纤维素纤维在水工抗冲磨高性能混凝土中的应用.pdf
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1、水利水电技术第4 2卷2 0 1 1年第1 0期 纤维素纤维在水工抗冲磨高性能 混凝 土 中的应用 李 光 伟 ( 中国水 电顾 问集 团成都勘测设计研究院 ,四川 成都 6 1 0 0 7 1 ) 摘 要 :结合水 电工程的实际,开展 了纤维素纤维在水工抗冲磨 高性能混凝土中应用的试验研 究。试 验研 究结果表 明:在水工抗 中 磨 高性能混凝土中掺入部分纤维素纤维,-q - 有效地增加混凝土的体积 稳定性 ,改善混凝土抵抗温度裂缝的能力,提 高水工抗冲磨 高性能混凝土的抗冲磨能力。 关键词 :纤维素纤维;抗冲磨 ;高性能混凝土;体积稳定性 ;抗裂能力 中图分类 号 :T V 4 3 1 3
2、 文献标识码 :B 文章编号 :1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 1 2 4 0 4 Appl i c a t i on o f c e l l ul o s e fibr e t o hi g h pe r f o r ma nc e hy d r a ul i c a b r a s i o n- r e s i s t a n c e c o nc r e t e L I Gu a n g we i ( H y d r o c h i n a C h e n g d u E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o
3、n ,C h e n g d u 6 1 0 0 7 1 , S i c h u a n , C h i n a ) Ab s t r a c t :B a s e d o n t h e h y d r o p o w e r e n g i n e e r i n g p r a c t i c e,a n e x p e r i me n t a l s t u d y i s ma d e o n t h e a p p l i c a t i o n o f c e l l u l o s e f i b r e t o h i g h p e r f o r man c e hy
4、d r a u l i c a b r a s i o n r e s i s t a n c e c o nc r e t e Th e s t u d y r e s u l t s h o ws t ha t i f mi xi n g a p a r t o f c e l l u l o s e fib r e t o t h e h i g h pe rfo r ma n c e hy d r a u l i c a br a s i o n r es i s t a n c e c o n c r e t e,n ot o n l y t h e v o l u me s t a
5、 b i l i t y o f c o n c r e t e c a n be e f f e c t i v e l y i n c r e a s e d,b u t b o t h t h e t e mp e r a t u r e c r a c k i n g r e s i s t a n c e a n d t h e a n t i e r o s i o n p e rf o r ma n c e o f t h e c o n c r e t e c a n a l s o b e e n h a n c e d Ke y wor ds: c e l l ul o s
6、 e fib e r ;a nt i e r o s i o n;hi g h pe rfo r ma n c e c o n c r e t e;v o l ume s t a b i l i t y;c r a c k i n g r e s i s t a n c e 1 引言 高速含沙水流对水工混凝土建筑物过流面的冲刷 磨损 、空蚀作用会导致表层混凝土大面积剥蚀 ,严重 的则会引发灾难性 事故 J 。因此 高速挟沙 、石水流 对水工泄水建筑物的冲磨破坏是水 电工程运行 中主要 的病害之一。随着西部大开发和西电东送发展战略的 实施 ,我国要兴建一批 以溪洛渡水电站和锦屏一级水 电站为代表
7、的大型高水头水电站 ,其泄流最大流速可 达 5 0 m s ,因而对水工泄水建 筑物混凝土抗冲磨材 料的综合性能提出较高的要求 ,它既要求混凝土具有 优 良的抗冲耐磨能力 ,同时又要求混凝土具有较高的 抗裂能力 。 自2 1 世纪 8 0年代 以来 ,硅粉混凝 土以其优越 的抗 冲磨和抗 空蚀 能力而在水 电工程 中得 以大量应 用。但采用硅粉配制 的水工抗 冲磨高性能混凝土普 遍存在着塑性 收缩 变形和干缩变形较大 、发热量较 1 2 4 高 的不足 ,在工程 中常常 出现 易开裂 的现 象 ,从 而影响其抗冲耐磨能力 的发挥 。如何提高水 工抗冲 磨高性能混凝土 的抗裂能力 ,减少 因为开
8、 裂而引起 高性能混凝土抗 冲磨特性差是 目前水 电工程 中亟需 解决 的问题 。 大量的室内试验 以及工程实践证明:在硅粉混凝 土 中掺入一部分的纤维 ,既可减少或防止在混凝土浇 筑后早期硬化阶段 ,因泌水和水分散失而引起塑性收 缩和微裂缝 ,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 的微裂缝 ,使得复掺纤维成 为国内水电工程提高抗冲磨高性能混凝土抗裂性能 的 一 项重要措施 。目前关于合成纤维 、金属纤维和无机 非金属纤维对水工抗 冲磨高性能混凝土性能影响的研 究较多 J ,但关于纤维素纤维在水工抗 冲磨高性能 收稿 日期 :2 0 1 0 - 1 2 2 4 作者简介
9、:李光伟 ( 1 9 6 2 一 ) ,男,湖北 武汉人 ,教授 级高级工程 师。 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r En g i n e e ri n g V o 1 4 2 No 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 昆 凝土中的应用还鲜见报道 。本文结合水 电站 的实 际,对纤维素纤维在水工抗冲磨高性能混凝土中的应 用进行试验研究。 2 混凝土原材料基本性能 试验采 用 中热 4 2 5级水 泥 ,水 泥 的 比表 面积 为 3 6 4 m k g ,2 8 d的抗 压强度 为 5 2 6
10、 MP a 。硅粉 的 S i O 含量为 9 6 0 ,活性指数为 1 2 5 。采用石 英砂岩 人工骨 料 ,骨料 的表 观密 度为 2 7 0 g e m。 , 人工砂 的细度 模数 为 2 8 9 。采 用上 海罗 洋新 材 料 科技有 限公 司提供 的 由美 国 B u c k e y e公 司研 发 的 U F 5 0 0纤维 素纤 维 ,其基 体 取 自一 种 经基 因改 良 的特殊 硬木 树 种 ,通 过 专业 的生物 技 术 、提 纯 工 艺制成 。纤维 产品外观照片见 图 l ,纤维 的基本 性 能见表 1 。 圈 一 ( a ) U F 5 0 0 纤维索纤维 ( b )
11、 聚丙烯纤维 图 1 纤 维产 品外观照片 表 1 纤维的基本性 能 密度 抗拉强度 弹性模量 断裂延伸率 纤维品种 g c m 一 MP a GPa 纤维素纤维 1 1 0 9 9 4 8 5 1 O 聚丙烯纤维 0 9 1 5 0 0 3 9 1 5 3 纤维素纤维对混凝土性能影响的试验成果 3 1 纤维素纤维对混凝土抗冲磨特性的影响 通常将水流中的介质分为悬移质和推移质 ,一般 情况 ,悬移质泥沙在水流中呈悬浮状运移 ,大粒径的 推移质沙石则沿建筑物表面呈滑动或滚动 、或跳跃状 态运移 ,对建筑物的破坏力 最大。本次试 验分别 采 用水工混凝土试 验规程 ( D L T 5 1 0 0
12、-2 0 0 1 ) H 中规 定 的圆环法和水下钢球 法 ,测定 在模 拟悬移质 和推 移质条件下掺纤维素纤维混凝土的抗冲磨特性。掺 纤维素纤维混凝土抗冲磨特性试验结果见表 2 ,其 中硅粉掺量为 8 ,纤 维素纤维 和聚丙烯 纤维 的掺 量均为 0 9 k g m 。 圆环法所采用 的磨损介质 为石英砂 ( 粒径 为 0 5 1 0 mm) ,模拟水流流速为 1 4 3 m s ,通过挟沙水 水利水电技术第4 2卷2 O 1 1年第 1 0期 李光伟纤维素纤维在水工抗冲磨高性能混凝土中的应用 流对混凝土内环侧面的冲刷 ,从而评价混凝土的抗冲 磨特性。试验结果表明:掺纤维素纤维可以提高混凝
13、土抗冲磨强度 1 8 5 ,与掺聚丙烯纤维相 比,混凝 土的抗冲磨强度提高了 1 3 7 。 表 2 纤维素纤维对混凝土抗冲磨特-陛的影响 抗 冲磨强度h ( k g m ) 。 纤维品种 圆环法 水下钢球法 1 8 9 7 4 0 纤维素纤维 2 2 4 9 6 1 聚丙烯纤维 1 9 7 7 4 9 水下钢球法是模拟高速挟沙水 流对混凝土过流 面的冲磨 破坏 ,其磨 损介质 为 7 0个不 同粒径 的钢 球 ,通过在水 流速度 为 1 8 m s ,钢 球最大 跳跃 高 度为 8 0 mm的条件下对混凝土表面的抗冲磨 特性进 行评定 。试验结果表 明 :掺纤维 素纤维可 以提高混 凝土抗
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