纤维在面板堆石坝面板混凝土中应用的试验研究.pdf

第 3 3卷第 6期 2 0 1 2年 1 2月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f N o r t h C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o w e r Vo 1 33 No 6 De c 2 01 2 文章 编号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 l 1 6 0 5 纤维在面板堆石坝面板混凝土 中应 用的试验研 究 赵 正 ，石 建军 ，施慧聪 ，刘 国平 ，李 孜 ( 1 上海罗洋新材料科技有 限公司 ， 上海 2 0 0 0 9 2 ； 2 柏叶 口水库建设管理局 ， 山西 吕梁 0 3 2 2 9 9 ) 摘要 ： 面板堆石坝 的混凝 土面板 层属于大 面积 敞开式薄壁 结构 ， 在基 础及钢筋 的约束 下 ， 易产生 塑性裂缝 和早期干缩裂缝 ， 研 究了纤维素纤维和 聚丙 烯纤维 对面板 混凝土 塑性裂缝 及早期 干缩裂缝 的作用 以及对 混 凝土抗渗性和抗冻性 的影响 研究结果表 明 ： 纤 维素纤 维在混凝 土塑性 阶段具有 显著 的减裂效果 ， 减裂率 达 到 8 6 2 ， 而 聚丙烯纤维 的减裂率 为 5 2 0 ； 纤维素纤维和聚 丙烯 纤维对早 期干燥 收缩裂缝 具有抑 制作用 ， 减裂率分别为 6 6 7 和 5 2 2 ； 纤维素纤维 和聚丙烯纤 维提 高了混凝 土抗 渗性 和抗 冻性 ， 其 中纤维素纤 维混 凝土的抗渗等级提高 了 2个等级 ， 聚丙烯纤 维混凝 土提高 1个等级 ， 两种 纤维混 凝土 的抗冻 性提 高 了 5 O个 标号 关键词 ： 纤维素纤维 ； 塑性裂缝 ； 早期干缩裂缝 ； 抗 渗性 ； 抗冻性 面板 堆石 坝 的混凝 土面 板层 属于 大面积 薄 壁混 凝土结构 ， 在高温干燥天气施工时容易因失水过快 和内外部 的约束产 生塑性收缩裂缝 ； 在混凝 土硬化 后若养护不及时、 不到位或者养护期已过 ， 混凝土继 续失水 ， 在凝胶分子表面张力、 毛细管张力等因素作 用下以及在内外部 的约束条件下易产生干燥收缩裂 缝 ； 因塑 性 收缩 和干燥 收缩 引起 的裂 缝在 日温 差 、 季 节性温差条件下 ， 会产生相应的膨胀或收缩 ， 在长期 温差应力作用下裂缝会继续扩展 对于混凝 土面板 结构来说 ， 裂缝会降低面板的抗渗性能 以及结构 的 耐久性能 在北方寒冷和严寒地 区， 混凝土面板还面 临着反复冻融循环的考验 ， 在冻胀应力作用下 ， 混凝 土易产生裂缝乃至剥落 ， 影响面板的服役性能 ， 严重 的情况 下 影响结 构 的安全 抗裂性 、 抗渗性 和抗冻性对于面板混凝土来说 至关重要 ， 改善混凝土的抗裂性 、 抗渗性和抗冻性可 以提高面板结构的服役性能、 安全性 以及服役寿命 通过纤维来提高混凝土 的性 能早 已被工程界所 接 受 ， 纤维素纤维作为新一代 的工程纤维 ， 因其天然的 亲水性、 保水性 以及与混凝土 良好的相容性 ， 在混凝 土领域的使用 日渐广泛 。 笔者针对纤维素纤维 和 聚丙烯 纤维 在大 坝面板 混凝 土 中的应 用进 行 了相 关研 究 1 试验 1 1 试 验原 材料 及配 合 比 试验采用山西柏叶口水库大坝面板的原材料和 混凝土配合 比， 水泥为 P 0 4 2 5普硅水泥 ， 砂为细 度模 数 为 2 7的 中砂 ， 石 子 采 用 52 0 IT l m， 2 0 4 0 mm 二级配碎石 试验 中采用 的纤维物理参数及 力学性能见表 1 ， 采用的 3种混凝土配合 比见表 2 1 2试验 方法 1 ) 混凝土的工作性能和力学性能按 水工混凝 土试验规程( D L T 5 1 5 0 -2 0 0 1 ) 的相关规定进行 测试 2 ) 混凝土受约束状态下的塑性收缩裂缝按 纤 维混凝土塑性裂缝标准测试方法( A S T M c 1 5 7 9 0 6 ) 的相 关 规 定 进 行 测 试 ， 试 验 模 具 如 图 1和 图 2 所示 表 1 纤维 的物理 参数及 力学性 能 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 8 2 2 作者简介 ： 赵正( 1 9 8 6 一 ) ， 男 ， 江苏淮安人 ， 工程师 ， 硕士 ， 主要从事纤维混凝 土方 面的研究 1 2 O 华北水利水电学院学报 2 0 1 2年 1 2月 7 刘 国平 ， 马鹰 ， 施 慧聪 ， 等 生态合 成纤 维抑制混 凝土开 9 裂性能的研究与应用 J ， 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 1 0 ) ： 4 1 4 4 ， 8 沈荣熹 ， 崔琪 ， 李 清海 ， 等 新 型纤维增 强水泥 基复合材 料 Mj 北京 ： 中国建材工业 出版社 ， 2 0 0 4： 1 01 1 S hi ho Ka wa s h i ma， S ur e n d r a P S ha hEa r l y a g e a u t o g e n o us a n d d r yi n g s hr i n ka g e b e ha v i o r o f c e l l u l o s e fibe r - r e i n f o r c e d c e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s J C e me n t C o n c r e t e C o mp o s - i t e s ， 2 01 l ， 3 3 ( 2) ： 2 012 0 8 Ex p e r i m e nt a l Re s e ar c h o n App l i c a t i o n o f Fi b e r s i n Co n c r e t e Fa c e o f Ro c kfii l Da m Z H A O Z h e n g ， S H I J i a n i n n ， S HI H u i c o n g ，L I U G u o p i n g ， L I Z i 。 ( 1 S h a n g h a i R o y a n g I n n o v a t i v e M a t e r i a l T e c h n o l o g i e s C o ， L t d ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ； 2 B a i y e k o u R e s e r v o i r C o n s t r u c t i o n B u r e a u ， L v l i a n g 0 3 2 2 9 9 ，C h i n a ) Abs t r a c t：Th e c o n c r e t e f a e e s l a b o f r o c k fil l da m ha s a l a r g e s u r f a c e a r e a a n d a r e l a t i v e l y s ma l l t h i c kn e s s，t h us u nd e r t he r es t r a i nt s o f f o u nd a t i o n a nd r e i nf o r c e me n t s ，i t i nc l i ne s t o f o r m p l a s t i c c r a c ki n g a n d e a r l y d ry s h r i n k a g e c r a c ki ng I n t hi s pa p e r ，t h e e f f e c t s o f c e l l u l o s e fibe r a n d p o l y p r o py l e n e fib e r o n p l a s t i c c r a c ki ng a n d ea r l y d ry s hr i nk a g e c r a c ki n g o f f a c e s l a b c o nc r e t e，a n d a l s o o n c o n c r e t e i m p e r me a b i l i t y a n d f r e e z i n g r e s i s t i b i l i t y T h e r e s u l t s s h o w t h a t c e l l u l o s e fi b e r h a s n o t a b l e e f f e c t o n c o n c r e t e p l a s t i c c r a c k i n g a n d r e d u c e s c r a c k i n g a r e a b y 8 6 2 ， wh i l e p o l y p r o p y l e n e fi b e r o n l y r e d u c e s c r a c k i n g a r e a b y 5 2 0 ：c e l l u l o s e fi b e r a n d p o l y p r o p y l e n e fi b e r b o t h h a v e c e r t a i n e f f e c t s o n r e d uc i n g e a r l y dr y s h r i n k a g e c r a c k i ng，c r a c k i ng a r e a r e du c e d by 66 7a n d 52 2 r e s pe c t i v e l y：c e l l u l o s e f i b e r a nd p o l y p r o p y l e ne fibe r c a n i mpr o v e c o n c r e t e i mp e r me a b i l i t y a n d f r e e z i n g r es i s t i bi l i t y，i n wh i c h，t he i mpe r me a b i l i t y g r a d e o f c e l l u l o s e fib e r c o n c r e t e i s i mpr o v e d b y 2，t ha t o f po l y pr o py l e ne fi be r c o n c r e t e i s i mpr o v e d b y 1，a nd t h e f r e e z i n g r e s i s t i b i l i t y g r a d e i s b o t h i mp r o v e d by 5 0 Ke y wor ds ：c e l l ul o s e fibe r；p l a s t i c c r a c k i n g；e a r l y d r y s hr i n ka g e c r a c ki n g；i mp e r me a b i l i t y；f r e e z i ng r e s i s t i b i l i t y ( 责任编辑 ： 杜 明侠 J