浅析聚丙烯纤维混凝土在水利水电工程上的应用探索.doc

浅析聚丙烯纤维混凝土在水利水电工程上的应用探索摘要摘要：国外从70年代末以来,对聚丙烯纤维混凝土进行了大量的 试验探究，并在军事、房屋、交通、水利等工程中得到广泛应用我国则在 80年代中期开始引进应用探究成果和工程经验证实，聚丙烯纤维能减少 和防止混凝土在塑性和初期硬化阶段的收缩裂缝产生，从而进步防渗、抗冻、 抗冲磨等性能木文先容聚丙烯纤维混凝土的性能和它在水利水电工程中 广泛的应用远景室内试验和工程实践证实,在混凝土中加进较低掺量水平的聚丙烯纤 维，即可减少或防止混凝土在浇筑后早期硬化阶段，因泌水和水分散失而引 起塑性收缩和微裂纹;也可以减少和防止混凝土硬化后期产生干缩裂缝及 温度变化引起的微裂纹，从而改善混凝土的防渗、抗冻、抗冲磨等性能同 时由于大量纤维随机分布于混凝土中，使混凝土结构的变形能力、初裂后残 余强度、韧性都冇一定进步此外聚丙烯纤维混凝上具有的较高粘稠性， 可改善喷射混凝土的性能和降低回弹所有这些特征使聚丙烯纤维成为国 外20多年來进步混凝土性能的一项重要办法80年代中期以来聚丙烯纤维混凝土在我国土建和交通行业逐渐得到 应用，如高层建筑的地下室、污水处理厂的污水池、游泳池、粮食仓储库、 大型停车场、高速公路路面、高架路路面、桥梁路面展装层、机场停机坪、 码头货物料场，以及在地下洞室、护坡等工程应用喷射聚丙烯纤维混凝土。

由于其良好的性能价格比以及和常规混凝土相同的施工方法，使聚丙烯纤 维混凝土得到广泛应用1聚丙烯纤维混凝土的性能聚丙烯纤维作为一种次耍的混凝土加强系统（即不代替受力钢筋），对混 凝土的性能产生如下影响摘要：1.1聚丙烯纤维抑制了混凝土的塑性收缩微裂纹的产生，进步了建筑 物的整体性、耐久性和使用寿命当聚丙烯纤维加进量为混凝土体积的0. 1 %左右时，不会进步混凝土 的静力强度（抗压、抗拉、抗折等）/旦对韧性有明显影响试验表明能较大 地增强混凝土的抗冲击性和柔韧性圣荷西大学的试验表明,聚丙烯纤维混 凝土比普通混凝土抗冲击能力进步一倍，柔韧性大约进步40%,抗疲惫性 能增加3倍lanning根据己进行的很多试验综合得出结果摘耍:聚丙烯纤 维混凝土按开裂后整体性衡量的韧性指标（astm方法）可进步15 %,抗冲 击力增加10%〜50% o也有试验结果表叽按astm方法,韧性指标中的 ilOO 口J进步70 % o soroushian等人用破坏圆柱试样的落锤次数表示抗冲 击性，含量0.1%的聚丙烯纤维混凝土是对照素混凝土的约2. 9倍,南京水 科院的落锤试验的对比结果则更好在浙江大学进行的抗折试验表明，掺量 为0.1%的聚丙烯纤维混凝土尽管不进步抗折强度，但在试验过程中表现 为开裂Z后,仍能维持整体，不继续加载，试样就不破坏，这说明聚丙烯纤维 混凝土有很好的韧性。

表征韧性的另一个性能是抗破碎性在抗压试验中, 素混凝土压裂后马上完全破碎,而聚丙烯纤维混凝土在达到最大荷载后仍 不碎裂，这对受地震破坏的建筑结构中职员和财产平安有很大意义此外， 由于大量的聚丙烯纤维（每立方米大约千万根的量级）随机分别于混凝土 中,使混凝土的变形性能有明显进步根据国外报道，高掺量的聚丙烯纤维 混凝土极限拉伸应变可达到普通混凝土的2~3倍冇人指出，为进步混凝 土韧性，以及用于预制、喷射混凝土时，需耍较大的聚丙烯纤维含量一项 按照astm C1018进行的试验表明,聚丙烯纤维达0.5 %体积含量时，残余强 度系数可达到和钢纤维含量为20 kg/ m3的水平相当1.3进步了混凝土的抗渗性圣荷西大学的试验表明含量0.5 kg/m3的聚丙烯纤维混凝土渗水性减 少33 %〜44 %,而含量1 kg/ m3的聚丙烯纤维混凝土则可减少79 %有 人综合了己有的资料，得出纤维混凝土可减少渗透性33 %〜45 %的结论同济大学混凝土材料探究国家重点 试验室的试验得出，聚丙烯纤维含量0. 8 kg/ m3的混凝土抗渗标号从素混 凝土的s 10进步到s 14 o体积含量0.05%的纤维砂浆,抗渗压力进步 25% o聚丙烯纤维混凝土抗渗性好对防止和延缓渗水、湿润气体和氯化 物等有害介质对混凝土的腐蚀和对受力钢筋的锈蚀起了良好功能,可延长 建筑物的使用寿命。

1.4进步混凝土的抗冻融次数混凝土的抗冻融性能是耐久性的表征，也是严冷地区混凝土所必须的 性能耍求以往工程上为满足抗冻指标耍求，除用引气剂外,往往增加水泥 用量，进步混凝土标号,这使混凝土更易开裂，对抗冻不利南京水科院对C25 混凝土，按快冻法进行试验结果表明，普通混凝土抗冻标号为100,而纤维 掺量大于或即是0.9 kg/m3的，抗冻指标都大于或即是200次冻融循环试 验后，通常混凝止失重较小，而相对转动性模数下降较多，说明混凝止冻融 破坏主要是混凝土内部产生微裂缝造成，而掺进聚丙烯纤维有助于抑制和 减少微裂缝的产生和发展,从而进步了混凝土的抗冻性，可见聚丙烯纤维在 进步混凝土的抗冻性上功能十分明显1.5进步海水环境下的耐腐蚀性混凝土浸没在海水中时，由于海水和水泥及骨料中某些离子的化学反 应,表面将形成水镁石、文石（碳酸钙）等物质某些骨料中的部分离子溶丁 水中，使混凝土表面软化，降低混凝土抗渗性和抗电解性，加上长期的干湿循 环，使混凝土丧失耐久性，导致混凝土的破坏oabdul -hamid等人对现场条件 的模拟试验表明/本积含量0.2%的聚丙烯纤维混凝土表面结垢时间比素 混凝土延长1〜10倍。

普通混凝土经海水浸泡的试样表面成片状，很轻易 剥落，而聚丙烯纤维混凝土表面则未呈分离状根据x光衍射试验,衡量混 凝丄腐蚀程度的石膏和文石物质天生数目，聚丙烯纤维混凝土仅为普通混 凝土的38%和58%探究者以为掺进聚丙烯纤维是降低海水对混凝土腐 蚀的有效办法西班牙的一项探究表明聚丙烯纤维混凝土降低了内部气体 循环，由此延缓了海水腐蚀1.6聚丙烯纤维混凝「I:的弯曲强度1. 7进步了混凝土的耐磨损性能根据挪威政府公路试验室的模拟抗磨损试验，加进聚丙烯纤维的混凝 土，抗磨损能力进步52 %,并减少材料损耗34.4%美国陆军工程师团crd <52 -54方法测试结果，聚丙烯纤维混凝土进步抗磨力105 %,相同条件下 加进聚丙烯纤维可延长混凝土寿命一倍南京水科院和长江科学院分别用 不同的试验方法进行的抗冲磨试验，也证实聚丙烯纤维混凝土有较好的抗 磨损性能聚丙烯纤维混凝土的其他性能，如摘要:防止粗骨料在施工震动 时的沉降，进步表面强度;由于聚丙烯纤维熔点为160 C-170 C,在发生火 灾高温吋能融化形成气体通道，防止高强度混凝土（60 -100 mpa）的爆炸, 因此有人以为，聚丙烯纤维混凝土可作为高层建筑防火混凝土。

此外，国外 为缩短老化建筑物的修补时间而广泛采用了快速硬化混凝土（硬化时间lh 以内），其水泥用量增加较多,使混凝土脆性加大采用聚丙烯纤维混凝土能 较好的弥补这一不足2聚丙烯纤维混凝止的经济性在混凝土中掺进聚丙烯纤维极为方便，无须改变原设计混凝土的配比， 也不取代原设计的受力钢筋一般情况下每立方米现浇混凝土掺进量为0. 6〜1.2 kg,纤维长度为15-19 mm聚丙烯纤维在加进干料（砂石、水泥 等）Z后，加水Z前投进搅拌时间视搅拌方法、搅拌机种类而异，可以和不 加聚丙烯纤维搅拌吋间基本相同或稍稍延长此外，聚丙烯纤维总表面积很 大，它的表面要吸附水，因此聚丙烯纤维的加进会增加拌合料的粘稠度，降低 塌落度假如发现施工浇注有困难时，一般不宜增加用水量，而应采用塑化 剂或减水剂由于聚丙烯纤维能保持水分，泌水速度减缓，因此收面工序宜 适当推后，应比普通混凝土更接近终凝时再进行此外，由于聚丙烯纤维混 凝土具有较大的粘稠性,比普通混凝止更适合于滑模施工对于预制混凝止 制品施工时，聚丙烯纤维混凝土也可减少搬运时的损坏4聚丙烯纤维混凝土在水利水电工程中的应用探索根据聚丙烯纤维混凝土的特性，它在水利水电工程中主要可以用于下 列结构部位。

4. 1主厂房水下部分在水电站主厂房的水下结构中，普通混凝土通常因微裂纹或开裂而降 低了防渗能力，使主厂房下层十分湿润，影响机电设备正常运行而聚丙烯 纤维混凝土因其抗渗能力强，目前在上海等地高层建筑的地下室有大量成 功应用经验，可鉴戒用以解决水电站主厂房下层湿润新题目抑制了混凝土 的塑性龟裂，乂进步了抗渗性能，对薄壁结构尤为适宜4.2板式混凝土结构滑模施工的堆石坝面板也是一种板式结构,而长度达数十米至一、二百 米,易产生裂纹堆石坝面板是挡水结构，过多的裂纹引起渗漏水量过大，对 工程有害聚丙烯纤维混凝土能减轻或防止开裂从而进步防渗性能,是非凡 适宜应用于面板浙江白溪水库工程，堆石坝坝高124m,在作了大量室内 试验和在现场工艺性试浇基础上，在2000年9-12月份进行二期面板聚 丙烯纤维混凝丄的滑模施工，检查发现裂缝较未掺聚丙烯纤维的…期面板 少得多，而且宽度较细蓄水至高水位后大坝实测渗漏量仅为5-61/s o4.3喷射混凝土工程的应用聚丙烯混凝土冇较高的粘稠性，很适宜用于喷射混凝土喷射聚丙烯纤 维混凝土和喷射普通混凝土比较，能明显减少回弹损失,增加一次喷射厚度, 进步生产能力，降低总本钱，并能防止产生裂纹。

可用于隧道支护、护坡工 程、建筑物穹顶和拱桥底部修补喷浆、水池及筒仓结构的预应力绕丝喷浆 护面等1985年瑞典国家探究院对掺加钢纤维、聚丙烯纤维的喷射混凝 土和普通喷射混凝土作了对比试验结果加纤维的喷射混凝土比不加的抗 压强度高34 %,抗弯强度高46% o在矿山加固等工程应用中实际回弹量 为摘要:没加纤维为25 %,加钢纤维为：L0 % o加聚丙烯纤维为4%〜5% o morgan等人的试验，采用含量为4〜6 kg/ m3的聚丙烯纤维高粉煤灰（占 胶凝材料的63 %左右）混凝土进行喷射混凝土试验，从喷射层上取的试样 试验结果，不掺聚丙烯纤维的混凝土基本上不具备韧性指标,而两种含量的 聚丙烯纤维混凝土则均能达到astm试验规范要求，开裂后的残余强度系 数达到 0. 33—0. 55 o4.4高速水流功能的部位水利水电工程的溢流面、泄洪洞、消力池、溢洪道泄流槽、闸门门槽 以及排沙孔道都有高速水流冲洗、磨损和气蚀新题目，非凡当水流中掺有泥 沙时，新题目更为突出为进步这些部位的混凝土抗冲蚀磨损能力，以往的 工程办法是釆用高强度混凝止、硅粉混凝十•和钢纤维混凝十•等不但工程 造价高，而且高强度混凝土、钢纤维混凝土和硅粉混凝土施工都较困难。

利 用聚丙烯纤维混凝土良好的抗冲磨性能用于上述工程部位是公道的选择， 还可以不必进步混凝土标号4.5工地路面和桥梁工程国内外在公路工程中采用聚丙烯纤维混凝土已有大量成功实例，工程 建设实践证实聚丙烯纤维混凝止冇良好的抗磨损和抗冲击疲惫特征，在高 速公路上应用比普通混凝土路面使用寿命增加5〜10年大中型水利水电 工程往往要装备重型或超重型汽车，对现场施工道路路面要求抗磨、抗裂、 抗冲击普通混凝土路面耐久性差，而钢纤维混凝土路面造价甚高而且还 有磨损轮胎新题目用聚丙烯纤维混凝土展设路L虬可以满足大中型水利水 电工程在施工期的施工运输要求天荒坪抽水蓄能电站后期用聚丙烯纤维 混凝土浇筑了数千平方米的厂区道路，至今未发现开裂小湾水电站也己 开始大量用于混温骤降到・8 C,过后检查和通车运行后检查未发凝土路面工程中现任何开裂三峡大坝120栈桥展垫层已用聚丙烯室内试验和工程实践证实,在混凝土中加进较低掺量水平的聚丙烯纤 维，即可减少或防止混凝土在浇筑后早期硬化阶段，因泌水和水分散失而引 起塑性收缩和微裂纹;也可以减少和防止混凝土硬化后期产生干缩裂缝及温度变化引起的微裂纹，从而改善 混凝土的防渗、抗冻、抗冲磨等性能。

同时由于大量纤维随机分布于混凝 土中，使混凝土结构的变形能力、初裂后残余强度、韧性都冇一。