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聚丙烯纖維混凝土在水利工程中的應(yīng)用
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水利工程中常用的普通砼在早期硬化階段,常會(huì)因泌水和水分蒸發(fā)而產(chǎn)生塑性收縮,砼表面形成龜裂狀細(xì)微裂縫,影響結(jié)構(gòu)的整體外觀。在砼硬化后期,還會(huì)形成干縮裂縫,影響結(jié)構(gòu)的整體性。在溫度與外力作用下,裂縫將進(jìn)一步發(fā)展,從而影響砼的耐久性與抗磨性,并使鋼筋銹蝕,影響結(jié)構(gòu)安全。
1工程特性
聚丙烯纖維砼是把一定量的聚丙烯纖維加入到普通砼的原材料中,在攪拌機(jī)的拌和下,使纖維受到水泥和骨料的沖擊混和,然后均勻、隨機(jī)的分布在砼中,使砼的性能得到較大改善,使其在實(shí)際工程中應(yīng)用時(shí)具有如下性能。
1.1整體性和耐久性
聚丙烯材料的特點(diǎn)是強(qiáng)度高,比重低,加入砼后,對(duì)控制砼的龜裂效果比普通砼高出90%-100%。這是由于纖維的存在,降低了水分在砼中的遷移性,減少了泌水和體積變化,減少了砼的塑性收縮,從而減少或消除裂縫的產(chǎn)生。聚丙烯纖維不吸水,與酸堿不起作用,加入砼后,不會(huì)使原砼的水灰比及砼本身的性能發(fā)生變化,保證原砼的穩(wěn)定性。
聚丙烯纖維砼能較大地增強(qiáng)砼的柔韌性和抗沖擊性,從而增加砼的抗破碎性。試驗(yàn)表明,聚丙烯纖維砼比普通砼的抗沖擊能力提高l倍;柔韌性提高40%;抗疲勞性能增強(qiáng)3倍。
聚丙烯纖維砼在一定程度上能提高砼的抗彎強(qiáng)度。纖維含量在l%-2%的聚丙烯纖維砼抗彎強(qiáng)度是普通砼的1.8-2.3倍。
1.2抗?jié)B性能
加入聚丙烯纖維的砼抗?jié)B性能大為加強(qiáng),一般滲透性可降低33%-45%。纖維含量0.8kg/m3的砼抗?jié)B標(biāo)號(hào)可從素砼的S10提高到S14,抗?jié)B壓力可提高到25%。聚丙烯纖維砼良好的抗?jié)B性能對(duì)延緩滲水、防止潮濕和有害介質(zhì)對(duì)砼和鋼筋的侵蝕起到良好作用,從而延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物的壽命。
1.3耐磨性
聚丙烯纖維的抗拉強(qiáng)度為200-300MPa,加入聚丙烯纖維的砼抗磨能力得到很大提高。經(jīng)測(cè)試,聚丙烯纖維網(wǎng)砼的抗磨能力提高105%,壽命延長(zhǎng)l倍。
1.4經(jīng)濟(jì)性
聚丙烯纖維的價(jià)格為148元/kg,按每m3加入0.9kg計(jì),每m3纖維砼增加的費(fèi)用為133.20元。聚丙烯纖維砼與鋼纖維胭筋網(wǎng)比較的經(jīng)濟(jì)性可用65mm的耐磨、防寒、抗裂的鋪裝層為例,每㎡鋼纖維、鋼筋網(wǎng)、聚丙烯纖維砼的鋪裝層材料價(jià)格分別為29.30元、26元、9.60元,其中未計(jì)及安裝和運(yùn)輸過(guò)程中的費(fèi)用差額及施工中的工藝費(fèi)用差額,聚丙烯纖維砼的經(jīng)濟(jì)性是顯而易見(jiàn)的。
2施工要點(diǎn)
鑒于聚丙烯纖維完全不吸水,中性,聚丙烯纖維在工程中的應(yīng)用極為簡(jiǎn)便。普通砼中加入聚丙烯纖維后,無(wú)需改變砼的配合比和原配置的受力鋼筋數(shù)量。施工工藝過(guò)程也相當(dāng)簡(jiǎn)單,只需按確定的聚丙烯纖維比例數(shù)量(一般0.6-1.2kg/m3)和一定的長(zhǎng)度(一般15~19mm),摻入拌和機(jī)的砼干料(砂、石子、水泥)中,然后加水拌和4-5min。市場(chǎng)上的聚丙烯纖維一般為0.9kg一袋,可成袋投入,不打開包裝,經(jīng)攪拌后,每m3砼中隨機(jī)分布710萬(wàn)根纖維絲。應(yīng)注意,聚丙烯纖維的加入會(huì)增加砼的粘稠度,若砼澆筑時(shí)因塌落度過(guò)小,施工困難,不應(yīng)增加用水量,而應(yīng)采用塑化劑或減水劑。在砼澆筑后的收面工作中,應(yīng)采用光滑的鋼質(zhì)或鎂質(zhì)抹子,以免勾出纖維,影響收面質(zhì)量。
3在水利工程應(yīng)用中的適用性
根據(jù)聚丙烯纖維砼以上的工程特性及施工特點(diǎn),在水利工程中的應(yīng)用前景十分廣泛,根據(jù)目前的工程實(shí)際,可考慮在以下幾個(gè)方面應(yīng)用。
3.1作為面板堆石壩及砌石重力壩的防滲面板
聚丙烯纖維砼有很好的抑制砼塑性龜裂的性能,增加砼的抗?jié)B性,應(yīng)用于建筑物的防滲效果比普通砼更有效。
1999年上海市污水處理廠新建污水池,池高8m,周長(zhǎng)200多m,不設(shè)沉降縫,采用C25S8聚丙烯纖維砼,澆搗3000多m3,三四個(gè)月整個(gè)污水池未發(fā)現(xiàn)一條裂縫,防滲效果良好。
浙江省廣泛采用面板堆石壩及砌石重力壩作為擋水建筑物,防滲面板是關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。采用聚丙烯纖維砼澆筑防滲面板與普通砼相比,同樣的水力坡降,采用聚丙烯纖維砼可減少防滲面板厚度。
3.2作為橡膠壩寬頂堰下游側(cè)的耐磨面層
橡膠壩是低水頭擋水過(guò)水建筑物,在浙江省比較常見(jiàn)。在橡膠壩運(yùn)行中,橡膠壩寬頂堰下游側(cè)的堰面,由于在運(yùn)用過(guò)程中經(jīng)常受到壩體泄流時(shí)砂石和壩袋塌落時(shí)壩袋的磨擦,下游側(cè)的堰面極易損壞變糙,從而降低壩袋壽命。聚丙烯纖維砼具有良好的耐磨性能,可用于橡膠壩寬頂堰下游側(cè)的堰面。
二灘水電站將聚丙烯纖維砼用于泄洪洞表面,抑制了砼龜裂,提高了砼的耐磨性能,取得良好效果。三峽大壩120棧橋鋪墊層用聚丙烯纖維砼代替鋼纖維砼,聚丙烯纖維摻入量為0.7kg/m3砼,砼標(biāo)號(hào)C50,水灰比0.33,塌落度5-7cm,水泥用量485kg/m3,用水量160kg/m3,砂率45%,外加劑102%,滿足工程要求。若橡膠壩下游堰面采用聚丙烯纖維砼,耐磨性也能大大提高,并延長(zhǎng)了橡膠壩袋壽命。
3.3用于噴射砼工程
聚丙烯纖維砼有較高的粘稠性,由于纖維的潤(rùn)滑作用,噴射流初速度為其他砼的70%-80%,因而可大大減少噴射砼回彈量,一般只有4%~5%,比普通砼的25%回彈量減少5倍多,從而可形成更厚的噴射砼層。香港新隧道工程用聚丙烯纖維噴射砼厚度75mm,用于加固洞門仰坡和作洞內(nèi)初期支護(hù)非常成功。由于纖維的潤(rùn)滑作用,泵送容易,不損設(shè)備。加上聚丙烯纖維砼的抗龜裂與抗?jié)B透性,用于隧道的噴錨支護(hù)、護(hù)坡的噴錨支護(hù)、筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力繞絲噴漿護(hù)面等將是十分有效的。
4結(jié)論
鑒于聚丙烯纖維砼的工程特性,作為非受力的次要增強(qiáng)筋,可廣泛應(yīng)用于水利工程結(jié)構(gòu)的各種相應(yīng)部位,且施工簡(jiǎn)單方便,經(jīng)濟(jì)性好,建議在水利工程中推廣使用。
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