金川水电站面板混凝土早期开裂试验研究.pdf

第 3 8卷第 4期 2 0 1 2年4 月 水 力 发 电 金 川 水 电 站 面 板 混 凝 土 早 期 开 裂 试 验 研 究 张 勇 孙 宇飞 ( 中国水 电顾 问集 团西北勘测设 计研 究院 ，陕西 西安 7 1 0 0 4 3 ) 摘要：通过平板法试验， 研究了采用人工中砂、人工粗砂 、 天然砂 ，以及掺人聚丙烯纤维时，对混凝土早期开裂 的影响。试验结果表明，采用天然砂代替人工砂或在人工砂中掺人聚丙烯纤维 ，均可以有效抑制混凝土早期裂缝的 产生 ，提高混凝 土抵抗早期开裂的能力 。 关键词 ：平板法试验 ；聚丙烯纤维 ；人工砂 ；天然砂 ；开裂 ；混凝土面板 ；金川水 电站 Re s e a r c h o n Ea r l y Cr a c k i n g o f Fa c e S l a b Co n c r e t e f o r J i n c h u a n Hy d r o p o we r S t a t i o n Zh a ng Yo ng ，S un Yu f e i ( Hy d r o C h i n a X i b e i E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ， X i a n 7 1 0 0 4 3 ， S h a a n x i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e e f f e c t s o f ma n u f a c t u r e d mi d d l e s a n d ， ma n u f a c t u r e d c o a r s e s a n d ， n a t u r a l s a n d a n d p o l y p r o p y l e n e fi b e r o n e a r l y c r a c k i n g o f f a c e s l a b c o n c r e t e a r e s t u d i e d t h r o u g h s l a b t e s t s T h e r e s u l t s s h o w t h a t u s i n g n a t u r a l s a n d i n s t e a d o f ma n u f a c t u r e d s a n d o r a d d i n g p o l y p r o p y l e n e fi b e r i n ma n u f a c t u r e d s a n d c a n a l l e f f e c t i v e l y i n h i b i t t h e e me r g e n c e o f e a r l y c r a c k s a n d i n c r e a s e t h e a b i l i t y o f c o n c r e t e t o r e s i s t e a r l y c r a c k i n g Ke y W o r d s ： s l a b t e s t ； p o l y p r o p y l e n e fi b e r ；ma n u f a c t u r e d s a n d ； n a t u r a l s a n d ； c r a c k i n g ；c o n c r e t e s l a b ；J i n c h u a n Hy d r o p o w e r S t a t i o n 中图分类号 ： T U 3 1 7 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 5 5 9 - - 9 3 4 2 ( 2 0 1 2 ) 0 4 - 0 0 4 3 - - 0 2 0 引言 1 平板法试验方法 在水 工建 筑 物 中 。混 凝 土 面板 不 同 于一 般 大体 积 混 凝土 结 构 ，属 条形 超 薄 板状 ，其 最 大厚 度 仅 为 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 坝 高 的 1 5 0 1 2 0 0， 且 长 、 宽 、 厚 三 向 尺 寸 相 差 悬 殊 ，极 易 产 生 早 期 裂 缝 _ 1 1 。影 响 混 凝 土 面 板 早 期 开 裂 的 因 素 有 很 多 ，除 了受 温 度 、 湿 度 、养护 条 件 等影 响外 ，还 与水 泥 、掺 和料 、外 加 剂 、骨 料 等 原 材 料 品 质 密 切 相 关 。 从 材 料 角 度 来 看 ， 目前 预 防 混 凝 土 面 板 早 期 开 裂 的 主 要 方 法 是 减 小 混 凝 土 收缩 ，提 高混 凝 土抗 拉 强 度 ，采 取 的具 体 措施 有 掺 膨胀 剂 补偿 收 缩 ，掺 纤 维增 强 ，掺减 缩 剂 抑制 收 缩等圜。 金 川 水 电 站 为 大 渡 河 干 流 水 电 开 发 规 划 2 2级 方 案 的第 6个 梯 级 电站 ，挡 水 建 筑 物 为 面板 堆 石 坝 ， 最 大 坝高 1 1 1 5 m。本 试 验从混 凝土 原材 料人 手 ，研 究 了采用 人 工 中砂 、人工 粗 砂 、天 然 砂 ，以及 掺 人 纤 维 时 ，对 混 凝 土抗 拉 强度 和 收缩 的影 响 。并 采 用 CE CS 3 8 2 0 0 4 纤 维 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 附 录 D推 荐 的平 板法 ，对 混凝 土 的抗 裂性 进行 研究 。 试 验装 置如 图 1所 示 ，试 模 尺寸 为 6 0 0 mmx 6 0 0 mmx 6 3 mm边 框 内设 4 , 6间 距 6 0 B1T I的双 排 栓 钉 提 供 约束 ，栓 钉 长 度 分 别 为 5 0 mm 和 1 0 0 mm，间 隔布 置 。底 板采 用 5 mm 厚 钢板 ，并 铺 设 一 层 塑 料 薄膜 以减 少 其 对 混 凝 土 的约 束 。 试 件 浇 注 、振 实 、 抹 平 后 ，用 塑 料 薄 膜 覆 盖 2 h， 之 后 取 下 薄 膜 ， 以 0 5 m s的 风 速 吹 混 凝 土 表 面 环 境 温 度 2 0_+ 2 相 对 湿 度 不 大 于 6 0 。2 4 h后 观 察 裂 缝 数 量 、 长 度 和 宽 度 。 2 试验原材料及配合比 试 验用 水 泥 为 拉 法 基 普 通 4 2 5 R 硅 酸 盐 水 泥 ； 粉 煤灰 为江 油 I I I级灰 ；细 骨料有 三种 ，分 别 为 ：细 度 模 数 为 2 7的石 家 沟 料 场人 工 中砂 ，细 度模 数 为 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 7 2 7 作者 简介 ：张勇 ( 1 9 7 8 一 ) ，男 ，河北 泊头 人 ，工 程师 ，硕 士 主要从 事水工混凝土 的设计 与试验研究工作 W a t e r P o w e r V o 1 3 8 N o 4 团 及 2 U 1 2年 4 月 二 二 二 。 、底板 栓钉 、 聚乙烯薄膜 图 1 平板法试验模具示意 ( 单位 ：m m) 3 1的石家 沟料 场人 工粗 砂 ，细度模 数 为 2 _ 3的得 胜 村 料 场 天 然 砂 ：粗 骨 料 为 5 2 0 mm 和 2 0 4 0 mm 的 石 家沟 料场 砂 岩碎 石 ：减 水 剂采 用 浙 江龙 游 外 加剂 公 司生 产 的 Z B 一1 A缓 凝 高效 减水 剂 ，掺 量 为 0 7 ： 引气 剂采 用石 家庄 外加 剂厂 生产 的 DH9引 气剂 ，掺 量 为 0 0 0 4 ：纤 维采 用 四川华 神化 学建 材有 限公 司 生 产 的聚丙 烯 纤 维 。试 验配 合 比及 拌 和 物性 能 见表 1 。其 中 J 1号配 合 比为基 准配合 比。 3 试验结果与分析 混 凝 土 的力 学 性 能 及 收 缩 率 试 验 结 果 见 表 2。 从 表 2可 知 采 用人 工 粗砂 的混 凝 土力 学性 能和 收 缩 率 与基 准混 凝 土基 本 相 当 ；采 用 天然 砂 的混 凝 土 抗 压强 度 比基 准 混凝 土 略低 弹 性模 量 、极 限拉 伸 值 和抗 拉 强 度 没 有 明 显 差 别 ，但 收 缩 率 降 低 了 约 2 0 。掺 入 聚 丙 烯 纤 维 的 混 凝 土 抗 压 强 度 比 基 准 混 凝 土提 高 5 7 ，抗拉强 度也 略有 提 高 ，收 缩率 差 别 不 明显 。有些 观 点认 为 ，采 用 粗砂 拌 制 混凝 土 可 以减 少 收缩 从 而起 到 减 少 开裂 的 作用 ，但 笔 者 认 为 ，采用 粗 砂并 不是 减 少 收缩 的根 本原 因 ，根 本 原 因 应 该 是 混 凝 土 用 水 量 对 其 收 缩 有 直 接 影 响 。 本 次 试 验 中 采 用 人 工 粗 砂 的 混 凝 土 与 采 用 人 工 中 砂 的 混 凝 土 相 比 ，用 水 量 基 本 相 当 ，收 缩 率 没 有 明 显 的 差 异 ：而采 用 天然 砂代 替 人 工砂 后 ， 由于用 水量 降 低 混 凝 土 的 收 缩 率 也 随 之 减 小 。 混凝 土 的早 期 开 裂试 验结 果 见 表 3。 由表 3可 知 相 对 于基 准混 凝 土 而言 ，采 用 天 然砂 替 代 人工 表 2 混凝土力学性 能与收缩率试验结果 鎏 丝抗 压 M P强 a 弹 性模 GPa 萋 收 _ d( 2 。 ) ( 2 )( 2 8 d )； j 石 表 3 平板法混凝土早期开裂试验结果 砂 或者 掺 入 聚丙 烯 纤 维 ，均 可 以起 到 良好 的抑 制 早 期 开裂 的作用 ：但 采 用人 工 粗砂 时 ，裂缝 降低 系 数 只 有 0 3 7 可 以 认 为 没 有 起 到 抑 制 开 裂 的 作 用 。 其原 因分析 如下 ： ( 1 )采用 天 然砂 代 替 人 工 中砂 时 ，降低 了混 凝 土用 水量 ，从 而减 少 了混凝 土 中毛 细孔 的数 量 ，降 低 了混 凝 土 的 收 缩 率 ，起 到 减 少 早 期 开 裂 的 效 果 。 ( 2)采 用人 工粗 砂 代 替 人工 中砂 时 ，并 没 有 降 低混 凝 土 的 收缩 率 ，而 且 混凝 土 的抗 拉 强 度 和极 限 拉伸 值 也没 有 显 著提 高 ，因此 在 试 验 中没 有 明显 的 抑制 开裂 的效果 ( 3 )掺 人 聚丙 烯 纤维 后 ，对 抑 制 早期 裂 缝 起 到 了 良好 的作 用 。聚丙 烯 纤 维 的作 用 有 抑制 收 缩 和抗 裂 两个 方 面 。抑 制 收缩 作 用是 指 由于 聚丙 烯 纤 维 的 掺 入 ，在混 凝 土 内部 形 成 了复 杂 的三 维 乱 向体 系 ， 不 仅 可 以有 效 抑 制 骨 料 下 沉 ，约 束 各 种 塑 性 变 形 ， 提 高混 凝 土 的匀 质性 ，减 少其 固有 缺 陷 ，而 且 可 以 阻 隔水 分 溢 出 的通 道 ，减 少 或延 缓 水 分 的散 失 ，减 小 收缩 。抗 裂作 用 是指 维 乱 向分 布 的纤 维 体 系 可 以 有 效 阻 止 混 凝 土 内部 微 裂 缝 的 发 展 ， 当 微 裂 缝 的 长 度 大于 纤 维 的 间距 时 ，纤 维将 跨 越 裂缝 起 到 传递 荷 载 的桥 梁 作 用 ，使混 凝 土 内的应 力 场 更加 连 续 和 均 匀 ，使 微 裂缝 尖 端 的应 力 集 中得 以钝 化 ，裂 缝 的 进 一 步 扩 展 受 到 约 束 ；当微 裂缝 的( 下转 第 5 O页) 表 1 混凝土配合 比及拌和物性能 圈W a t e r P o u w V o 1 3 8 N o 4 ZU1 x ： lzqf = J 有成 员 和上 级 主管 部 门 、地方 公 安 、医院 、消 防 等 单位 的联 系 方 式 。公 司应 急救 援 领 导小 组 主持 制定 了 突发性 事件 总体应 急预 案、 施工 现场 消 防应 急 预 案 、 地 质( 地 震 )灾 害 事 故 应 急 预 案 、 突发公 共 卫生 事件 应 急 预案 、 防洪 度 汛及 超 标 准洪 水应 急预案 等 1 2个应 急预 案和 现场 急救 常 识 ，并将 以上 预案 印发到各 参建单 位 ，督促 参建 单 位 进行 学 习 。为做 好 冬 季“ 六 防” 工作 ，预 防发 生 火 灾 事 故 造 成 重 大 损失 ，2 0 1 1年 1月 1 3日下 午 ， 公 司 在库 什 塔 依 水 电站 开展 了 消 防应 急 实 战演 练 ， 在 5个 演 练部 位 同一 时 问 8个 施工 单 位共 3 1 2人 次 参 加 了演 练 。通 过应 急 组织 机构 的整 体联 动 ，进 一 步 提 升 了各参 建 单 位 和 相 关 单 位 的应 急 工 作 水 平 ， 明 确相关 人 员 各 自工作 职责 ，让 现 场所 有作 业 人 员 掌 握 了发生 火 灾 险情 时 采取 的 紧急 扑救 措 施 ，全 面 检 验应 急 预案 的 实效 性 和可 操作 性 ；增 强 了全体 参 战人员 的应 急 处 置与 自救逃 生 能力 ；检验 了消 防应 急 预案 的实用 性 和符 合 性 ，为 预案 的修订 、完善 提 供 了依据 。 6 高度重视水土保持 “ 三同时” ，建设流域 开发绿色环保示范电站 库什 塔 依 水 电站 是 公 司 建 设 的第 一 座 水 电站 ， 为做 好建 设工 地 的环 境 保 护 和水 土保 持 工作 ，贯彻 环 境 保护 工作“ 预 防为 主 ，防治结 合 ”的方 针 ，大 力 贯 彻 集 团公 司“ 奉献 绿 色 能 源 ，服 务 社 会 公 众 ” 的环 保 理 念 ，公 司本 着 高 起 点 、高 标 准 、高 亮度 、 严 要 求 的原则 ，制 定 了“ 精心 组 织 、构 建安 全 文 明 和谐 工程 ；以人 为 本 、切 实保 障员 工安 全健 康 ；保 护环 境 、建 设 绿色 环保 示 范 电站 ；科学 管 理 ，实 现 安全 绩效 持 续 改进 ” 的工 程建 设 环 境管 理方 针 。为 了实 现“ 设 施 标准 、行 为 规 范 、施 工有 序 、环 境 整 洁 打 造流 域 开发 绿 色环 保 示 范 电站新 形 象 ” 的 目 标 ， 防 止 由 于 工 程 施 工 造 成 施 工 区 附 近 区 域 环 境 污 染 和水 土 流失 ，公 司成 立 了库 什塔 依 水 电站 建设 环 境 保护 和 水 土保 持领 导 小组 ，制 定 了 环境 保 护管 理规定 、 环境 保 护 责任 追究 制 度 ，明 确 了各参 建单位 的环保 职责 和各级 环保 专职 人员 的 岗位 责任 为 了防止 在施 工 中乱 堆 弃 渣 、乱 修 临时 建筑 物 、挤 占耕 地 ，引 发水 土 流失 和 淤塞 河 道 ，对 正 在弃 渣 的 场地 在 弃 渣 形 成 边坡 后 按 照 规 范 要 求 砌 筑 挡 渣 墙 ： 禁 止 在河 道 内乱 弃 乱倒 ，对新 指 定 的弃 渣 场坚 持 先 挡 后 弃 的 原 则 。 同 时 ，对 后 方 生 活 区 、 办 公 区 进 行 了整 体统 一 规划 ，整个 后 方生 活 区和办 公 区全 部 采 用 了彩钢 板 活 动房 。为 了保证 后 期 运行 条 件下 的生 态环 境要 求 ，使 工 程 在造 福人 类 的同 时不 发 生生 态 环 境 污染 和 其 他 公 害 ，公 司加 大 了前 期 环 保 投 入 ， 每天 对施 工 场 区道路 进 行 洒水 降 尘 ，及 时 购置 了清 洁专 用 车 和 保 洁 桶 ，修 建 了 2 7 0 0 m 垃 圾 处 理 池 、 施工 废水 处理 池 ，配套 安装 了 日处理 能力 1 9 2 m 的 生 活污 水处 理 系统 ；对道 路 开挖 后 裸露 的全 部边 坡 用黄 土进行 了覆盖 并种 植草 坪 仅 2 0 1 1年完 成绿 化 种 草 1 2 0 0 mz ，为 打 造库 克 苏 河 流域 开 发 绿 色环 保 示范 电站新 形象迈 出了坚实 的步伐 。 7 结语 至 2 0 1 1年 年底 ，经过 全体 参 建 者 的共 同努 力 ， 库 什塔 依水 电站全 面 实 现 了安 全 生产“ 零 事 故 ” 目 标 。但 是 成 绩 与辉 煌 已成 为 过 去 安全 生 产 管 理 工 作仍 然 面 临着新 的挑 战 ，必 须 充分 认识 到 安 全 生 产 工 作 的长 期 性 、复 杂 性 、艰 巨性 和极 端 重要 性 ， 时 刻 保 持 清醒 的头 脑 ，坚 持“ 安 全 发展 ” 的 理 念 ， 从“ 落 实科 学 发展 观 ” 、 “ 构建 社 会 主义 和谐 社 会 ” 的高 度 ，增 强做 好安 全 生 产工 作 的 责任 感 、使 命 感 和紧迫 感 以如 临深 渊 、如履 薄 冰 的态 度 ，扎 扎 实 实 做好 各 项 工作 ，为水 电站流 域 梯 级开 发安 全 生 产 创 造 更 辉 煌 的 业 绩 。 ( 责任 编辑杨健 ) 0 ( ( ( ( 上接 第 4 4页 ) 长度 小于纤 维 间距 时 ，纤 维将 迫使 其 改 变 方 向或 跨 越 纤 维 形 成 更 微 细 的 裂 缝 场 ，不 仅 细 化 了裂 缝 而且微 裂缝 扩展 的能量 消耗显 著增 大l 3 J 。 4 结论 ( 1 )使用 人 工粗 砂 拌 制混 凝 土 ，对 改善 混 凝 土 的 早 期 开 裂 性 能 影 响 不 显 著 。 ( 2 )使用 天 然砂 代 替人 工 砂 ，可 降低 混 凝 土 的 收缩率 ，从 而减少 混凝 土 的早 期裂缝 数量 。 ( 3 ) 掺 人 聚 丙 烯 纤 维 具 有 抑 制 混 凝 土 收 缩 和 抗 圃W a t e r P o e r V o 1 粥N o 4 裂 两方 面 的作 用 。二者 的综 合 作 用 ，使 聚丙 烯 纤 维 混 凝 土 具 有 显 著 的抵 抗 早 期 裂 缝 的能 力 。 参考文献 ： 1 刘数 华 ，曾力 面 板混 凝 土 的抗 裂性 能研 究 J 人 民长江 ， 2 0 03( 41 ： 3 4 3 5 2 张建 峰 ，等 纤 维对混 凝土早 期塑性 开裂 的影 响 J 混 凝土 ， 2 0 1 0 ( 7 ) ： 7 6 7 8 3 张佚 伦 ，等聚丙 烯纤维混凝 土早期收缩性 能试验研究 J 新 型建筑材料 ，2 0 0 6 ( 1 ) ： 2 5 2 8 ( 责任编辑常 青)