改性聚丙烯纤维混凝土在水池结构中的抗渗应用研究.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流改性聚丙烯纤维混凝土在水池结构中的抗渗应用研究.精品文档.改性聚丙烯纤维混凝土在水池结构中的抗渗应用研究第27卷第2期2010年4月特种结构V01.27No.2April2010改性聚丙烯纤维混凝土在水池结构中的抗渗应用研究罗兆辉李京玲成全喜王书祥(天津城市建设学院土木工程系300384)(DepartmentofCivilEngineering,TianjinInstituteofUrbanConstruction,300384,China)摘要本文研究将改性聚丙烯纤维掺加到水池结构的混凝土中,以加强水池结构的抗渗防裂性能.通过对两种不同纤

2、维掺量的混凝土试件和无纤维混凝土试件抗渗试验的对比,探讨了水泥基纤维混凝土的抗渗机理及性能特点;最后通过工程实例加以说明.关键词水池结构改性聚丙烯纤维纤维混凝土抗渗试验ABSTRACT:Thepolypropylencfibersisadmixedinconcreteinordertoimprovetheimpermeabilityofcisternstructureresearchedinthispaper.Throughtheimpermeabilitytestcomparisonbetweentwoconcretesamplesofaif-ferentfiberadmixingamoun

3、tsandnon-fiberconcrete,theirrtperrneabilitymechanismandcharacterofcementbasedfiberconcreteWasstudied.Finally,apracticalprojectWasgj肋.KEYWORDS:CisternstructureModifiedpolyprowlenefiberFiberconcreteImpermeabilitytest前言随着混凝土技术的发展,混凝土结构不断呈现出超长,超大化的趋势,而商品混凝土的使用以及混凝土强度等级的提高,使得混凝土结构出现裂缝的概率大大增加.水池作为一种常见的混凝土

4、特种构筑物,要保证池体结构具有良好的抗渗性和抗裂性,就必须对裂缝的发生和发展加以有效的控制.由于混凝土材料本身的固有特性以及水池结构本身特有的板(壳)体系和约束形态,出现一定程度的裂缝在工程中是不可避免的.水池的裂缝除了由于外荷载直接作用导致的构件强度,地基变形,抗浮稳定,裂缝宽度和池体构件变形等情况以外,其主要原因在于温度,徐变,材料,设计,施工和维护等多因素交叉重叠而引起的非结构性裂缝.有资料表明_lJ,非结构性裂缝在实际工程中出现的几率几乎不低于80%.而由于浇筑后早期的混凝土具有强烈的收缩变形倾向,特别是进入硬化阶段后显示出明显的材料脆性特征,拉压比低,极限变形小,在收缩遇到强的约束时

5、,极易产生裂缝.使得在非结构性裂缝中,混凝土的收缩变形是诱发早期裂缝产生的最主要因素.因此,如何有效地控制水池结构混凝土的早期收缩变形,从而进步控制非结拇陛裂缝并使其达到可以接受的程度,在工程上具有重要的意义.*基金项目:天津市建委科技项目(200237,2004B一48)108._目前,改善水池结构混凝土抗渗性能的有效途径之一是在混凝土中添加膨胀剂等外加剂,通过混凝土硬化过程中产生的膨胀力来抵消混凝土在收缩过程中产生的全部或大部分的拉应力,以求减少裂缝,防止渗漏.但混凝土的膨胀大部分在7d龄期内完成,属于早期型膨胀,而混凝土的收缩是一个较为漫长的过程.因此,掺入膨胀剂后所产生的膨胀并不能被全

6、部用作补偿收缩,不能完全达到减少裂缝,防止渗漏的目的.20世纪70年代以来,国外研究利用化学合成纤维掺人混凝土中,以改善水泥基混凝土脆性高,抗拉强度低,抗渗性能差等缺点,提高水泥材料制品的物理力学性能,现已取得巨大进展_2J.这其中应用最多的是专门为应用于土木工程领域而研制开发的改性聚丙烯纤维.所谓的改性聚丙烯纤维混凝土,就是将长度约为数毫米至数十毫米的单丝改性聚丙烯短纤维,在混凝土搅拌前掺加到混凝土原料中.一般工程的混凝土中掺入短纤维的体积率均较低,为0.O1%0.30%,称为低掺量纤维混凝土.本文拟通过试验,研究在混凝土中掺加国产改性聚丙烯纤维以改善抗渗性能的方法,并就改性聚丙烯纤维对混凝

7、土抗渗性能的影响机理进行探讨,最后通过工程实例进行了说明.1试验过程及试验结论No.22010罗兆辉等:改性聚丙烯纤维混凝土在水池结构中的抗渗应用研究1.1试验用改性聚丙烯纤维的技术指标试验采用的纤维是天津产改性聚丙烯纤维,纤维单丝的各项技术性能指标见表1.表1试验用改性聚丙烯纤维的技术1.2试件制性能指标作TabJdlIlicaIpeiIld娜试验依PPfib0ferintest,序号技术性能指标试验用聚丙烯纤维1纤度(g/9000m)1532体积质量(t/m3)0.9l3极限拉伸率f238)%4抗拉强度(lPa)>50o5弹性模量(MPa)>45006吸水性极低7熔点16517

8、3oC8导热性极低9导电性具有良好的电绝缘性10安全性无毒材料浓酸溶液对其Il耐酸性强度无明显影响浓碱溶液对其12耐碱性强度无明显影响13其它抗紫外线据普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法(GBJ821985)的规定进行,每组6个试件,共分3组.试件是顶面直径为175mm,底面直径为185mm,高度为150mm的圆台体,利用混凝土渗透仪进行抗渗试验.制作试件的混凝土配合比为水泥:石子:砂:水360:1065:720:205,符合P6级抗渗等级要求.试件采用的改性聚丙烯纤维的平均纤度为15g/9(D(hn,即直径约为48.3tma;长度为19mm.试件掺入纤维的体积率分别为0,0.11%和0.1

9、65%(即后两组的纤维掺人量分别为:1.0kg/m3及1.5kg/m3).试件制作时,为使纤维分布均匀,采用干拌法,即将纤维,砂,石一同投入搅拌机,将砂,石与纤维混合搅拌,使纤维充分散开,然后加水泥及水再一起进行强制搅拌.试件养护龄期为28d.1.3试验方法试验采用.4B型混凝土渗透仪,其加压范围为04MPa;每次试验安装一组6个试件.试验时由初始0.1MPa开始加压,加压持续8h,如未发现试件出现透水或透水试件总数超过3个,则试验压力递增0.1MPa,再继续加压持续8h,依此类推,直至透水试件总数超过3个时,试验结束.1.4试验结果与结论各组试件的抗渗试验结果如表2所示.|U傩娟髑N0.22

10、o1o表2改性聚丙烯纤维混凝土试件抗渗试验结果1.2TheresultofiI呷em_ea砌tytestformodifiedPP掺人纤维试验数据试验结果评定编号掺人纤维初始压耐水压渗水压加载时抗渗抗渗等级类型【本积率/力/MP力/MP力/MP间/h等级提高率/%1Q/o0O.1O_8O.9648219/1.00.11O.11.51.61201588319/1.50.165O.13.33.4264333l3注:19/1.0,19/1.5型是指纤维长19mm,掺入量分别为1.Okg/m3,1.5kg/m3.试验结果表明,在混凝土中加入改性聚丙烯纤维后,混凝土的抗渗性能大幅度提高.不仅耐水加载时间

11、大幅度增加,而且耐水压力也大幅度提高.以第3组试件为例,纤维体积掺入率为0.165%时,其最高耐水压力,耐水加载时间以及抗渗等级均比第1组未掺纤维的试件提高了313%.由此可见,在混凝土中加入改性聚丙烯纤维后,可显着提高水泥基混凝土材料的抗渗能力与抗渗等级.试验中,将未产生透水现象的试件剖开进行观察发现,尚未完全透水的未掺人纤维的混凝土试件(第1组)的透水高度均达120mm以上;而尚未完全透水的已掺入纤维的混凝土试件的透水高度仅为4080mm,且纤维掺量越高,透水高度越低.本试验以及本课题组做的其它试验E3结果表明,在混凝土中掺人一定比例的改性聚丙烯纤维,可以显着改善混凝土的抗渗性能,而且掺人

12、纤维的体积率越高,抗渗性能改善越明显;并且由于聚丙烯纤维具有良好的化学稳定性,掺入纤维不影响混凝土的化学性质.2机理分析2.1每m3混凝土中分布的纤维总根数n当纤维掺人量为1.Ok.m3时:n:1000gx9000x103mm3.16107根15g19mm一.同理,当纤维掺入量为1.5kg/m3时,每m3混凝土中分布的纤维总根数为4.74107根.2.2混凝土内部纤维的平均间距由于改性聚丙烯纤维有着良好的分散性,当纤维在混凝土中呈三维乱向排列时,Romuadi提出了纤维平均间距S的计算公式:S=13.8df(1)式中:dr为纤维的直径(InlT1),本文为D.0483mm;V,为纤维的体积百分

13、率,本文分别为0.11%和特种结构2010年第2期0.165%.将数据代入(1)式,可得到体积百分率为0.11%和0.165%的纤维平均间距S分别为2.01mm和1.64mm.2.3纤维阻止混凝土开裂,提高抗渗性能的机理由以上计算可知,每m3混凝土中的纤维分别有3.16XlO7及4.74lO7根.这么巨大数目的纤维能够有效阻止混凝土塑性期裂缝的产生.由于纤维在混凝土内呈现三维空间网络结构,起到支撑集料的作用,在一定程度上阻止了粗,细集料的沉降;同时也降低了混凝土表面的析水现象,有效阻止由于混凝土表面迅速失水造成的塑性期较大体积收缩,从而抑制塑性期混凝土表面出现裂缝.纤维也能够减少硬化的混凝土由

14、于干燥收缩,温度收缩及碳化收缩而产生的微裂缝.由于纤维的平均间距仅为1.642.01mm(本文试验),只要混凝土内部裂缝的发展不超过纤维的平均间距,纤维就能够阻止微细裂缝的贯通,有效防止裂缝扩展;纤维的存在使应力裂缝趋于闭合,掺纤维的混凝土在限制收缩的条件下,因失水干缩而引发裂缝时,由于纤维存在阻裂作用,可显着减少初始裂缝的数量,有效抑制裂缝的宽度和长度,并大大降低生成贯通裂缝的可能性.混凝土中由于纤维的存在,即使裂缝的总面积不变,由于裂缝的细化,混凝土的漏水量与细分后的裂缝根数成反比,即单位体积混凝土内均匀分布的纤维根数越多,裂缝宽度就越窄,混凝土的抗渗陛能也就越优异l4J.3工程应用实例L

15、J3.1工程概述位于南京市的某大学游泳池为50m长标准游泳池,采用无缝钢筋混凝土结构建造,且游泳池四周没有围护结构.南京地区冬冷夏热,温度变化较大,如何解决游泳池开裂及渗水问题是本工程的一个难点.为彻底解决这一问题,经过多种方案比较,最后选用了改性聚丙烯纤维混凝土.3.2本工程改性聚丙烯纤维混凝土的材料级配游泳池混凝土强度等级为C30,抗渗强度为P8级.材料如下:(1)水泥:选用普通硅酸盐水泥;(2)砂:中粗砂,质量符合国家标准规定;(3)碎石:5.031.5mm连续级配的碎石,质量符合国家标准规定;(4)改性聚丙烯纤维:选用的纤维长度为12mm,纤维掺人量为0.8k:g/m3;(5)粉煤灰:

16、混凝一110一土中掺入一定量的I级粉煤灰,一方面,可降低混凝土中水泥用量和水胶比以及混凝土的温升,防止混凝土的开裂,使混凝土的密实性和抗渗性进一步提高;另一方面,粉煤灰还可使混凝土内部摩擦阻力减少,大大提高其流动性与和易性,有利于泵送混凝土施工;(6)Pb剂:掺入一定量的MD.A高效混凝土泵送剂,可起到减水,缓凝的作用,在坍落度不变的情况下,能大大减少混凝土的用水量以及大孔,毛丝孔的数量,进而提高混凝土的抗渗性.改性聚丙烯纤维混凝土的配合比(kg)为水泥:砂:碎石:粉煤灰(I级):泵送剂MDA:聚丙烯:水=374:670:1101:80:7.72:0.8:171.坍落度:16020nllTl.

17、3.3工程验证本工程的池体结构施工期为2003年元月至8月,混凝土强度及抗渗等级均达到设计要求,且通过多年使用没有发现渗漏现象.2005年,经有关部门检验,被评为市优质工程.本工程的实践证明,在混凝土中掺人一定量的改性聚丙烯纤维,在防止混凝土的开裂及渗漏方面是可行的.4结论1.试验研究发现,掺人改性聚丙烯纤维后,混凝土抗渗性能的改善效果与纤维掺量有关,在一定掺量范围内,掺人量越大,效果越佳.但考虑到性能改善与经济成本双重因素的影响,在水池结构的混凝土中,掺人量的体积率以0.1%一0.2%较为合理,纤维长度为1219mm为宜.2.改性聚丙烯纤维能够有效改善混凝土的抗渗陛能,且聚丙烯纤维具有良好的

18、化学稳定性,掺入纤维不影响混凝土的化学性质,施工简单,方便.3.工程实例表明,改性聚丙烯纤维应用于水池结构的混凝土中,可以起到较好的抗裂,防渗作用.参考文献1何丹,游宝坤,方瑞良.现浇混凝土结构裂渗控制技术J.中国建筑防水,1999(6):12一l42龚益,沈荣喜,李清海.杜拉纤维在土建工程中的应用M.北京:机械工业出版社.20023王书祥,成全喜,任全昌.改性聚丙烯纤维混凝土抗渗性能的试验研究J.天津城市建设学院,2003,9(4):261-2644沈荣熹,崔琪,李清海.新型纤维增强水泥基复合材料M.北京:中国建材工业出版社.20045张军,潘兴军.聚丙烯纤维混凝土在游泳池池体结构中的应用J.徐州工程学院,2006,21(9):3233赣G嗍鲻蒸