纤维混凝土在大体积混凝土施工中的应用.pdf

水利水电技术第4 2 卷2 0 1 1 年第 5期 纤维混凝 土在大体积混凝土施 工 中的应用 李 春 燕 ( 中国人民武装警察部队 水电第一总队，广西 南宁5 3 0 0 2 8 ) 关键词 ：聚丙烯纤维混凝 土；大体积混凝土； 中图分类号 ：T V 4 3 1 3 文献标 识码 ：B 混 凝 土 施 工 文章编号 ：1 o o o 一 0 8 6 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 4 1 0 3 1 概述 大体积混凝土结构在基础底 板施T 中十分常见 ， 作为地下防水的重要构件 ，在保证强度和整体性的同 时 ，裂缝的防治显得尤为重要。众所周知 ， 8 0 的裂 缝是由变形引起的 ，在实际施T中必须采用有效的措 施防治裂缝产生 ，保证大体积混凝土结构的强度 、整 体性 和耐久 性 。 针对这一情况，我们研制用聚丙烯纤维丝( 网) 、 粉煤灰和复合防冻剂配制纤维混凝土 ，并借鉴国内外 大体积结构施工经验 ，克服大体积混凝土浇筑引起的 收缩变形和温度变形 ，有效地提高了混凝土的防裂抗 渗能力 。 按照设计要求 ，以规 范作为依据 ，通 过大量试 验确定纤维 、粉 煤 灰 品种 和 掺 量 ，确定 最 优 配 合 比。同时对聚丙烯纤维丝 、粉煤灰 防裂抗 渗混凝土 进行 了力学性 能 、抗渗性 能和耐久性试 验 ，证 明在 混凝土中掺加一定量 的聚丙烯纤维丝和粉煤灰对消 除混凝土裂缝 ，提高整体性 ，改善耐久性 和抗渗性 能 是有 利 的 。 2 配合比设计方案 大体积混凝土 ，按 照设 计 的要求 布置 了较多 的 钢筋 ，混凝土的浇筑 和振捣 比较困难。另外 ，底 板 作为地下 防水 的重要构 件 ，形 成 刚性 自防水 体 系。 因此 ，克服工程 中地下室底板 因混凝土 浇筑 长度 较 大 、体积较大引起的收缩变形和温度变形而形 成的 裂缝成了配合比中必须 考虑的问题 。 目前应用得 最 多的地下室底板 防裂抗渗处理方法有微膨胀剂防水 混凝土 、掺防水剂的防水混凝土和聚丙烯纤维混凝 土等。其 中微膨胀剂防水混凝土的外加剂材料 品质 Wa t e r Re s o u rc e s a n d Hy d r o p o we r En gin e e r i n g Vo l 4 2 No 5 较难保障 ，对使用环境要求高 ，使用不 当可能无膨 胀效果 ，或膨胀 过度反 而有可 能造成 裂缝 的产生 ， 因此在工程上必须谨慎使用 。而防水剂 只是通过化 学反应生成微小颗粒 ，减小混凝 土孔 隙率 ，提高 密 实度 ，降 低透 水 性 ，对 防 裂效 果 不 明显 。资 料表 明 ，国外在大体积结构和防水结构 中已广泛应用 聚 丙烯纤维作 为外加材料 ，这种纤维能够有效地提高 混凝土抗 裂能力 。其工作原理是 ：聚丙烯纤维与水 泥集料有极强 的结合力 ，可 以迅速而轻易地与混凝 土材料混合 ，分布均 匀 ，在混凝 土内部构成一种乱 向支撑体 系，这种分 布形式 可削弱混凝土的塑性收 缩 ，收缩 的能量被分散到无数的纤维丝上 ，从而有 效地增强混凝土的韧性 ，明显减少混凝土初凝时收 缩引起 的裂纹和裂缝。同时考虑大体积混凝土施工 对于大流动度混凝 土 ，当水 泥用量 较多时 ，水 化热 较高 ，混凝土内部温度梯度太 大 ，会产生一定 的温 度裂纹 ，因此 ，为防止这些温度裂纹 的产生 ，在 混 凝土 中掺加 一 定 量 的掺合 料 ，降 低混 凝 土 的水 化 热 ，延缓水化峰值的 出现 ，降低混凝土 内部 的温度 梯 度 ，减少 混 凝 土 的 温 度 裂 缝 出现 的可 能性 ，同 时 可以提高混凝土结构 的密实度 ，从而达到预 防混凝 土裂缝产生 的目的。 3 配合比确定( 以 C 3 0 P 1 6混凝土为例) 3 1 粉煤 灰掺 量确 定 3 。 1 1 粉 煤灰掺 量对 混凝 土收缩 的影 响 粉煤灰不同的掺量对混凝土收缩 的影响也不 同， 为了满足施工需要 ，参考 以往粉煤灰材料对混凝土的 收稿 日期 ：2 0 1 1 0 3 1 1 作者简介 ：李春燕( 1 9 7 9 一 ) ，女，助理工程师 。 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李春燕纤维混凝土在大体积混凝土施工中的应用 表 1 纤维混凝土配合 比 强度 配合 L E k g m 序号 等级 水 胶 砂率 水泥 水 砂 石 粉煤灰 掺合料 防冻剂 1 C3 0 P1 6 O 4 2 4 4 3 4 0 l 8 0 7 9 2 1 oo 8 9 0 T Z13： 3 0 2 C 3 O P l 6 O 4 2 4 _4 3 4 0 1 8 0 7 9 2 l o o 8 9 0 纤维网：0 9 T Z I 一3 ：3 0 3 C 3 0 P 1 6 0 4 2 4 4 3 4 0 l 8 O 7 9 2 1 o 0 8 9 0 纤维丝 ：0 9 T Z 1 3：3 0 收缩影响的试验数据。我们可知 ，当粉煤灰掺量 由 1 0 一 4 0 变化时 ，混凝土的收缩值逐渐 由大变小 ， 再由小变大 ，因此粉煤灰配制抗渗防裂混凝土时的掺 量宜控制在 1 5 一 3 5 。 3 。 1 2 不 同掺量粉煤灰对抗渗的影响 不 同的掺量对混凝土的抗渗影响也不同，为了满 足施工需要 ，参考 以往粉煤灰材料对混凝土的抗渗影 响的试验数据。我们可知 ，在纤维丝混凝土中掺加粉 煤灰可以明显降低混凝土的渗水高度。当粉煤灰掺量 从 0 一 3 0 ，纤维丝混凝土的渗水高度从 5 6 m r n降 低到 3 7 m m。 综合以上结果 ，同时为满足 地下工程防水技术 规范( G B 5 0 1 0 8 -2 0 0 1 ) ，决定 粉煤 灰掺量控 制在 2 0 左右。 3 2纤维品种及配合比的确定 3 2 1 配 合 比 根据施工要求、设计指标及原材料性能，在本次 试验过程中拟使用的配合 比如表 1 所列。 3 2 2试验结果及分析 ( 1 ) 混凝土的出机性能。 从混凝土出机和易性分析：混凝土中掺加纤维 网以后 ，其流动性有所下降 ，混凝土的出机坍落度 比 未掺加纤维 网的混凝 土小 2 0 mm左右 ；掺加纤维 丝的混凝 土流动性 比掺加 纤维网的混凝 土流动性 稍 好 ；掺加纤维丝或纤维网后对混凝土的和易性均有 一 定的改善 ，对粗骨料 的下沉有一定的抑制作用 ，改 善了混凝土的匀质性 ；纤维丝和纤维网的掺人减少 了塑性混凝土表面的析水 ，表现为泌水率下降 ；纤 维丝和纤维网在混凝土中均能达到均匀分散，未出现 结团的现象 ，混凝土的坍落度损失情况与未掺加纤维 丝( 网) 的混凝土基本一致。 ( 2 ) 抗压试验结果 ，如表 2所列 。 ( 3 ) 抗渗试验结果。 根据 2 8 d龄期混凝土抗渗试验结果分析 ，当水 压达到 2 1 M P a时，掺加纤维丝 ( 网) 的混凝土试件 顶面未 出现渗水 。未加纤维丝 ( 网) 的混凝土试件 当 水压达到 2 0 MP a时 ，两块试件顶面出现渗水 。 ( 4 ) 结果分析。 抗拉 、抗折强度有所提 高 ，但抗压强度略有降低 ， 预拌 纤维 混 凝土 的 和易性 好 ，便于泵送施工。 掺纤维丝混凝土与 网状 纤维混凝土的力学性能基本 一 致 ，但是从成本构成分析 ，单丝纤维成本只有 网状 纤维的 5 0 左右 ，决定采用单丝纤维 ，即 3号配合 比。 表 2 纤维混凝土抗压试验 序 强度 R ， 达设计 R ， 达设计 R 2 8 达设计 R 6 o 达设计 号 等级 MP a 强度 MP a 强度 MP a 强度 MP a 强度 l C3 0 P1 6 1 5 3 5l 2 6 4 8 8 4 0 3 1 3 4 4 4 6 1 4 9 2 C3 0 P1 6 1 4 6 4 9 2 3 9 8 0 3 8 4 l 2 8 4 3 2 1 4 4 3 C 3 0 Pl 6 1 4 5 4 8 2 5 2 8 4 3 8 6 1 2 9 4 2 8 1 43 4纤维掺加工艺确定 聚丙烯纤维在混凝土中的掺加工艺有二种 ：第一 种工艺是常规工艺，我们称为后掺法 ；第二种工艺是 将纤维与集料先干拌 ，然后再加入水泥和水 ，我们称 为先掺法。二种工艺制备的混凝土强度比较 ，我们发 现，先掺法制备的混凝土强度 比后掺法高 ，尤其是早 期强度有较大提高。因此决定采用第二种工艺。 5 对掺加聚丙烯纤维丝、粉煤灰的混凝土的 试验研究 ( 1 ) 不同掺量纤维丝混凝土的性能。 拌和物性能如表 3所列。 表3 聚丙烯纤维丝混凝土拌和物性能 纤维掺量 坍落度 扩展度 D 0 1 h 坍 落度 1 h扩展度 Dl k g mm mm mm mm O 2 3 0 5 2 0 l 8 0 4 7 0 O 6 2 o O 5l O 1 9 0 45 0 O 9 2 2 0 5 0 o 1 9 0 4 3 0 1 4 2 o o 5 o o 1 9 5 4 2 0 物理力学性能。如表 4所列。 表 4 聚丙烯纤维 丝混凝土 力学性能 纤维掺量 抗 压强度 抗拉强度 抗折强度 弹性模 量 抗冻性 收缩率 k g m一 M P a MP a MP a 1 0 MP 次 0 4 7 8 3 3 9 7 9 2 2 0 F5 O 0 0 4 7 0 6 4 5 9 3 7 2 8 1 2 81 F5 0 0 0 4 7 0 9 4 4 7 3 9 5 8 4 3 0 2 F 5 O O O4 5 1 4 4 3 5 4 1 0 9 2 3 1 l F 5 0 0 O 4 4 ( 下转第 5 6页) 水利水电技术第4 2卷2 0 1 1年第 5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 草柏钧 ， 等 构皮滩水电站水垫塘边墙抗冲耐磨混凝土施z - z _ E 4 4混凝 土分 仓 经过长时间浇筑摸索 ，垂直运输采用如下方式进 行混凝土分仓。 采用履带吊作为人仓手段时 ，在仓内利用模板已 有 的围檩搭设钢管架 ，牢固固定集料斗 ，集料斗下接 适 当长度 的溜槽 。集料斗的位置应控制在机编钢筋网 之 内，便于混凝土人仓。浇筑时 ，将 C 5 0混凝土通 过集料斗以及溜槽运送至机编钢筋 网之内，C 2 5混凝 土通过履带吊绕过集料斗 ，从 内侧将混凝土运送至仓 内。 采用溜槽( 筒) 作为人仓手段时 ，在溜槽 ( 筒 ) 底 部搭设分支 ，将 C 5 0混凝 土和 C 2 5混凝土分别运送 至各 自的位置。 4 5 减少气泡的措施 ( 1 ) 加强振捣 时间和次数。C 2 5仓 内可采用 1 3 0 型或 1 0 0型振动棒进行混凝土施工 ，C 5 0仓 内拟采用 5 0型或 7 0型软轴振动棒进行振捣，C 5 0仓号 内模板 边缘位置加强振捣 ，先用 1 0 0型振捣棒进行振捣后 ， 再利用 5 0型或 7 0型振捣棒进行复振，振捣时用人工 木锤在模板外部进行敲打 ，以最大 限度 的将气 泡排 出 。 ( 2 ) 对模板平整度进行校正和对光洁度进行处理。 ( 3 ) 翻转模板也可以有效地解决气泡较多的问题。 5 使用效果 这 一项施 工工 艺 在该工 程 的施 工过 程 中得 到 了广 泛的应用 ，其优点为 ： ( 1 ) 克服 了抗冲耐磨混凝土粘度大 ，使用溜槽施 工不宜下滑的技术困难 ，在实际施工过程中，施工速 度较快 ，能够确保施工质量 。 模对平整度要求较高的混凝土表面的破坏作用，施工 速度得到一定提升 ，同时配合隐性拉筋使用 ，效果明 显 。 ( 3 ) 隐形拉筋杆有效地保证 混凝土的表 面平整 ， 同时省去了后期处理拉筋头的施工 ，且拉筋杆可重复 使用 ，节约成本。 ( 4 ) 混凝土分仓技术满足了设计要求 ，但需要仓 内与运输车辆 的有效沟通，需要现场施工人员有强烈 的责任 心 。 ( 5 ) 加强振捣时问和次数 、对模板平整度进行校 正和对光洁度进行处理等措施虽然在一定程度上减少 了气泡的生成 ，但并不能在根本上解决这一问题 ，原 因在于当时使用 在 C 5 0配合 比中的外加剂 和引气剂 性能不稳定 ，导致了混凝土中的含气量较大。而翻转 模板并抹面虽然可以减少表面起泡 ，但需要有较为精 确地拆模时间，不同的工程各不相同，因此需要在施 工前期做好记录工作形成经验数据 ，才能保证混凝土 浇筑 的顺利进行 。 6 结语 单纯增加混凝土的强度来增加混凝土的抗冲耐磨 性在混凝土浇筑 中应用较少 ，高强度等级混凝土大部 分以泵送混凝土的形式出现 ，C 5 0抗冲耐磨混凝土的 浇筑没有成功的应用经验 ，因此在构皮滩混凝土浇筑 过程 中我们注重经验教训的总结 ，终于形成了该项施 工工艺方案。由于该项施工工艺的开发利用 ，加上施 工过程的有效管控 ，使得构皮滩水电站水垫塘边墙混 凝土的施工强度和浇筑质量均得到了保障，没有 因为 某个环节的疏忽而留下隐患 ，这为今后类似工程的施 工提供了宝贵的经验 。 ( 2 ) 模板翻升克服 了普通模板施工速度慢 ，而滑 ( 责任编辑欧阳越) 11 1三 ( 1| E ( 1 1E ( 11 ( 1 E ， 1 111三 ( 11E ( 1 11 tc 1111 1三 ( 1E ( 1 111三 ( 11 11 ( 上接 第4 2页) ( 2 ) 结果分析 。 聚丙烯纤维丝一般掺加 0 9 k m 是合适 的。 抗折强度增加 1 0 ，抗弯 曲性能好 ，极限变形 增大 ，能有效地抵抗外力引起的裂缝产生。 抗压强度略有降低 ，下降幅度一般在 1 0 左右。 6 结语 通过 C 3 0 P 1 6防裂抗渗纤维混凝 土研 制及应用 ， 得出以下结论 ： ( 1 ) 采用优化配比的基准混凝土，掺加聚丙烯纤 维丝和粉煤灰可以配制出适用于潮湿环境或干燥环境 的纤维抗渗混凝土。这种混凝土生产工艺简单 ，工作 性能好 ，抗拉 、抗折强度明显提高，具有良好的抗渗 漏 、防裂作用 ，有效地改善了混凝土的耐久性。 ( 2 ) 采用聚丙烯 纤维和粉煤灰 复合配制混凝土， 在改善水泥胶凝材料 的功能方面具有一定的创新性， 为今后混凝土 向高性能 、多功能发展提供可借鉴 的方 法 。 ( 3 ) 采用国产改性聚丙烯纤维丝 ，与国外同种纤 维相比，在改善混凝土物理力学性能效果基本一致 ， 但具有分散性能好 ，价格低优势 ，具有明显的技术经 济效益 。 ( 责任编辑欧阳越 ) 水利水电技术第4 2卷2 0 1 1年第5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m