改性聚丙烯纤维混凝土在高冻胀地区渠道护砌中的应用.pdf

工程施工 东北水利水电 2 0 1 0年第 7期 文章编号 1 o o 2 0 6 2 4 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 1 8 0 2 改 性 聚丙烯纤 维混 凝土 在高冻 胀地区 渠道护 砌中 的 应用 李钟杰 ， 王宇霆 z ， 董建伟 ， ( 1 吉林省和龙市水利局 ， 吉林 和龙 1 3 3 5 0 0 ： 2 长春市绿园区财政局 ， 吉林 长春 1 3 0 0 1 2 ； 3 吉林省水利科学研究院 ，吉林 长春 1 3 0 0 2 2) 摘 要】 文章在介绍吉林省改性聚丙烯纤维混凝土渠道防渗护砌技术研究与应用的基础上， 提 出了目前依靠改性聚丙烯纤维混凝土护砌在抗冻融实践中的误区。针对这种情况提 出了 相应的 建议 。 关键词 改性聚丙烯纤维混凝土； 渠道冻胀 ； 防渗护砌 中图分类号 T V 4 3 1 3 文献标识码 B 1 吉林省研 究与应 用概况 1 ) 研究状况。吉林省在水利 工程 中应用改性 聚丙烯纤 维混凝土技术始于 1 9 9 8年 ， 当时在梅 河 口市进行 了改性聚 丙烯纤维混凝 土一 复合 防渗膜 渠道防渗工程试验 ，该渠道防渗工程也成为全国 水利行业首个采 用改性聚丙烯纤维混凝土技术工 程 ， 2 0 0 1年通 过 了吉林省科技 厅组织 的科研成 果 鉴定。 2) 存在问题。改性聚丙烯纤维混凝土渠道 防 渗技术在总体上获得了较好效果，但在土壤持水 性较强的梅 河口地 区，仍有多处依 旧出现 了冻胀 破坏的现象 ， 表现为预制安装 的混凝土板脱落 ， 现 浇混凝土板在水位上方一定高度 ( 浸润线受阻区 域 ) 胀开 。表 明在这种应 用条件下 ， 改性 聚丙烯纤 维混凝土护砌并未达到渠道抗冻效果。 2 应 用误 区 1 ) 单纯采用改性聚丙烯纤维混凝土护砌 ， 并不 能提高渠道 的抗冻融能力。经特 殊改性 的聚丙烯 纤维掺入到混凝土 中后 ，可提高 混凝土的抗冻融 能力。 但表面护砌材料抗冻融能力的提高， 并不代 表着被保护土体抗 冻能力也提高 。吉林省渠道防 护材料均为非保温型，渠道冻胀发生在边坡土体 内 ， 与采用的护砌材料关系不大。 也有人认为： 改性聚丙烯纤维混凝土护坡面下 1 8 的土体冻胀后 ， 在春季 回暖期可以复位 。事实上 ， 土壤受冻融破坏后， 自然坡比一般稳定在 1 ： 5 1 ： 1 0 左右 ， 而渠道边坡一般在 1 ： 1 5 - 1 ：2 5 ， 故在春季回 暖后 ，必将发生含水率较高 的融化冻土向下流动 现象， 不会恢复到冻胀前的坡比， 在边坡较高时， 常造成 混凝土板块在渠 道边坡浸 润线出漏点 ， 附 近上端 因冻土的流 动而掏空 凹陷、下端被流 土胀 起乃至脱落的现 象。 2 ) 纤维选择不当。改性与非改性纤维的混 淆，这是由于一些单位不了解改性纤维技术特点 的缘故。改性聚丙烯纤维主要有以下技术特点 ： 增 加 了纤维韧性。改性纤维较非改性纤维挺直、 无卷 曲、 宜分散 ； 增加 了纤维容重。改性前 的纤维容重 0 9 1 g c m3 ， 漂浮在水面： 改性后容重不小于 1 0 g c m3 左右 ， 外观光亮， 在水中呈半悬浮状 ， 易分散到混 凝土中： 增加了纤维的物理力学性能。 改性纤维抗 拉强度、 弹性模量均较非改性纤维增加。 纤维普 遍较长， 纤度较大， 用量偏多， 降低了应用效果。 纤维在混凝土中应当有较好的乱向分布， 因 此以细、 短为宜 ， 用量一般在 O 9 1 0 k g m3 。 吉林省 最初试制并选择的纤维一般为纤度 7 8 d t e x 左右、 长度 1 0 n 1 m。在混凝 土中的分布密度达 到 1 2 5 0 0 万根 m 。但 目前国内厂家提供的纤维普遍较长、 纤 度较大 、 用量偏 多 ， 纤度 9 d t e x 长度普遍 在 1 9 nl l Tl，掺量往往达到 1 2 2 0 k g m3 o 2 0 1 0年第 7期 东北水利水电 工程施工 较长的纤维可减少厂 家切割纤维成本 ，但 纤 维在混凝土中的分布密度却大大降低 ，若同按 8 d t e x计 ， 1 9 I T m q 纤维 的分 布密度 只有 6 5 7 9万根 m ， ，较 1 0 l l l r n纤维减少 了 4 7 。计算 比较如表 1 。 表 1 不同长 度纤维 分布密 度 比较表 改性聚丙烯 弹性模量小 于混 凝土 ，当纤维量 增加到一定程度 ， 将导致混凝 土强度受损。相关材 料的抗拉强度、 弹性模量 比较见表 2 。 表 2 相关材 料力 学性能 比较表 纤维的用量与纤维的长度、 纤度有密切关系。 如 果在纤维长度同为 1 0 mi l l 的条件下 ，达到 1 2 5 0 0 万根 m， 的分布密度时 ， 若采 用 5 d t e x的纤维 ， 需要 0 6 2 5 k g ： 若采用 3 d t e x的纤维 ， 则仅需要 0 3 7 5 k g 。 吉林省水利 科学研究院 曾进行过 在恶劣养护 条件下 的水泥净浆板抗裂能 力试 验 ，表 明采 用纤 度( 最小为 3 d t e x ) 、 长度均较小( 3 4 m m) 的纤维， 掺量在 0 3 k g m3 时，仍获得较好的阻裂效果 ， 表 面裂纹 明显少于不加纤维的水泥净浆板。 3 ) 改性聚纤维并不都 能够提 高混凝土 的抗冻 融能 力。美国有关企业在采用特定 的纤维( 杜拉纤 维 ) 进 行混凝 土抗冻融 实验 时 ， 曾达到 F 2 0 0 一 F 3 0 0 的效果 ， 而国内生产 的纤维却很难达到。其主要原 因之一 ，是未按照混凝 土抗 冻融的基本原理选择 纤维 。 事实上 ，并不是所有改性 聚丙烯纤维都能改 善混凝土的抗冻性能。纤维能否达到增强混凝土 抗冻能力的效果， 与纤维的长径比、 纤维表面处理 的方式有关。当纤度较小、 长度较短时 ， 纤维可产 生与引入混凝土中的微小气泡类似的作用； 而杜拉 纤维表面增加的硅烷偶联 剂 ，可 使纤维周边强度 增加 ， 相当于增加 了气泡壁 强度 ， 因此改善 了混凝 土抗冻性能 。 3 建议 1 ) 开展抗冻融 改性聚丙烯纤维混凝 土的研究 。 据了解 ， 目前 国内鲜有开展 类似研 究的报道 ， 主要 原 因是 ： 若基本弄清不同纤度 、 长度甚至不同组分 、 不 同材 质 的纤维对 混凝土抗 冻融 能 力的影 响 ， 需 要大量的、 长时间的试验分析 ， 试验成本和费用昂 贵 ： 纤维的表面改性材料价格 不菲 ， 使 用条件 相对 复杂。但此项研 究却具有重要意义 ， 目前采用的引 气剂在提高混凝 土抗冻 融能力的同时 ，损强作 用 也较 明显 ： 而适量采用改性聚丙烯纤维 时 ， 则可在 提高冻融循环能力的同 时 ， 避免损强现 象 ， 同时增 加混凝土的综合性能 。 2) 进一步科学地开 展冻胀 型渠道防护技术研 究。 目前对高冻胀地 区的渠道 防护技术研究与应 用并不都是很成功 的。 其失败 之处 在于单纯期望 凭借表面防护材料解决 渠道的冻胀 问题 ，忽略 了 渠道冻胀产生于边坡土壤内部含水率较高、土壤 受冻产生体膨胀这一基本原理 。因此 ， 宜在研究技 术可行、 经济合理 、 经久耐 用的渠道 防护材料的同 时 ， 更应 当结合 冻胀 型渠道边坡土壤冻融机理 ， 进 一 步研究出科学 、 适用的防护技术方式。 3) 开展改性聚丙烯 纤维混凝土的应用后评价 工作。改性聚丙烯纤维 混凝土在吉林 省水利工程 应用领域包括渠道防渗护砌、 堤防护砌、 水库溢洪 道及 旧涵闸补强等。在取得成功效果的同时 ， 也应 当开展 改性 聚 丙烯 纤 维 混凝 土 的应 用后 评价 工 作 ， 总结 失败 的教训 ， 改 善技术方 法 ， 使这 项技术 在水利工程 中得 到科学 、 合理 的应用。 参考文献 1 ( 英) 内维尔 亚当编， 杨顺喜等译 国际材料与结构试验 室联合会一九七五年会议文集： ( 纤维增强水泥与混凝 土第 1册 ) c 北京 ： 中国建筑工业出版社。 1 9 8 0 ， 1 2 2 董建伟 ， 等 改性聚丙烯纤维混凝土及其应用 I - 吉林 水利 ， 2 0 0 0 ( 9) 3 龚益 ， 等 纤维混凝土与纤维砂浆施工应用指南 M 北 京 ： 中国建材工业出版社 ， 2 0 0 5 4 白国庆， 董建伟 改性聚丙烯纤维影响混凝土抗压强度 机理初探 J 吉林水利 ， 2 0 0 5 ( 6 ) 【 收稿 日期】 2 0 1 0 -0 3 -1 7 1 9