抗裂抗渗（共3篇）
抗裂抗渗 篇1
随着国内工业迅速发展, 城市化进程也大跨步前进, 据《2012中国新型城市化报告》, 我国城市化率已突破50%, 超过100万人口的城市达142个, 1 000万以上人口的城市有6个, 其中北京、上海人口更是超过2 000万, 堪称特大城市。为解决城市居住、交通、环境日益突出的矛盾, 把地下空间作为人类在地球上安全舒适生活的“第二空间”进行开发利用。如地下车库、地下交通、地下商业设施、城市地下综合防灾建设、市政管线设施、地下仓储、高层建筑地下空间等。
地下空间与地面空间不同之处在于, 地下空间常年受地下水环境的影响, 引起地下结构开裂、渗漏及腐蚀问题。本文针对此介绍了地下空间及隧道混凝土结构抗裂抗渗新材料:纤维素纤维。
1 纤维素纤维简介
纤维素纤维是一种天然原生纤维素纤维, 取材于高寒地区经基因改良的针叶木树种, 主要成分为纤维素 (符合ICC-AC217中关于原生纤维素纤维的定义和要求) , 纤维素的分子式为 (C6H10O5) n, 是由D-葡萄糖以β-1, 4糖苷键组成 (见图1) 。纤维素纤维的化学构成决定了其分子链上存在大量羟基, 使得与水分子之间存在较强的氢键作用, 在混凝土中可以与基体产生更强的粘结力、握裹力, 同时由于具有良好的亲水性, 在混凝土中更易分散且施工性能较好。
纤维素纤维一般提纯于树材或经济作物, 但并不是所有的纤维素纤维都适用于混凝土, 适用于混凝土的纤维素纤维应该具有较好的耐碱性、力学性、耐久性及合适的尺寸参数。纤维素纤维的技术参数见表1, 与合成类纤维 (如聚丙烯、聚丙烯腈和聚酯纤维) 相比, 理化性能具有明显的优势。
2 纤维素纤维混凝土的抗裂性能
实际工程中多数混凝土裂缝并不是外部荷载超过混凝土极限强度引起的, 而是混凝土收缩到约束限制产生的。引起收缩的因素有多种, 如胶凝体系水化反应、塑性期水分损失、硬化期自然干燥、温降冷缩、碳化反应、化学物质侵蚀等, 因此在混凝土结构设计时, 除充分考虑强度之外, 应从多角度、多方面提高混凝土的抗裂性能。
纤维的抗裂性能除了与纤维的抗拉强度、弹性模量、黏结性能、分散性能等相关之外, 还与纤维在混凝土基体中的分布状态有关, 而单位体积混凝土中纤维的根数 (N) 、纤维的平均中心间距 (S) 与纤维的累计长度 (ΣL) 这3个参数主要反映纤维在混凝土中的分布状态, N和ΣL与抗裂性能正相关, S与抗裂性能负相关[1,2,3]。表2是纤维素纤维与聚丙烯纤维在0.9 kg/m3掺量下的参数对比, 纤维素纤维的N值和ΣL值分别是聚丙烯纤维的17.8倍和2.1倍, 而S值是聚丙烯纤维的0.375倍, 从此角度分析, 纤维素纤维的抗裂性能优于聚丙烯纤维。
2.1 纤维素纤维室内模拟抗裂对比试验
试验按照ASTM C1579-06《纤维混凝土塑性裂缝标准测试方法》的相关规定测试[4,5,6], 采用的混凝土强度等级为C30, 纤维掺量为1 kg/m3。图2为基准试件、掺纤维素纤维试件、掺聚丙烯纤维试件的裂缝情况。各试件裂缝情况统计见表3。
由表3可以看出, 纤维素纤维优于聚丙烯纤维。
2.2 纤维素纤维室外抗裂对比试验
图3为基准混凝土板和掺纤维素纤维混凝土板室外抗裂试验对比情况, 试件尺寸为3 m×7 m×0.3 m, 室外环境温度为40℃。基准混凝土板出现大量收缩裂缝, 而纤维素纤维混凝土板表面未发现裂缝, 可见纤维素纤维显著提高了混凝土的抗裂性能。
3 纤维素纤维混凝土的抗渗性能
3.1 无荷载作用下抗渗性能
表4中的渗水高度指标为试验水压1.1 MPa时水渗入试件的高度。试验结果表明:纤维提高了混凝土的抗渗性, 其中纤维素纤维使得混凝土抗渗等级提高2个标号, 聚丙烯纤维提高1个抗渗等级, 1.1 MPa水压时渗水高度比分别为31.7%和55.8%。
3.2 有荷载作用下抗渗性能
本试验通过设计特殊的测试装置可以测试混凝土在受压荷载作用下混凝土的抗渗性能, 图4为不同纤维素纤维掺量 (0、0.1%、0.3%和0.5%) 下渗透系数与荷载级别 (0、0.3fu、0.5fu, fu为混凝土极限抗压强度) 之间的关系曲线。由图可知, 在无荷载情况下, 随着纤维掺量增加, 混凝土渗透系数显著下降, 掺量0.1%、0.3%和0.5%混凝土试件分别比基准降低约47%、65%和82%;随着荷载级别提高, 所有混凝土试件均呈先下降后上升的趋势, 主要是因为在0~0.3fu荷载范围内, 混凝土内部孔隙及微裂纹在荷载作用下受到压缩, 而荷载超过0.3fu时, 混凝土内部微裂纹开始扩展导致抗渗性能逐步下降, 但混凝土掺入纤维后这种现象被显著改变 (见图4曲线) , 在0.5fu荷载级别下, 掺量0.1%、0.3%和0.5%混凝土试件分别比基准降低约70%、83%和91%, 改善率比无荷载下有所提高, 这说明在有荷载情况下, 纤维混凝土可以更有效地改善混凝土的抗渗性能。
3.3 纤维素纤维改善混凝土抗渗性的机理分析
3.3.1 促进孔径细化, 减少有害孔数量
采用TP (热孔法) 及MIP (压汞法) 测试基准、掺1 kg/m3及掺3 kg/m3纤维素纤维对混凝土毛细孔孔径的影响 (见图5) 。由图5可知, 纤维素纤维使得几十纳米级的毛细孔数量减少, 而几纳米级的毛细孔数量增多, 并且随着纤维掺量增加, 趋势越明显, 这意味着掺纤维素纤维降低对混凝土抗渗性能有害的毛细孔数量, 提高混凝土抗渗性能。
3.3.2 荷载下减少微裂缝的产生和汇集
混凝土在荷载作用下大致经历以下过程。
1) 在30%极限荷载以内, 混凝土基本无变化, 但部分原生孔隙和裂缝受到压缩, 混凝土整体抗渗性反而略有提高 (见图4中无荷载与30%极限荷载下混凝土渗透系数的变化) 。
2) 当荷载超过30%极限荷载时, 混凝土界面过渡区微细裂缝开始产生, 随着荷载增加逐渐增多、扩展、相互交错, 混凝土抗渗性能显著下降。
3) 随着荷载进一步增大, 裂缝逐渐向砂浆基体过渡, 并逐步交错、贯通, 直至混凝土破坏, 此阶段内混凝土抗渗性能已严重劣化。
如图4所示, 纤维素纤维在上述第二阶段有效地限制微裂缝扩展和汇集, 使得混凝土在荷载作用下渗透系数显著下降 (与基准相比) 。
4 实例应用
4.1 纤维素纤维在上海虹桥交通枢纽地下空间混凝土结构中的应用
上海虹桥枢纽高铁站房工程采用超长、超宽的空间结构, 混凝土浇筑面积大, 承台部位厚度达5 m, 底板为无缝设计, 东西长度达400 m。在施工中, 按设计要求采用高耐久性混凝土, 在超长结构中同时考虑采用纤维混凝土控制裂缝。表5为掺不同纤维的试验段 (各80 m) 裂缝统计结果, 混凝土龄期为90 d, 与基准相比, 纤维素纤维对混凝土工作性能无影响, 抗压强度略有提高, 裂缝数量、面积大幅度降低, 而聚丙烯纤维由于其憎水及不易分散的特性, 与纤维素纤维相比效果相差较多。
经过试验段对比研究, 最终选用纤维素纤维应用在虹桥枢纽高铁部分地下侧墙、顶板。这些部位所受应力较复杂、受约束集中, 伸缩缝距离长, 受环境交替导致温湿度变化的影响大。经检测, 试验段地下侧墙、顶板裂缝面积与基准相比减少率97.3, 防渗性能明显提高。
4.2 纤维素纤维在世博央企总部基地地下空间结构中的应用
在世博央企总部基地地下空间结构中, 混凝土浇捣后易产生较大的收缩应力, 导致墙板梁开裂, 诱发渗漏。为降低危害, 从地下室底板至地下室顶板设置多道后浇带, 选用抗裂纤维素纤维混凝土浇注在关键墙板部位 (如在“两墙合一”地下连续墙内侧的钢筋混凝土内衬墙、地下室外墙与底板连接区域、地下室外墙与地下室楼层板的连接区域、地下室底板及底板的后浇带以及地下连续墙刚性接口区段等) 。
为保证纤维混凝土具有较好的施工性能, 采用的纤维应不结团。纤维的掺量根据正常使用状态下混凝土构件的应力状态确定:当混凝土结构 (构件) 的最大压应力<0.25fc (fc为混凝土轴心抗压设计强度) , 纤维的掺量为0.1%;最大压应力介于0.25fc和0.5fc, 纤维的掺量为0.2%;最大压应力>0.5fc, 建议纤维的掺量为0.3%。实践证明纤维素纤维的应用能很好地解决开裂、渗漏等问题, 尤其是地下空间大地板后浇带处防渗性能可显著提高。
5 结语
针对地下空间混凝土产生裂缝和渗漏的现象, 介绍地下空间及隧道混凝土结构抗裂抗渗新材料:纤维素纤维。并结合在上海虹桥交通枢纽地下空间和世博央企总部基地地下空间混凝土结构中的应用进行分析, 经检测, 抗压强度略有提高, 裂缝数量、面积大幅度降低 (裂缝减少97.3%) , 尤其在有荷载情况下, 纤维混凝土可以更有效地改善混凝土的抗渗性能。
摘要：地下空间是城市快速发展越来越依赖的重要生产、生活、交通场所, 地下空间常年受地下水环境影响, 因此地下混凝土结构的抗裂抗渗性能尤为重要。目前, 地下空间混凝土产生裂缝和渗漏现象较普遍, 对结构、设备及人们生产、生活造成严重不利影响。针对这一现象, 介绍地下空间及隧道混凝土结构抗裂抗渗新材料:纤维素纤维。结合在上海虹桥交通枢纽地下空间和世博央企总部基地地下空间混凝土结构中的应用进行分析, 经检测, 抗压强度略有提高, 裂缝数量、面积大幅度降低 (裂缝减少97.3%) , 尤其在有荷载情况下, 纤维混凝土更有效地改善混凝土的抗渗性能。
关键词：地下空间,隧道,抗裂,抗渗,纤维素纤维
参考文献
[1]FISHER A K, BULLEN F, BEAL D.The durability of cellulose fibre reinforced concrete pipes in sewage applications[J].Cement and Concrete Research, 2001, 31 (4) :543-553.
[2]MACVICAR R, MATUANA L M, BALATINECZ J J.Aging mechanisms in cellulose fiber reinforced cement composites[J].Cement&Concrete Composites, 1999, 21 (3) :189-196.
[3]孙伟, MANDEL J A.纤维间距对界面层的影响[J].硅酸盐学报, 1989, 17 (3) :266-271.
[4]赵正, 石建军, 施慧聪, 等.纤维在面板堆石坝面板混凝土中应用的试验研究[J].华北水利水电学院学报, 2012, 33 (6) :116-120.
[5]刘国平, 马鹰, 施慧聪, 等.生态合成纤维抑制混凝土开裂性能的研究与应用[J].混凝土, 2006 (10) :41-44.
[6]KAWASHIMA S, SHAH S P.Early-age autogenous and drying shrinkage behavior of cellulose fiber-reinforced cementitious materials[J].Cement&Concrete Composites, 2011, 33 (2) :201-208.
抗裂抗渗 篇2
1 混凝土裂缝产生的原因分析
钢筋混凝土构件是带裂缝工作的, 更确切地说, 混凝土的凝结硬化过程有微裂纹的存在。这是因为在混凝土中的水泥和骨料的温度、湿度变化的条件下产生的不均匀变形量, 是粘合在一起, 没有自由变形, 从而形成了相互克制的压力;当应力大于水泥和骨料间的粘结强度水泥浆体, 或其拉伸强度, 产生微裂纹, 裂纹主要有2种:沿骨料和水泥界面裂纹新月形状, 中间的两端尖细宽而厚, 称为粘结裂缝;集料水泥石的微裂纹的裂纹称水泥石裂缝。
混凝土裂缝是肉眼看不见的, 其宽度小于50цm, 微裂缝的混凝土的不规则分布, 也没有贯通, 所以只有微裂缝的混凝土能够承受一定的拉力, 微裂缝对混凝土承重, 防漏水, 腐蚀和其他功能使用没有伤害。然而, 存在混凝土的裂缝易于扩展和不均匀分布的性质, 不仅使混凝土在受拉非常敏感, 其抗拉强度很低, 离散也大;同时, 混凝土损伤, 包括损伤, 以及施工, 材料, 环境的破坏, 是裂纹拉伸延伸, 使其失去强度, 结构失去承载能力。尤其是当裂缝分布更加集中, 本身更大, 更容易产生混凝土损伤, 大体积混凝土基础和渗透要求高的混凝土墙施工更为明显。
1.1 基础大体积混凝土裂缝产生的原因
基础大体积混凝土施工, 由于混凝土内部与表面散热速率不一样, 在其表面形成较大的温度梯度, 从而引起较大的表面拉应力。同时, 此时混凝土的龄期很短, 抗拉强度很低, 温差产生的表面拉应力, 超过此时的混凝土极限抗拉强度, 就会在混凝土表面产生表面裂缝。此种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天 (升温阶段) 。
混凝土降温阶段, 由于逐渐降温而产生收缩, 再加上混凝土硬化过程中, 由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用, 促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束, 也会产生很大的拉应力, 直至出现收缩裂缝。
1.2 地下室外墙混凝土裂缝产生的原因
地下室外墙混凝土裂缝主要是收缩裂缝。混凝土降温产生的收缩和硬化时的收缩, 受到结构本身和基坑边壁等的约束, 产生较大的拉应力, 直至出现收缩裂缝。
2 抗裂、抗渗技术措施
2.1 采用“抗”、“放”相结合的技术方案, “抗”
本工程的外墙板 (内、外侧) 的水平筋设在立筋的外侧, 且钢筋@须控制在100mm以内, 外墙板外侧设Ф5b (原图纸设计为Ф6单层双向@150) 单层双向@100焊接网片 (半成品) , 网片间搭接200mm, 以确保外墙砼的抗裂效果。‘放’:后浇带, 起到充分放的作用, 根据大量的工程施工看, 后浇带内钢筋通常均未断开, 对已浇筑完的两侧混凝土也有一定的约束力, 因此, 根据后浇带作用看主要为抗伸缩, 为此建议设计确定本工程的后浇带部位钢筋采用搭接连接。
2.2 通过优化分级, 控制原材料的质量, 减少混凝土的收缩
(1) 地下室混凝土标记的变化, 以便减少水泥混凝土收缩, 降低混凝土浇筑温度, 从而有效地控制温度差异, 因此, 考虑修建地下室混凝土标号更改选定 (f45或实验室) , 充分利用混凝土后期强度, 抗收缩裂缝的特性。
(2) 选定的小收缩po42.5波特兰水泥, 水泥用量不少于300公斤/立方米; (31.5) 砂石, 泥土含量不超过1%, 黏土含量不大于0.5%;砂, 泥质含量不超过2%, 黏土含量不得大于1%, 细度模数大于或等于2.5, 砂率应为35%;使用不含有害物质的洁净水, 每立方水使用不超过175kg;添加量的粉煤灰水泥用量15%;影响参看-2或缓凝高效减水剂高效缓凝减水剂jrc-2d;底部混凝土掺UEA卷10% (后浇带14%) , 地下室外墙, 屋顶部分是由聚丙烯纤维用量0.8kg/m3。底部部分下滑140±20毫米, 墙, 屋顶部分下滑160±20毫米。
(3) 在混凝土中掺加聚丙烯纤维特性:
a.材料的特性:在混凝土0.8kg/m3聚丙烯纤维混凝土, 纤维的阻裂效应, 可延缓裂纹的形成和扩展, 裂纹, 减少变薄, 它可以减少垃圾填埋混凝土内部孔隙, 孔隙的大小和数量, 大大提高了混凝土的密实度矩阵, 大大提高了抗渗性混凝土, 抗冻性和抗有害介质阻力, 提高纤维的混凝土结构的耐久性。
b.提高混凝土, 混凝土离析泌水, 提高抵抗混凝土塑性收缩能力。
c.纤维混凝土搅拌站的质量要求:必须严格测试, 确保搅拌时间, 具体成分分布均匀, 防止结块, 结块, 保证了纤维分布均匀的;
d.以确保准确测量光纤, 光纤推进每掺量分别称为香包, 搅拌, 搅拌均匀放在袋;
2.3 在底板砼中掺加UEA
掺量为10%, 因为该材料的性能是仅在潮湿状况下能够充分发挥其膨胀的作用, 因此本材料仅拟在底板中使用。
3 通过优化施工工艺、加强砼浇筑过程控制, 加强早期养护
3.1 做好施工前的技术准备工作
混凝土制造商将报告给项目部供所有与会者审查, 包括物质条件;掌握气候条件, 避免雨季施工。
3.2 坍落度控制
在第一车混凝土到达现场, 测试人员应当及时审查比单和坍落度试验, 并通过监督认证所需的混合浇注时, 发现不符合坚决退出。
3.3 实现振动
振动人员选择在施工前, 一个振动器先试运行, 选具有振动器的知识、经验和责任心的工人, 在此之前的建筑工人进行的技术披露 (严格的等级, 逐层振动, 与混凝土终凝前会给2个振动) 。
3.4 混凝土表面处理
混凝土表面处理对混凝土浇捣后2小时, 根据标高尺面刮, 初凝前辊轧来回几次, 双振子磨碎后, 混凝土的水收集, 然后两只木屑卷, 关水收集裂纹数据, 木线条和纵向排列, 要立即采取保护措施, 直到终凝后。
3.5 模板的拆除时间
混凝土在凝固的过程, 由于早期混凝土内部水化热混凝土内外温差, 混凝土温度梯度可以形成, 产生较大的拉应力, 与混凝土早期强度低, 极限拉伸, 不利的温度条件下, 易形成裂缝, 所以使用的脱模时间延迟, 7天之前不要拆除外侧模板, 模板保温效果, 可以减少混凝土表面的热扩散, 降低混凝土内外温差, 防止表面裂缝, 并能延长冷却时间, 充分发挥混凝土的强度和松弛性能潜在的材料, 使平均温度对混凝土产生的拉应力小于混凝土混凝土抗拉强度, 防止产生贯穿性裂缝。
3.6 维护混凝土
混凝土在底部养护的混凝土浇筑结束后8小时内的膜覆盖后盖一层稻草袋, 定时浇水养护;外墙模板和水固化, 外部维修后的7~14天剥离, 始终保持外表面是湿的, 可以在墙顶喷淋管道铺设节水;屋顶表面的存储方法 (板砌石坝附近) 维持不少于15天。
摘要：本文从大体积混凝土施工基础和地下室外墙混凝土施工裂缝的成因进行了分析, 着重讨论了地下室混凝土施工中应注意的问题, 并提出一些个人的经验。为了能够提高质量类似的建设提供一些参考。
抗裂抗渗 篇3
关键词：纤维,混杂,混凝土,抗裂抗渗,工程应用
随着我国城市基础设施建设规模的不断扩大,混凝土结构耐久性和服役寿命的提高已成为工程界日益关注的问题,良好的抗裂抗渗性能是确保混凝土具有较高耐久性的前提条件。在混凝土中掺入纤维能明显改善和提高混凝土的抗拉强度、极限延伸率、韧性及冲击性能等性能,对于钢纤维、聚丙烯纤维等纤维的研究及实际工程应用已较为广泛[1,2,3],而纤维素纤维及其混杂纤维对混凝土抗裂抗渗性能影响的应用研究较少。本文在混凝土中掺入纤维素纤维、PVA纤维及二者混杂纤维,并在基体中掺加聚羧酸高效减水剂、粉煤灰和矿粉以改善混凝土的综合性能。通过对纤维素纤维及其混杂纤维混凝土的劈裂抗拉强度、早期塑性开裂、氯离子渗透系数等物理力学性能的测试,对比分析纤维素纤维及其与PVA纤维混杂对混凝土抗裂抗渗性能的影响,为依托工程提供了抗裂抗渗性能符合要求的混凝土配合比。
1 试验
1.1 原材料
水泥,江苏嘉新水泥集团产京阳42.5级普通硅酸盐水泥,其碱含量(Na2O+0.658K2O)为0.48%,各项性能符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准要求;粉煤灰,常州电厂的Ⅰ级粉煤灰;矿粉,常州中盛磨细矿粉公司提供;粗、细骨料,技术指标符合JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法》标准要求;减水剂,江苏建科院有限公司生产的聚羧酸高效减水剂;纤维,美国进口纤维素纤维和常州天怡纤维厂提供的PVA纤维,2种纤维的物理力学性能见表1。
1.2 配合比
通过前期对混凝土各种原材料及其配比的优化及工程调查,确定的试验配合比见表2。
kg/m3
1.3 试验方法
混凝土劈裂抗拉强度试验:按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。
早期抗裂性试验:按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》推荐的平板法进行。所用试件尺寸为800 mm×600 mm×100 mm的平面薄板型试件(如图1所示)。
抗渗试验:按照GB/T 50082—2009规定的快速氯离子迁移系数试验方法——RCM法和常规渗水高度试验方法进行。
混凝土长期收缩试验:混凝土体积稳定性试验采用试件轴向相对长度的变化率来表征,试件尺寸为100 mm×100 mm×515 mm。
2 试验结果与分析
2.1 纤维对混凝土强度的影响
混凝土抗拉强度直接关系到混凝土的抗裂性能,提高抗拉强度是控制混凝土裂缝的关键。按表2所示的基础配合比和纤维掺量制作试件,进行抗压强度和劈裂强度试验,测试结果见表3。
由表3可见,相比基准混凝土C0,掺加纤维的试件抗压强度均有一定程度的提高,但作用效果不明显。但纤维的掺入可显著改善混凝土的劈裂抗拉强度,相对于基准混凝土C0,PVA纤维、纤维素纤维和二者混杂纤维混凝土的劈裂抗拉强度分别提高了21.6%、10.8%和18.9%。
PVA纤维由于其具有较大尺度、较高的弹性模量和抗拉强度,可起到跨越裂缝传递荷载的作用,提高混凝土的抗拉强度;纤维素纤维除了和一般纤维对混凝土具有的增强阻裂功效外,其独特的空腔结构和亲水性使其在混凝土拌制过程中能够吸收并保有部分水分,改善纤维与基体的界面,增强了水泥基体对纤维的握裹作用,有利于提高其劈裂抗拉强度。
2.2 纤维对混凝土塑性开裂和体积稳定性的影响
2.2.1 纤维对混凝土早期塑性开裂的影响
表4为纤维的掺入对混凝土裂缝产生情况的影响,其中单位裂缝总面积按式(1)计算:
式中:c——单位面积上的总开裂面积,mm2/m2;
A——平板的面积,m2;
wi——第i条裂缝的最大宽度,mm;
li——第i条裂缝的长度,mm。
由表4可见,纤维混凝土单位面积上的总开裂面积均低于基准混凝土,且掺纤维素纤维和PVA混杂纤维混凝土的总开裂面积相对最小。试验中发现,各试件首条裂缝出现在成型后12 h左右,在其后的12 h裂缝数目不断增多,并沿着裂缝诱导器延伸,24 h后裂缝发展基本趋于稳定。基准试件C0形成连续的贯穿裂缝,最大宽度达到0.18 mm,掺入纤维后的混凝土试件则形成不连续的裂缝,裂缝宽度也相对较小。PVA纤维和纤维素纤维的掺入均能明显减小裂缝的宽度,有效改善混凝土的抗裂性能,而且以纤维素纤维和PVA混杂纤维的改善效果最佳。掺混杂纤维的试件(HF)虽然裂缝条数相对较多,但裂缝宽度最小,最大宽度仅为0.07 mm。
纤维素纤维具备天然亲水性,且尺寸细小,在混凝土粗骨料剪切下易分散,且不再团聚,能均匀分布于混凝土中,形成空间三维网络结构,有效减少了基体中水泥浆体和砂浆层上原生裂缝的产生。因而显著减少了由于骨料沉降收缩、化学收缩等产生混凝土早期塑性裂缝和收缩裂缝的数量,抑制了裂缝的宽度,减小了裂缝的面积。同时,PVA纤维较高的劈裂抗拉强度抵抗混凝土后期因各类变形产生拉应力而导致的开裂效果好,以上试验结果体现了纤维素纤维和PVA纤维复掺的混杂抗裂效果。
2.2.2 纤维对混凝土后期体积稳定性的影响
除了早期塑性开裂对混凝土抗渗性能的影响至关重要外,混凝土硬化后的体积稳定性对混凝土的抗裂抗渗性能也有很大的影响,高抗渗混凝土必须具备较高的体积稳定性,即较小的收缩率。图2为掺加不同品种纤维的混凝土56 d、100d的收缩率。
由图2可见,掺加不同品种纤维对混凝土的后期(56 d、100 d)收缩有着较明显的改善作用,其中又以纤维素纤维和混杂纤维的效果更好。混凝土收缩主要是水泥石的收缩,一是水泥石中吸附水的蒸发引起凝胶体的收缩,二是毛细孔内自由水的蒸发产生的毛细孔负压造成水泥石收缩。纤维素纤维的天然亲水性和特有空腔结构能够显著降低硬化水泥浆体的孔隙率,且在水泥石内部湿度下降的情况下,可释放空腔中的水分,这些都起到了减少水泥石干缩的作用。PVA纤维由于其弹性模量较高,对毛细孔压力有一定的抵消作用,从而减小导致水泥石收缩的总压力。因此,纤维素纤维和PVA纤维混杂对混凝土收缩起到较好的抑制作用。
2.3 纤维对混凝土抗渗性能的影响(见表5)
由表5可知,由RCM法测得的纤维混凝土氯离子扩散系数和渗水高度相对于基准混凝土C0均有所降低,纤维素纤维和混杂纤维对混凝土抗渗性能的改善较为明显。这与前面试验所得纤维对混凝土阻裂、限缩效果是一致的。有研究表明[4],纤维素纤维可改善基准硬化水泥浆体的孔隙结构,使混凝土的孔径分布向对抗渗性能无害的孔(<20 mm)发展,降低了混凝土中的渗水通道,提高了混凝土的抗渗性能。由此可见,纤维素纤维及其与PVA纤维的混杂掺入能够有效改善混凝土的抗裂抗渗性能,可以配制出满足工程要求的高抗裂抗渗混凝土材料。
3 工程应用
常州市客运中心及综合配套系统工程是集火车站、城铁站、长途客运站(旅游巴士枢纽)、轨道交通1号线车站、公交枢纽站(含BRT支线)、社会停车场、出租车停靠站等多种交通功能以及商业、商务办公于一体的现代化大型综合交通枢纽。地面总建筑面积11万m2,地下总建筑面积8万m2。混凝土强度等级为C35、抗渗等级为P10。在预留地铁站底板和墙体分别浇筑了纤维素纤维、PVA纤维和二者混杂纤维混凝土墙板。根据现场对底板和墙板混凝土的检测和分析表明,底板由于特殊的结构约束以及地基约束特点,掺加纤维对其抗裂阻裂的效果不明显。但对于墙板,纤维掺入能显著降低其裂缝的数量、宽度和面积,其中掺混杂纤维的混凝土抗裂、阻裂性能最佳。此外,采用光纤光栅应变传感器对4块不同组分的混凝土板内部变形进行现场监测,对浇筑后8~51 d的混凝土板的应变进行了测量,结果见图3。
图3检测结果表明,相对基准混凝土板,掺加纤维对提高混凝土抵抗变形的能力效果显著,而且不同品种纤维混凝土板的体积变化规律与实验室早期抗裂性试验结果基本相符,混凝土的抗渗抗裂指标满足工程要求。
4 结语
(1)纤维素纤维和PVA纤维的掺入可显著改善混凝土的劈裂抗拉强度,相对于基准混凝土,PVA纤维、纤维素纤维和二者混杂纤维可分别提高21.6%、10.8%和18.9%。
(2)纤维素纤维及其与PVA纤维的混杂掺入能够显著改善混凝土早期塑性抗裂和后期抗缩性能。在项目依托的地下工程墙板中应用情况良好。
(3)纤维素纤维及其与PVA纤维的混杂掺入可以改善混凝土的抗渗性能,配制出符合地下工程抗裂抗渗要求混凝土材料。
参考文献
[1]程红强,高丹盈.钢纤维混凝土的收缩性能试验研究[J].混凝土,2009(2):57-58.
[2]薛会青,邓宗才,李建辉.PVA纤维水泥基复合材料的抗拉性能及韧性研究[J].郑州大学学报(工学版),2009,30(1):92-95.
[3]吴刚,李希龙,史丽华,等.聚丙烯纤维混凝土抗渗性能的研究[J].混凝土,2010(7):95-97,101.