筋混凝土裂缝机理与控制措施.工程力学():.周月霞 王海龙 程福星.混凝土收缩开裂机理及测试方法综述.材料导报():.:.:.():.():.赖宇 唐晓玲 李艳.复合材料理论预测堆石混凝土弹性模量.水利规划与设计():.金贤玉 田野 金南国.混凝土早龄期性能与裂缝控制.建筑结构学报():.关宇刚 孙伟 缪昌文.基于可靠度与损伤理论的混凝土寿命预测模型:模型阐述和建立.硅酸盐学报():.赵文剑 黄会宝 陈建康.基于监测数据 变形倾度的瀑布沟大坝坝顶开裂成因分析.水利规划与设计():.金伟良 赵羽习.混凝土结构耐久性研究的回顾与展望.浙江大学学报(工学版)():.张家伟 陈晓柳 罗玉萍 等.新型防裂抗渗复合材料在混凝土中应用研究.建筑科学():.韦庆东 耿晓滨 孙俊 等.一种新型防裂抗渗复合材料的研究及性能测试.工程质量():./.水工混凝土试验规程.黄国兴 陈改新 纪国晋 等.水工混凝土技术.北京:中国水利水电出版社:.卞桂荣 谷坤鹏 陈剑 等.水化热抑制剂和抗裂剂对混凝土基本性能的影响.新型建筑材料():.(上接第 页)可大幅度降低河道边坡植被养护的人工成本和用水成本 结语文章提出了 项典型的装配式生态驳岸实用技术 可为农村小微水体综合整治工程提供参考和借鉴 但还有很多技术问题尚待研究和解决 例如如何研发一系列满足工程实际需求的装配式生态驳岸技术、如何规范装配式生态驳岸技术的设计标准、如何降低装配式生态驳岸技术的生产成本和施工成本、如何形成系统的施工工艺、如何准确地评价装配式生态驳岸的生态效果等等 这些问题都需要科研、设计、生产和施工等单位共同合作 只有这样才能使装配式生态驳岸技术得到大力推广及工程上的广泛应用参考文献 董建伟 裴宇波 王丽秋.环保型绿化混凝土护砌材料的研究与实践.中国水利():.曹载宏.生态联锁式护坡技术在河道护坡工程中的应用.水利规划与设计():.范增睿 王健.韩城市澽水河治理及生态护岸设计研究.水利规划与设计():.梁敏 刘荣华 陈栋 等.组合式生态护坡在白马湖弃土区防护中的应用.水利规划与设计():.温文杰.新型装配式护岸在中小河流中的应用研究.水利技术监督():.钟兴 王帅.生态固土在河流驳岸空间中的应用.广东水利水电():.湖南省水利水电科学研究院.一种装配式四翼生态护坡筒及生态护坡:.湖南省水利水电科学研究院.一种装配式新型生态护坡:.