高原地区纤维混杂微膨胀混凝土大尺寸面板.pdf

第 1 3 卷第 4 期 2 0 1 0年 8月 建筑材料学报 J 0URNAL OF B UI LDI NG MATERI AL S V0 1 1 3，ND 4 Aug ， 2 01 0 文章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 4 7 4 0 4 高原地 区纤维混杂微膨胀混凝土大 尺寸面板 黄凯健 ， 邓 敏 ， 何 大贵。 ， 王 军 ， 莫立武 ( 1 南京 林业大 学 土 木工程 学 院 ， 江 苏 南京 2 1 0 0 3 7 ； 2 南 京工业 大学 材料化 学工程 国家重点 实验 室 ，江苏 南 京 2 1 0 0 0 9 ； 3 成都 军 区空 军后勤 部机营处 ，四川 成 都 6 1 0 0 4 1 ； 4 中 国航 空港建设 第九 工程总 队 ，四川 成 都 6 1 1 4 3 1 ) 摘要：西藏某机场在使用近 4 0 a 后其道面板接缝 出现严重破损 ， 减少了机场的服役寿命 为 了降低 道面接缝破 损 引起 的耐 久性 问题 ， 采 用 纤维混 杂微膨胀 混凝 土技 术 ， 将 道 面板尺 寸 由 4 m4 m 增 大至 4 m8 m( 大板) ， 并通过在大板 内部埋设混凝土应变计测量 了其应变变化规律 结果表明： 大 尺 寸 面板早期 未 出现 开裂 ， 在 其 内部 出现 了不 同程 度 的微 膨 胀 效应 ； 新 型道 面作 用机 理 为氧 化镁 膨胀剂水化产生的膨胀能与纤维的物理约束共同作用， 从而提高了混凝土 自身抗 变形能力 关键词 ： 道路 工程 ； 纤 维混杂 ；微膨胀 混凝 土 ；大尺寸 面板 中图分 类号 ： TU5 2 8 5 7 2 文献标志 码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 4 O 1 1 Bi g Di m e n s i o n a l Pa v e me nt S l a b s wi t h Hy b r i d Fi b e r Re i n f o r c e d M i c r o Ex p a n s i o n Co n c r e t e i n Pl a t e a u HUANG Ka i - j i a n ， DENG M i n 。 ，HE Da g u i 。 ， WANG Ju n ， MO Li WU 。 ( 1 Co l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ，Na n j i n g F o r e s t r y Un i v e r s i t y，Na n j i n g 2 1 0 0 3 7，Ch i n a ； 2 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Ma t e r i a l s - Or i e n t e d C h e mi c a l E n g i n e e r i n g，Na mi n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，Na Ni n g 2 1 0 0 0 9 ，C h i n a ； 3 Ai r For c e Lo gi s t i c s De p a r t me nt o f Che n gd u M i l i t ar y Re gion，Ch e n gd u 6 1 00 4 1，Chi n a； 4 No 9 Eng i ne e r i ng Te a m o f Ai r p or t Con s t r uc t i o n De pa r t me nt ，Ch e ng du 61 1 43 1，Chi na ) Ab s t r a c t ：S e r i ou s d e f o r ma t i o ns o f i o i n t s e a m o n t h e p a ve me nt h a v e be e n f ou nd i n a n a i r p o r t l o c a t e d i n Ti b e t I n o r de r t o r e d u c e t h e s e c or r o s i o ns a t s e a ms，hy br i d f i b e r r e i nf o r c e d mi c r o e xp a n s i o n c o nc r e t e ha s b e e n a p pl i e d t o t h e pa v e me nt s l a b t o e nl a r ge i t s d i me n s i on f r o m 4 m 4 m t o 4 m 8 m Con c r e t e s t r a i n g a u g e s h a v e b e e n p l a c e d i n s l a b s t o a n a l y z e s t r a i n f i e l d i n c o n c r e t e Th e r e s u l t s s h o w t h a t n o c r a c k s h a v e be e n f ou n d i n b i g d i me n s i on s l a bs a t e a r l y a g e M i c r o e x p a ns i o n s ha v e a l s o b e e n me a s u r e d i n s i d e t he c on c r e t e s l a b s wh i c h ma y b e c a u s e d b y t h e e f f e c t o f h y d r a t i o n o f ma g n e s i a e x p a n s i o n a g e n t( MEA) Th e s t a b i l i t i e s o f n e w p a v e me n t s h a v e b e e n e n h a n c e d b y r e s t r a i n s o f f i b e r s t o g e t h e r wi t h e x p a n s i o n o f MEA Ke y wo r d s：r o a d e ng i ne e r i n g；hy b r i d f i be r ；mi c r o e x pa n s i ve c o nc r e t e ；b i g d i me n s i on p a v e me nt s l a b 修建 于 1 9 6 8年的西藏某 机 场 在经 过近 4 0 a的 使用后 ， 其道面接缝出现了严重损坏 2 0 0 8年对该 道面破损 情况进 行 调 查统 计 后 发现 ， 因接 缝材 料 老 化、 隆起、 塌陷、 开裂而需要清除补灌部分共约 6 5 万延米 接缝 的破 损 不但 影 响 了道 面 的行 驶 安全 性 和舒适 性 ， 而且增大 了道 面维护 费用 ， 降低 了道 面耐 久性能及机场的使用寿命 文献 1 ， 2 提出的解决 接缝问题的方法一是通过改善接缝设计和选择合适 接缝材料来提高接缝性能； 二是通过结构设计和材 料 改性 来 增 大 面 板 尺 寸 以减 少 接 缝 数 量 增 大 面 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 6 0 2 ；修订 日期 ： 2 0 0 9 1 1 - 1 9 基金项 目： 国家重点基础研究发展计划( 9 7 3计划) 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 1 0 5 ) ； “ 十一五” 国家科技支撑计划项 目( 2 0 0 6 B AF 0 2 A2 5 0 6 ) 第一作者 ： 黄凯健( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 江苏启 东人 ， 南京林业大学讲师 ， 博士 E ma i l ： h u a n g k a ij i a n _ 0 s i n a c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 黄凯 健 ， 等 ： 高原地 区纤维混 杂微膨胀混凝土大尺寸面板 4 7 5 板尺 寸 的 关键 问题 是 要 解 决 因 面 板 内收 缩 应 力 过 大而 造 成 的 面 板 开 裂 2 本 文 采 用 新 型 纤 维 混 杂 微 膨 胀 混 凝 土 道 面 技 术 ， 将 机 场 道 面 板 尺 寸 由 4 m4 m增 大 至 4 m8 m， 通 过 减 少 接 缝 数 量 来 提 高 混 凝 土道 面 板 耐 久 性 能 在 该 大 尺 寸 面 板 ( 简 称 为大 板 ) 内部 埋 设 混 凝 土 应 变 计 ， 以测 量 其 应 变 变 化规 律 ， 分 析 新 道 面 技 术 在 高 海 拔 地 区使 用 的 效果 1 试 验 1 1 原 材料 水泥 ： 甘 肃祁 连 山牌 P R 4 2 5道 路 硅 酸 盐 水 泥 ； 细集 料 ： 天然 砂 ， 细度模 数 2 8 ； 粗 集 料 ： 碎 石 ， 表 观密度 2 5 6 0 k g m。 ， 空隙率 4 7 ( 体积分数) ， 含泥 量 1 5 ( 质量 分数 ) ， 级配 为 5 2 O ， 2 O 4 0 mm； 外 加 剂 ： ADD - 3 缓 凝 高 效 减 水 剂 ( 引气 型 ) ， 北 京 科 宁 丰 外加 剂有 限公 司 ； 水 ： 地 下 水 ； 纤 维 ： 钢 纤维 S F ( 宜 兴 军威 金 属 纤 维 公 司 ) 及 细 纤 度 聚 丙 烯 腈 纤 维 S P ( 科 柏公 司) ， 它 们 的 性 能 见 表 1 ； 膨 胀 剂 ： 氧 化 镁 膨 胀 剂 ， 南 京 工业 大学 自制 表 1纤 维 性 能 Ta b l e 1 P e r f o r man c e o f nh e r s 1 2配 合 比 混凝 土 配合 比按 J TG F 3 0 -2 0 0 3 B 一 3 B 一 1 其 早期 膨 胀 明显 ， 特 别是 B 一 2处 的应变波 动不 大 ， 膨 胀值相 对稳定 ， 板 中央未 出现 因 大的收缩 变形 而 导致 的面 板开 裂 ， 且 大 板 内部 的不 同位 置均 出现 了不 同程 度 的膨胀 资料 表 明 0 。 ， 不 同弹性模 量的纤 维 能 有效 控 制 混凝 土 收 缩 变形 ， 而 当混凝 土 中加 入 氧化 镁 膨胀 剂 后 ， 膨 胀 剂水 化 产 生 的膨胀 能不但 能 有效 补 偿 混凝 土 的 收缩 ， 而且 剩余 的膨胀 能还会使 混 凝 土 产生 微 膨 胀效 应 图 4为 实 验室拍 摄 的不 同纤 维在 混凝 土 内部 阻止微 裂缝 发展 的 S E M 图 由图 4可 见 ， 不 同 弹性 模量 的纤 维 有效 阻止 了混凝 土 内部 微 裂缝 的 发展 由 于混 凝 土 内部 存 在着大 量不 同 尺寸 的微 裂 缝 ， 在 收 缩 应力 作 用 下 它 们会逐 渐生 长并 最 终 引起 混 凝 土开 裂 破 坏 ， 而 不 同弹性模 量 的纤 维 混 杂 能 有 效 改 善 混 凝 土 内部 结 构 ， 从 而进一 步提 高混凝 土 自身 体积稳 定性 能h z 1 4 3 因此 ， 本文采 用 的纤 维 混 杂微 膨 胀混 凝 土 的作 用 机 理是通 过不 同弹性模 量 的纤 维 与氧化镁 共 同作用 来 抑制 混凝 土的收缩 ， 提 高混凝 土韧性 和抗 变形 能力 ， 从而 有效增 大 面板 尺 寸 0 l 0 2 O 3 O 4 0 5 0 6 O 7 0 8 O 9 0 Cu r i n g a g e d ( a ) S i t e 1 Cu r i n g a g c d ( b )S i t e2 C u r i n g a g e d ( c ) S i t e 3 图 3纤维大板 ( B ) 及普通小板( KB ) 内部 自身体积变化规律 Fi g 3 Se l f - de f or ma t i on s i ns i d e o f b ot h bi g di me n s i o n p a v e me n t s l a b s a n d r e f e r e n c e s l a b s 表 3 纤维大板与普通小板 9 0 d内的平均应变值 Ta b l e 3 Av e r a g e s t r a i n v a l u e o f b i g d i me n s i o n p a v e me n t s l a b a n d r e f e r e n c e s l a b d u r i n g 9 0 d 1 0 1 5 k V2 0 0 1 0 0 o m 1 3 2 0 S EI ( a ) Mo r t a r wi th S F 1 5 k V 5 0 0 五 1 7 2 0 S E I ( b ) Mo r t a r wit h S P 图 4纤维混凝土 内部 S E M 微观结构 图 F i g 4 M i c r o s t r u c t ur e o f f i be r r e i nf o r c e d c o nc r e t e 加0伽加加加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 黄凯健 ， 等 ： 高原地 区纤维混杂微膨胀 混凝土大尺寸面板 4 7 7 2 2讨 论 混凝 土面板 的收缩变形 受到面层板与基层接 触面 间的摩 咀力等约束作用 时 ， 板 内会 产生收缩应 力 收缩 应力是施工 中混凝 土道 面板断 裂或开 裂 的根本 原 因 ， 也是道面使 用过 程 中疲 劳破坏 的重要 影 响 因素 约束 伸缩变形 的主要 阻 力是 板底 面 与基 层 顶 面 间的 摩 阻 力 ， 作用 于单位宽度 、 长度 为 z的板底摩 阻力 为l 6 ： r p g xh f ( 2 ) 式 中 ： p为 混 凝 土 密 度 ， k g m。 ； g为 重 力 加 速 度 ， 9 8 1 m s 。 ； h为水泥混凝 土板厚度 ， m； f为摩 阻系数 对 于收缩 的道 面板 ， 若 作 用 于 板 底 的 摩 阻 力 均 匀 分布 于板截 面上 ， 并 忽略 它对 板截 面 的力 矩 作用 ， 则 与摩 阻力 相 平衡 的 截 面 摩 阻 应 力 最 大 值 出 现 在 板长 L的 中央 ， 即 ： 一 ( 3 ) 厶 上 “ ， 式 中的 l为泊松 比 式 ( 3 ) 表 明 ， 道 面 板 收缩 时 的摩 阻应力 随板 长度 和 摩 阻 系数 的增 加 而 增 大 由此 可 见 ， 板 的平 面 尺 寸 越 大 ， 板 内 产 生 的 收 缩 应 力 也 越 大 因此 ， 放 大道 面板尺 寸必 须设 法减 小 面板 内部 的 收缩应 力 评 价 大尺寸 道 面 是 否成 功 有 两 个 关 键 因素 ： 一 是在混 凝 土早期 强 度 不 高 时 ， 大 尺 寸 混凝 土 面板 是 否发生 断裂 ； 二 是 随 外界 气 温 的下 降 混凝 土 内部 是 否 出现大 的收缩 应力 经 现场 观察 ， 本试 验段 的 新 型 道面 大板在 养护 期 1 4 d内未 出现 开 裂 现象 ， 后 期 应 变测量 显 示大板 内部 处 于 微 膨 胀 状 态 ， 未 发 现有 大 的收缩 应力 可 见 本 文采 用 的新 型 混 凝 土道 面技 术 能有效 增 大高海 拔地 区机 场道 面板 的尺 寸 3 结 论 1 纤维 混杂 微膨 胀混凝 土 大板 内部 在新 型 氧化 镁膨胀 剂作 用 下 出现 了不 同程度 的微 膨 胀 ， 其 平 均 应变值 为 1 4 1 0 1 9 3 1 O 纤 维 混 杂 与 新 型氧化 镁膨 胀剂 复掺 能 有 效 降低 混凝 土 的收 缩 ， 且 使 混凝 土 内部 产生 微 膨 胀 不 同弹 性 模量 纤 维 混 杂 能有 效阻 止混凝 土 内部微 裂缝 的发 展 2 本 文采用 的新 型水 泥混 凝 土道 面技术 能 有 效 增大 高海拔 地 区机场 道 面板 尺寸 至 4 m8 r n 该 大 板成 型后 早期 未 出现 开 裂 ， 混 凝 土 应 变 计 显示 大板 内部 随着 龄期 的发 展 未 出现 大 的 收缩 应 力 ， 说 明本 研究取 得 了初步 成 功 参考 文献 ： r 1 孙道胜 ， 黄小明 ， 邓敏 ， 等 道面水 泥混凝 土高性能 化和放 大道 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m