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纤维
膨胀
水工
混凝土
性能
研究
:掺掺纤纤维维与与膨膨胀胀剂剂的的水水工工混混凝凝土土性性能能研研究究谭成(辽宁江河水利水电工程建设监理有限公司,辽宁 沈阳)摘要为科学分析纤维限制收缩与膨胀剂补偿收缩的协同作用效应,试验研究掺不同种类、掺量、混杂纤维和膨胀剂的水工混凝土抗冲磨、工作及力学性能。结果表明:同等掺量情况下,不同纤维的影响作用存在明显差异,掺镀铜钢纤维的工作性良好,掺多锚点钢纤维能够有效提升抗冲磨和力学性能,掺钢纤维优于 纤维的抗冲磨、力学和工作性能;掺膨胀剂水工混凝土的轴拉、抗折及抗压强度随镀铜钢纤维掺量的提高而增大,体积掺量 时的抗冲磨性能最优;混掺 纤维、多锚点钢纤维和 镀铜钢纤维的混凝土各项性能最优。关键词水工混凝土;膨胀剂;纤维类型;协同作用中图分类号文献标识码文章编号 ()收稿日期 作者简介谭成(),男,辽宁朝阳人,工程师,主要从事水利水电工程、建筑工程及河道监理方面工作。在水利、海洋、交通、市政、桥梁等重大工程建设中,混凝土建筑材料发挥着不可替代的作用。随着人们对水利工程使用年限以及施工质量安全要求的提升,对混凝土耐久性、抗裂性、施工性和力学性能的要求越来越高,混凝土材料逐渐向功能 结构一体化、高性能的方向发展。然而,较低的水胶比和过量的胶凝材料会使得混凝土快速缺水及内部孔隙干燥加剧,内壁形成负毛细压力引起较大的收缩 。所以,收缩问题逐渐成为水工混凝土领域研究的热点。将膨胀剂掺入混凝土中,可以通过其水化反应产生内部膨胀应力达到补偿基体收缩的目的。纤维是制备高性能水工混凝土的常用材料,纤维的掺入能够有效提升其延性与韧性,同时也会增大拌和物的粘性,降低流动性,纤维限制收缩与膨胀剂补偿收缩的协同作用效益可以明显提升混凝土的抗冲磨和力学性能。鉴于此,本文全面探讨了纤维与膨胀剂对水工混凝土抗冲磨、工作及力学性能,为优化水工混凝土配比及耐久性提供一定参考。试验方法 原材料水泥:金隅翼东 级硅酸盐水泥,比表面积 ,表观密度 ,标稠用水量 ,初、终凝时间 和 ,、抗压强度 和 ,、抗折强度 和 ,筛余 。硅灰:含量 ,比表面积 ;粉煤灰:细度 ,堆积密度 ,比表面积 ,活性指数 。天然砂:含泥量 ,表观密度 ,细度模数 。减水剂:科诺 聚羧酸高效减水剂,固含量 ,减水率 。膨 胀 剂:型,平均粒径 ,可以为混凝土早中期和后期提供膨胀源。纤维:选用 纤维、多锚点钢纤维和镀铜钢纤维,主要技术参数如表。配合比设计采用膨胀剂等量替代粉煤灰,保持胶凝材料掺量不变设计混凝土配合比如表。拌和物入模后,为防止水分蒸发用保鲜膜覆盖试件表面,静置 后脱模,并用保鲜膜包裹后移入室内环境养护至规定龄期。表 试验用纤维技术参数纤维类型 纤维多锚点钢纤维镀铜钢纤维长度 直径 弹性模量 抗拉强度 断裂伸长率 密度 测试方法参照普通混凝土拌合物性能试验方法标准、混凝土物理力学性能试验方法标准、水工混凝土试验规程测定混凝土的工作性、力学和抗冲磨性能,成型脱模后标养 ,按标准流程测定各组试块的性能。其中,抗折试验、抗压试验、轴向拉伸试验和抗冲磨试验(水下钢球法)所用的试件尺寸依次为 、中间截面 及 ,抗冲磨试验仪器为 型测定仪。结果与分析 不同纤维掺量试验分析实践表明,高性能水工混凝土受纤维掺量的影响显著,为实现混凝土较好的密实填充性、高流态、高力学性能和良好的施工性能,试验探讨不同掺量的镀锌钢纤维对混凝土各项性能的影响,如图。结果表明,水工混凝土的工作性能随着纤维掺量的增加逐渐下降,掺 纤维的 组混凝土坍落度和扩展度较高为 、,继续增大掺量至 的 组混凝土坍落度和扩展度降低到 、,组的坍落度与掺 年 月第 卷 第 期 地下水o ,o.纤维的 组相比减小 ,拌合物流动度明显下降。从抗冲磨和力学性能上,混凝土 抗冲磨、抗折和抗压强度均随着纤维掺量的增加(增大至 )而增大,掺 纤维的 组混凝土 抗冲磨、抗折和抗压强度依次为 ()、。这可以归因于纤维对基体的约束作用,掺入的纤维可有效抑制裂缝的形成与发展,增强混凝土的抗冲击能力,浆体对基体的磨损破坏,提高纤维掺量能够增强其抗冲磨和力学性能。然而纤维掺量过高会造成不均匀分布,极易引起团结效应,这反而不利于混凝土施工和力学性能的提升,故纤维掺量存在一定的最佳范围。表 配合比设计编号水胶比原材料用量 纤维 水水泥粉煤灰硅灰膨胀剂砂镀铜钢多锚点减水剂 图 不同纤维掺量的各项性能图 不同纤维类型的各项性能 不同纤维种类试验分析从图()可以看出,掺镀铜钢纤维的 组混凝土具有优异的工作性能,其坍落度、扩展度可以达到 和,掺多锚点钢纤维 组和掺 纤维 组混凝土的工作性能逐渐下降。这可以归因于两端为波浪状的多锚点钢纤维提高了纤维间的摩擦力,降低了拌合物流动度,故掺多锚点钢纤维混凝土相较于掺平直状镀铜钢纤维的工作性能下降;纤维不易均匀分散且自身较软,在搅拌过程中相对于钢纤维更易团结,这大大影响了浆体的工作性能,所以掺 纤维混凝土与其它掺钢纤维组相比其工作性能较差。从力学性能上,抗折强度和抗压强度最高的是掺多锚点钢纤维的 组试件,抗折和抗压强度达到 和 ,其初裂强度和轴拉强度也最高,抗冲磨强度可以达到 (),整体表现出优异的性能。因此,多锚点钢纤维对提升高性能水工混凝土的抗冲磨和力学性能最优,这是因为混凝土基体可以与该纤维的多个锚点粘结发挥锚固作用,大大增强混凝土抗裂和力学性能 。两端为波浪状的多锚点钢纤维对于约束裂缝的形成与发展具有显著作用,与平直型镀铜钢纤维相比表现出优异的抗冲磨、抗拉和抗压性能。所以,在钢球冲磨、冲击作用下的磨蚀耗损最少,抗冲磨和抗冲击性能最高。在混凝土中掺入 纤维可以有效增强基体韧性,当混凝土受到压力破坏时产生一定的约束作用,但 纤维的弹性模量和自身强度偏低,单掺时的抗冲磨和力学性能整体低于其它组。图 纤维混掺的各项性能 纤维混掺试验分析研究分析不同组合方式下 种纤维混掺对水工混凝土抗第 卷第 期地下水 年 月冲磨、力学和工作性能的影响,试验数据如图。结果表明,单掺纤维的混凝土工作性能均高于各组混掺纤维组,但混掺纤维组的抗冲磨和力学性能较优。混掺纤维的混凝土扩展度均小于 ,纤维、多锚点钢纤维及镀铜纤维混掺的 组混凝土扩展度和坍落度只有 、,其 抗冲磨、抗折和抗压强度可以达到 ()、。两端带端钩的多锚点钢纤维与其它纤维混掺时更易发挥团聚效用,从而使得纤维分散难度增大,明显降低拌合物的工作性能。混掺纤维的协同效应在一定程度上抑制了裂缝的形成与发展,使得混凝土抗折和抗压强度明显提升,而这种协同效应还可以增加其吸能性能,限制混凝土内部裂缝的扩展,对冲磨破坏产生延缓作用,其抗冲磨性能较好。在微观力学上镀铜钢纤维与 纤维的作用机制不同,两者混掺时可以相互补充增强混凝土的韧性和强度。受荷载作用混凝土内部出现微裂缝时,微裂缝的存在使得两面承受的应力载荷转变成由镀铜钢纤维和混掺的 纤维共同承载。总体上,掺 纤维、多锚点钢纤维和 镀铜钢纤维的水工混凝土性能整体最优。结语()掺量相同情况下,单掺镀铜钢纤维混凝土的工作性能较优,多锚点钢纤维的掺入可以有效提升混凝土的抗冲磨和力学性能性能,而单掺 纤维的抗冲磨、力学和工作性能低于钢纤维。()掺膨胀剂水工混凝土的轴拉、抗折和抗压强度均随着镀铜钢纤维掺量的增加而增强,掺 纤维的抗冲磨性最优,进一步增大其掺量的提升作用下降。结合混掺试验数据,掺 纤维、多锚点钢纤维和 镀铜钢纤维的水工混凝土性能整体最优。参考文献柳艳杰,周世 杰,高凯,等 钢纤 维混 凝土抗 压性能 试验研 究 黑龙江大学工程学报 ():徐魏魏,刘中宪,赵永娇,等 钢纤维超高性能混凝土单轴受压试验研究 工业建筑 ():徐海宾,邓宗才,陈春生,等 超高性能纤维混凝土梁抗剪性能试验研究 土木工程学报():陈宝春,李聪,黄伟,等 超高性能混凝土收缩综述 交通运输工程学报 ():黄政宇,刘永强,李操旺 掺 膨胀剂超高性能混凝土性能的研究 材料导报 ():李永欢 纤维混凝土在水利水电工程的应用研究 地下水():(上接第 页)氧化塘下游浅层地下水遭到污染,污染物高锰酸盐指数分布在 氧化塘西南部和东南部,沿地下水流向由“极重污染”到“轻污染”,污染物运移距离 。根据上述分析,调查区地下水水质总体较差,浅层、中层及深层地下水质量综合类别均为类,调查区下游农灌井地下水质量综合类别为类。地下水污染范围见(图)。图 地下水污染物范围结语()多层位地下水分层监测技术方法能很好的查明不同层位地下水质量,达到监测防治目的。根据污染物识别及污染物确认结果,调查区地下水中自浅部至深部普遍存在总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物及氟化物超标,而浅层地下水中上述因子检测值浓度相比中层、深层地下水较高。依据水化学成因分析,上述因子超标原因复杂,由于地层岩性结构及沉积条件影响,水化学成因与溶滤、蒸发浓缩及吸附交替作用有关,地下水在径流过程中,将地层中矿物成分进行溶滤作用,导致溶解性总固体含量升高,由于调查区地处湖积平原区,地层中沉积有粘性土层,在溶解性总固体较高的条件下,水土中具有一定交换容量的阳离子进行吸附交替作用,使溶解性总固体、总硬度、氯化物、硫酸盐等含量升高,引起水质恶化。蒸发浓缩作用主要发生在浅层地下水含水层中,由于水头埋深浅,强烈蒸发作用使水中盐分向地表聚集,形成盐渍土,之后不同程度遭受混合作用,使浅层地下水水质进一步恶化。氟化物含量与地层矿物成分有关,同时与水解、溶滤及蒸发浓缩作用有关。()地下水中耗氧量、亚硝酸盐、氨氮存在超标现象,其主要反映地下水中有机物含量,水化学成因复杂,由于库区水体化学需氧量含量较高,且调查区湖相沉积地层中本身含有腐殖质等有机物,从而导致耗氧量值较高;调查区地表大量盐渍土分布,主要遭受蒸发浓缩作用,在溶滤及吸附交替作用下,导致浅层地下水水质极差;而中层及深层地下水主要遭受溶滤作用,水质相对浅层地下水水质较好。()在多层含水层地下水勘察过程中,需要对场地地层岩性、水文地质条件有充分的认识,根据含水层空间分布特征、含水层富水性、赋存特征等采用合理的监测技术路线,结合污染识别、污染历史调查等,精准布点,合理设计监测井结构及建井工艺,才能在多层位含水层分布的水文地质条件下取得较好的效果,从而准确的捕捉污染,提出合理的防治方案。参考文献张人权,梁杏,靳孟贵,等 水文地质学基础 北京:地质出版社 (第七版)潘国营,刘永林,甘容 大沙河流域地表地下水化学特征与演变 水资源与水工程学报 ():吴丁丁,姚震,贾凤超,等 新疆哈密彭迪地下水化学特征及成因分析 水文地质工程地质 ():第 卷第 期地下水 年 月