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1、聚丙烯纤维对水工混凝土耐久性的影响第23卷第3期2005年6月河南HENAN科学SCIENCEVo1.23No.3Jun.2005文章编号:1004—3918{2005}03—0415—04聚丙烯纤维对水工混凝土耐久性的影响黄功学1'2,赵军2,高丹盈2(1.华北水利水电学院水利职业学院,河南郑州450008;2.郑州大学,河南郑州450002)摘要:首先探讨了水工混凝土存在的影响其耐久性的开裂,冻融,碳化,磨损等1"*-1题,然后结合国内外关于聚丙烯纤维混凝土的试验研究成果,分析了聚丙烯纤维对水工混凝土抗裂,抗渗,抗冻,抗冲击,抗疲劳,抗冲耐磨和抗碳化等性能的改善作用,分析结果
2、表明,聚丙烯纤维可有效提高混凝土的耐久性能.关键词:聚丙烯纤维;水工混凝土;耐久性中图分类号:TU528.572文献标识码:A水工建筑物是在静水或动水作用的条件下工作,水的渗入,冲刷,冻融,侵蚀等使水工建筑物的工作环境比其他建筑物更为恶劣和复杂.在水利枢纽工程中,包括大坝,溢洪道,导流隧洞等各种建筑物,不仅要承受正常的使用荷载,还要承受环境水的各种作用,对于这些建筑物,采用一定方式改善水工混凝土性能,提高混凝土的耐久性,往往比保证其强度具有更重要的意义.而在水工混凝土掺入适量的聚丙烯纤维是使水工混凝土高性能化的有效方式.1聚丙烯纤维的基本性能.聚丙烯纤维是一种新型增强改性纤维,一
3、般分为单丝和网状两种规格,常用的单丝纤维长度5mm--50mm,密度约为0.91g/cm3,熔点168℃,燃点580'U,抗拉强度为400～650MPa,弹性模量5000～7000MPa,不吸水,导热性低,抗酸碱性极高,属于无毒材料.它与水泥基相容性好,能经受水泥水化物侵蚀而自身不受损害,耐久性能好.同常用的钢纤维相比,聚丙烯纤维的特点是细度高,比表面积大,数量多(如用o.9kg/m3的掺量,可获得700万～3000万根纤维单丝),在混凝土中的纤维间距小,搅拌均匀时可在混凝土内部构成均匀的乱向支撑体系.2影响水工混凝土耐久性的因素2.1裂缝水工混凝土结构一般体积较大,混凝土在硬化
4、过程中产生大量的水化热,产生温度应力,而此时混凝土抗拉能力较弱,容易产生裂缝.特别是混凝土浇筑初期外界气温骤降时,裂缝大而深.同时混凝土还会因收缩而产生裂缝.严重的裂缝将会引起如渗漏及渗漏溶蚀,环境水侵蚀,冻融破坏和钢筋锈蚀等病害的发生,这些病害与裂缝形成恶性循环,对水工建筑物的耐久性产生极大危害.2.2冻融循环冻融破坏是硬化后的混凝土在浸水饱和或潮湿状态下,温度正负交替变化使其内部孔隙水冻结膨胀,融解收缩产生疲劳应力,导致混凝土由表及里逐渐削蚀的破坏现象.经调查,我国有22%的大坝和21%的中小型水工建筑物存在冻融破坏问题.大坝混凝土的冻融破坏主要集中在华北,东北和西北地区,而
5、中小型水工建筑物冻融破坏问题较为广泛的存在.2.3碳化与钢筋锈蚀空气中的co2和水中的碳酸组分都有可能与混凝土中水泥水化物发生反应,使之碳化.碳化使混凝土表面收缩而出现裂缝,裂缝的出现又使空气的co2等更容易进入混凝土内部,加速碳化.碳化使?昆凝土中性化,导致钢筋失去保护膜而产生锈蚀,使结构承载力部分或全部丧失.收稿日期:2005—04—01基金项目:河南省教育厅自然科学基金(20025600004)作者简介:黄功学(1963一),男,河南固始人,华北水利水电学院水利职业学院高级讲师,郑州大学在读工程硕士生通讯作者:赵军(1971一),男,河南漯河人,郑州大学土木工程学院副教授,
6、博士.?.———416?--——河南科学第23卷第3期2.4磨损和气蚀磨损和气蚀破坏是水工泄水建筑物常见的病害,是水流冲刷造成的两种不同破坏形式,在隧洞,泄洪道等建筑物中,受到高速水流和泥沙的冲刷,对混凝土产生磨损.同时当高速水流在凸凹不平的混凝土表面流过时,将产生大量气泡,气泡爆炸时可产生上千兆帕的冲击力.因此受冲刷磨损和气蚀部位的混凝土极易损坏.据调查,我国大型混凝土坝工程中有近70%存在冲刷磨损和气蚀破坏,在黄河干流上的大型水电站和西南地区的一些水电工程,泄水建筑物的冲刷磨损和气蚀破坏已是主要病害.3聚丙烯纤维在水工混凝土中的作用3.1提高水工混凝土的抗裂能力3.1.1在混
7、凝土塑性收缩过程中的阻裂作用混凝土的塑性收缩一般发生在混凝土浇筑后2h～lOh,其原因是水泥和水的急剧水化反应及水分蒸发.因混凝土的早期抗拉强度较低,塑性收缩将产生裂缝.在混凝土中掺人聚丙烯纤维后,首先是因表层材料中存在纤维,使其失水面积有所减小,水分迁移较为困难,从而使毛细管失水收缩形成的毛细管张力有所减少;其次是聚丙烯纤维在混凝土中乱向分布,将收缩能量分散到具有高抗拉强度而弹模相对较低的纤维单丝上,从而有效地抑制了混凝土微细裂缝的产生和发展;三是大量纤维形成的支撑体系,有效地
