放水河渡槽高強度纖維混凝土的力學(xué)性能研究

李朝

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

渡槽是南水北調(diào)大型水利工程中跨越河流和低洼地段的重要建筑物，如何提高渡槽混凝土的抗?jié)B和抗凍等性能是一個重要課題，該課題在北方嚴(yán)寒氣候條件下尤顯重要。經(jīng)過多年的推廣，纖維混凝土在國內(nèi)多個各類工程中得到了成功的大面積應(yīng)用，微細(xì)纖維摻加在混凝土中，對裂縫的阻裂作用明顯，能提高混凝土抗?jié)B和抗凍等性能，但在高強混凝土中摻入纖維后混凝土其他力學(xué)性能如何變化有待研究。下面就放水河槽身C50混凝土使用UF500纖維材料展開研究。通過試驗，研究摻入UF500纖維對高強度混凝土力學(xué)性能的影響，確定合理的纖維摻量。

1 混凝土配合比及材料

1.1 混凝土配合比

混凝土配合比見表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

1.2 材 料

水泥為河北鼎興p.o42.5普通硅酸鹽水泥。

粉煤灰為河北西北坡電廠一級粉煤灰。

粗骨料為河北唐縣石料廠碎石、石灰?guī)r加工生產(chǎn)的人工骨料，中石粒徑為（15～25）mm，小石粒徑為（5～15）mm。

砂為河北曲陽沙河天然砂，細(xì)度模數(shù)為2.9。

減水劑為北方興外加劑廠生產(chǎn)的羧酸類高效減水劑。

纖維素纖維為美國生產(chǎn)的新一代高性能纖維，試驗過程中纖維摻量U分別為0、0.9kg/m2、1.1kg/m2、1.3kg/m2和1.5kg/m2。

2 基本力學(xué)性能

為了研究纖維摻量混凝土強度的影響，本試驗設(shè)了基準(zhǔn)混凝土以及不同纖維摻量的纖維混凝土試件，纖維摻量、試件編號和試件數(shù)量列表于表2～表4。

表2 抗壓強度的試件數(shù)量和纖維摻量 kg/m3

表3 劈裂抗拉試驗的試件數(shù)量和纖維摻量 kg/m3

表4 抗彎強度實驗的纖維摻量和時間數(shù)量 kg/m3

試件澆筑24h后拆模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室養(yǎng)護28d。依照《水工混凝土試驗規(guī)程》試驗方法，測定各組混凝土試件28d的抗壓強度，抗彎強度和劈拉強度。

2.1 抗壓強度

各組試件28d抗壓強度的平均值見表5。

表5 纖維混凝土抗壓強度 MPa

與基準(zhǔn)混凝土相比，纖維混凝土抗壓強度均有不同程度地提高，且纖維摻量增加，強度提高越大，但表5顯示，當(dāng)摻量大于1.1kg/m3時，混凝土強度提高不再明顯。

2.2 抗彎強度

各組試件28d抗彎強度見表6。

表6 纖維混凝土抗彎強度

從表6判斷分析，相對于基準(zhǔn)混凝土，纖維混凝土的抗彎強度都有提高1.1kg/m3和1.3kg/m3，摻入的纖維混凝土抗彎強度提高值基本相近，1.5kg/m3摻量的纖維混凝土抗彎強度在提高值很小，基本可略不計，相對于抗彎強度來說，選用1.6kg/m3的摻量為合理摻量。

2.3 劈拉強度

各組試件28d劈拉強度的平均值見表7。

相對于基準(zhǔn)混凝土，纖維混凝土的劈裂抗拉強度都得到了提高，但當(dāng)摻量超過1.1kg/m3時，纖維混凝土劈裂抗拉強度提高值開始縮小。

表7 28d劈拉強度的平均值 MPa

2.4 機理分析

傳統(tǒng)合成纖維屬于憎水性纖維，攪拌和運輸過程中十分容易纏繞和結(jié)團，不但使合成纖維失去作用而且纖維結(jié)團會造成混凝土出現(xiàn)大量有害孔洞，影響混凝土的力學(xué)性能。UF500纖維素纖維卓越的親水性能使纖維單絲能均勻分布在混凝土中，分散性極好，在混凝土攪拌和運輸時纖維均處于穩(wěn)定的分散狀態(tài)，無任何纏繞成團出現(xiàn)。因此相對于傳統(tǒng)合成纖維，纖維素纖維分散更均勻，提高了混凝土力學(xué)性能。

促進水泥水化完全，顯著提高混凝土密實度和耐久性纖維素纖維內(nèi)含獨有空腔，能夠在水化初期儲存部分自由水，隨著混凝土中水泥水化不斷消耗水分，水泥顆粒水化的內(nèi)驅(qū)動力就從會吸收超纖維空腔內(nèi)的自由水，吸附在纖維中的水開始穩(wěn)步釋放，促進水泥完全水化反應(yīng)，使混凝土孔隙率大大降低，大幅度提高混凝土密實度。

通過增強混凝土與纖維間的握裹力，大幅提高混凝土抗裂性能，混凝土和纖維間的握裹力越強，纖維阻止微裂縫產(chǎn)生越明顯，混凝土的抗裂性能也越強。纖維的親水性使水泥水化產(chǎn)物沿著纖維表面生長，從而使纖維表面附著大量的水泥漿體顆粒，大幅度增強混凝土與纖維間的握裹力。

3 結(jié)論

新材料UF500纖維素纖維按 （0.9～1.5）kg/m3摻量摻入高強度混凝土中對混凝土基本力學(xué)性能（抗壓強度、抗彎強度和劈裂抗拉強度）都有比較明顯的提高，綜合分析實驗結(jié)果，考慮在高強度混凝土中摻入纖維素纖維的主要目的，抑制混凝土早期收縮裂縫，1.1kg/m3的纖維摻量為經(jīng)濟合理摻量。

1 徐至鈞.纖維混凝土技術(shù)及應(yīng)用[M].中國建筑工業(yè)出版社,2003.

2 高丹盈,趙軍,湯寄予.摻有纖維的高強混凝土劈拉性能試驗研究[J].鄭州大學(xué)土木工程學(xué)報(工學(xué)版)，2005，38（7）.