混凝土在水利水电工程上的应用探讨（一）

实验室试验和工程实践证明，在混凝土中掺入低含量的聚丙烯纤维，可以减少或防止混凝土浇筑后硬化早期因泌水和失水而产生的塑性收缩和微裂缝。还可以减少和防止混凝土硬化后期因温度变化而产生的干缩裂缝和微裂缝，从而提高混凝土的抗渗、抗冻、耐磨等性能。同时，由于大量纤维随机分布在混凝土中，混凝土结构的变形能力、初裂后剩余强度和韧性都有一定程度的提高。此外，聚丙烯纤维混凝土的高粘度可以改善喷射混凝土的性能，减少回弹。所有这些特点使聚丙烯纤维成为国外20多年来改善混凝土性能的重要措施。
从20世纪80年代中期开始，聚丙烯纤维混凝土逐渐应用于我国土木工程和交通行业，如高层建筑的地下室、污水处理厂的污水池、游泳池、粮库、大型停车场、公路路面、高架道路、桥梁路面、机场停机坪、码头货场，以及地下洞室、护坡等工程中喷射聚丙烯纤维混凝土。聚丙烯纤维混凝土因其良好的性价比和与常规混凝土相同的施工方法而被广泛应用。
1。聚丙烯纤维混凝土的性能聚丙烯纤维作为混凝土的二次增强体系(即不替代受力钢筋)对混凝土的性能有以下影响:
1 .1聚丙烯纤维抑制混凝土的塑性收缩，提高建筑物的整体性、耐久性和使用寿命。美国的Pardon和Zollo分析了混凝土的塑性收缩，用平面试样模拟体积变化代替ASTM只能反映。与对比试样相比，掺0.1%聚丙烯纤维的砂浆和混凝土的裂缝分别减少了87%和82%。砂浆的收缩比对照减少32% ~ 40%；其中一组混凝土样品的收缩比对照组降低了48%，而另一组与对照组相同。同济混凝土材料研究国家重点实验室的试验表明，聚丙烯纤维掺量为0。05%和0。15%是63。5%和37。为对照样品的1 . 3%。浙江大学土木工程学院的28天干缩试验表明，聚丙烯纤维掺量为0。1%可以减少混凝土收缩10%左右。大量工程实践也证明，聚丙烯纤维的使用对减小混凝土塑性收缩、防止开裂有明显的效果。特别是随着混凝土施工技术的发展，出现了带激光照准的混凝土平面浇筑机，每小时可浇筑70 m3，每天可铺设2 000 m2地面。采用聚丙烯纤维混凝土可以成功地解决在这样的施工强度下控制收缩裂缝的问题。初步探讨了聚丙烯纤维减少收缩裂缝的机理。首先，由于聚丙烯纤维的存在，减少了水在混凝土中的迁移，减少了泌水现象，从而减少了体积变化。根据英国认证委员会(BBA)颁发的证书，聚丙烯纤维混凝土的泌水可减少35% ~ 55%；另一种思路是，聚丙烯纤维的变形模量虽然低，但与混凝土早期硬化阶段(24小时内)的变形模量相当，因此能有效抑制开裂。过去，钢筋网一般用于防止板结构中的裂缝。聚丙烯纤维的广泛应用在一定程度上取代了这种传统方法。圣何塞大学的一项对比试验表明，聚丙烯纤维含量为0.68 kg/m3的混凝土比素混凝土减少了71.5%的裂缝，而钢丝网混凝土仅减少了6.5%。大多数人认为钢筋网和聚丙烯纤维混凝土都可以抑制裂缝，都是二次加固。但由于前者分布稀疏，这种作用其实很弱，主要是在裂缝出现后限制裂缝宽度。因此，很多人主张在楼板支撑板结构中可以用聚丙烯纤维混凝土代替钢筋网，但同时指出两者结合更好。用聚丙烯纤维混凝土代替钢筋网混凝土，方便施工，大大加快进度，带来效益，是不言而喻的。
1。2强度和韧性是混凝土的两个主要性能。当聚丙烯纤维约为0。1%的混凝土体积，它不会提高静强度(抗压强度、抗拉强度、抗折强度等。)的混凝土，但会对韧性产生显著影响。试验表明，它能大大提高混凝土的抗冲击性能和柔韧性。圣何塞大学的实验表明，聚丙烯纤维混凝土的抗冲击性能比普通混凝土提高一倍，柔韧性提高约40%，耐疲劳性提高3倍。兰宁在进行了多次试验的基础上，得出了综合的结果:聚丙烯纤维混凝土用开裂后的完整性来衡量的韧性指数(ASTM法)可提高15%，抗冲击性能可提高10% ~ 50%。一些测试结果还表明，根据ASTM方法，I100中的韧性指数可以提高70%。Soroushian等人用受损圆柱形试样的落锤次数来表示抗冲击性能。聚丙烯纤维混凝土的掺量为0。1%大约是2。9倍，南京水科院落锤试验对比结果更好。浙江大学进行的抗折试验表明，聚丙烯纤维混凝土的掺量为0。1%的掺量在试验过程中开裂后仍能保持其完整性，即使没有提高抗折强度，在不连续加载的情况下试样也不会发生破坏，说明聚丙烯纤维混凝土具有良好的韧性。韧性的另一个特点是抗压。在抗压试验中，素混凝土在断裂后立即完全断裂，而聚丙烯纤维混凝土在达到荷载后仍不断裂，这对地震破坏的建筑结构中的人身和财产安全具有重要意义。此外，由于混凝土中随机分布着大量的聚丙烯纤维(每立方米约数千万)，混凝土的变形性能得到显著改善。据国外报道，高掺量聚丙烯纤维混凝土的极限拉应变可达普通混凝土的2 ~ 3倍。有人指出，为了提高混凝土的韧性，当它用于预制和喷射混凝土时，需要较大的聚丙烯纤维含量。根据ASTM C1018的试验表明，当聚丙烯纤维达到0.5体积%时，剩余强度系数可以达到20千克/立方米的钢纤维含量的水平。