放水河渡槽高强度纤维混凝土的力学性能研究

2010-03-15李朝

湖南水利水电 2010年6期

李朝

（中国水利水电第八工程局有限公司长沙市 410007）

渡槽是南水北调大型水利工程中跨越河流和低洼地段的重要建筑物，如何提高渡槽混凝土的抗渗和抗冻等性能是一个重要课题，该课题在北方严寒气候条件下尤显重要。经过多年的推广，纤维混凝土在国内多个各类工程中得到了成功的大面积应用，微细纤维掺加在混凝土中，对裂缝的阻裂作用明显，能提高混凝土抗渗和抗冻等性能，但在高强混凝土中掺入纤维后混凝土其他力学性能如何变化有待研究。下面就放水河槽身C50混凝土使用UF500纤维材料展开研究。通过试验，研究掺入UF500纤维对高强度混凝土力学性能的影响，确定合理的纤维掺量。

1 混凝土配合比及材料

1.1 混凝土配合比

混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

1.2 材料

水泥为河北鼎兴p.o42.5普通硅酸盐水泥。

粉煤灰为河北西北坡电厂一级粉煤灰。

粗骨料为河北唐县石料厂碎石、石灰岩加工生产的人工骨料，中石粒径为（15～25）mm，小石粒径为（5～15）mm。

砂为河北曲阳沙河天然砂，细度模数为2.9。

减水剂为北方兴外加剂厂生产的羧酸类高效减水剂。

纤维素纤维为美国生产的新一代高性能纤维，试验过程中纤维掺量U分别为0、0.9kg/m2、1.1kg/m2、1.3kg/m2和1.5kg/m2。

2 基本力学性能

为了研究纤维掺量混凝土强度的影响，本试验设了基准混凝土以及不同纤维掺量的纤维混凝土试件，纤维掺量、试件编号和试件数量列表于表2～表4。

表2 抗压强度的试件数量和纤维掺量 kg/m3

表3 劈裂抗拉试验的试件数量和纤维掺量 kg/m3

表4 抗弯强度实验的纤维掺量和时间数量 kg/m3

试件浇筑24h后拆模，标准养护室养护28d。依照《水工混凝土试验规程》试验方法，测定各组混凝土试件28d的抗压强度，抗弯强度和劈拉强度。

2.1 抗压强度

各组试件28d抗压强度的平均值见表5。

表5 纤维混凝土抗压强度 MPa

与基准混凝土相比，纤维混凝土抗压强度均有不同程度地提高，且纤维掺量增加，强度提高越大，但表5显示，当掺量大于1.1kg/m3时，混凝土强度提高不再明显。

2.2 抗弯强度

各组试件28d抗弯强度见表6。

表6 纤维混凝土抗弯强度

从表6判断分析，相对于基准混凝土，纤维混凝土的抗弯强度都有提高1.1kg/m3和1.3kg/m3，掺入的纤维混凝土抗弯强度提高值基本相近，1.5kg/m3掺量的纤维混凝土抗弯强度在提高值很小，基本可略不计，相对于抗弯强度来说，选用1.6kg/m3的掺量为合理掺量。

2.3 劈拉强度

各组试件28d劈拉强度的平均值见表7。

相对于基准混凝土，纤维混凝土的劈裂抗拉强度都得到了提高，但当掺量超过1.1kg/m3时，纤维混凝土劈裂抗拉强度提高值开始缩小。

表7 28d劈拉强度的平均值 MPa

2.4 机理分析

传统合成纤维属于憎水性纤维，搅拌和运输过程中十分容易缠绕和结团，不但使合成纤维失去作用而且纤维结团会造成混凝土出现大量有害孔洞，影响混凝土的力学性能。UF500纤维素纤维卓越的亲水性能使纤维单丝能均匀分布在混凝土中，分散性极好，在混凝土搅拌和运输时纤维均处于稳定的分散状态，无任何缠绕成团出现。因此相对于传统合成纤维，纤维素纤维分散更均匀，提高了混凝土力学性能。

促进水泥水化完全，显著提高混凝土密实度和耐久性纤维素纤维内含独有空腔，能够在水化初期储存部分自由水，随着混凝土中水泥水化不断消耗水分，水泥颗粒水化的内驱动力就从会吸收超纤维空腔内的自由水，吸附在纤维中的水开始稳步释放，促进水泥完全水化反应，使混凝土孔隙率大大降低，大幅度提高混凝土密实度。

通过增强混凝土与纤维间的握裹力，大幅提高混凝土抗裂性能，混凝土和纤维间的握裹力越强，纤维阻止微裂缝产生越明显，混凝土的抗裂性能也越强。纤维的亲水性使水泥水化产物沿着纤维表面生长，从而使纤维表面附着大量的水泥浆体颗粒，大幅度增强混凝土与纤维间的握裹力。