改性聚乙烯醇纤维混凝土特性及在重大水电工程中的应用.pdf
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1、云南水力发电YUNNAN WATER POWER322第 39 卷第 8 期0 引言合成纤维是改善混凝土性能和提高结构使用寿命的有效方法之一,也是我国近年来发展迅速、应用量较大的防裂、抗渗、增韧、增强的高性能水泥基复合新材料1。我国古代民间便有将稻草混合拌入泥浆制造土墙的经验。随着近代工业不断发展,欧美国家首先在混凝土中添加纤维等材料,良好的合成纤维改善混凝土的性能,并逐步被工程应用;我国通过举办全国纤维混凝土学术大会,为纤维混凝土技术研究应用提供基础理论依据2。大量研究者的研究成果及其大量试验结果均表明:在混凝土掺加一定的纤维,可减少混凝土早期裂缝,并提高混凝土抗渗等性能,提高混凝土的抗折强
2、度,降低混凝土的脆度系数,是混凝土的“次级加强筋”3-5。纤维混凝土作为提高混凝土耐久性成熟可靠的技术,得到了大力的推广和广泛应用。纤维对混凝土的增强机理主要是:纤维均匀分布在混凝土内部形成均匀的乱向支撑体系,使混凝土在硬化初期改性聚乙烯醇纤维混凝土特性及在重大水电工程中的应用胡维芬(海南省水利水电勘测设计研究院有限公司,海南 海口 570203)摘要:针对传统混凝土存在的力学性能、耐久性能有限,不能满足重大水电工程设计和施工需求的问题,通过在混凝土掺加改性聚乙烯醇纤维材料,得到了维克改性聚乙烯醇纤维混凝土,相比传统混凝土,该新型混凝土的力学和耐久特性均得到不同程度提高。基于此,以锦屏水电工程
3、为例,新型混凝土技术成果在锦屏一级水电站高拱坝浇筑、锦屏二级水电站深埋长大隧洞围岩稳定控制中得以成功应用,取得了显著经济和社会效益,具有重要的生态保护意义和广阔的推广应用前景。关键词:纤维材料;新型混凝土;聚乙烯醇纤维;锦屏中图分类号:TV672;TV431文献标识码:A文章编号:1006-3951(2023)08-0322-05DOI:10.3969/j.issn.1006-3951.2023.08.077Characteristics of Modified Polyvinyl Alcohol Fiber Concrete and Its Application in Major Hydr
4、opower ProjectsHU Wei-fen(Hainan Province Water Conservancy&Hydropower Survey,Design&Research Institute Co.,Ltd,Haikou 570203,China)Abstract:Traditional concrete has limited mechanical and durability properties,which cannot meet the design and construction needs of major hydropower projects.By addin
5、g modified polyvinyl alcohol fiber material to the concrete,Vick modified polyvinyl alcohol fiber concrete was obtained.Compared to traditional concrete,the mechanical and durability properties of this new type of concrete have been improved to varying degrees.The new concrete technology achievement
6、s have been successfully applied in the high arch dam pouring of Jinping-I Hydropower Station and the surrounding rock stability control of Jinping-II Hydropower Stations deep buried long tunnels,and have achieved significant economic and social benefits.It has important ecological protection signif
7、icance and broad application prospects.Key words:fiber material;new type of concrete;polyvinyl alcohol fiber;Jinping收稿日期:2022-11-25作者简介:胡维芬(1984-),男,河北张家口人,高级工程师,主要从事水利规划、水工结构设计及水力学模型试验研究工作。*胡维芬 改性聚乙烯醇纤维混凝土特性及在重大水电工程中的应用323形成的微裂纹在发展过程中受到阻拦,难以进一步发展6。纤维的加入犹如在混凝土中掺入数量巨大的微细筋,这些纤维抑制了混凝土开裂的进程,提高了混凝土的断裂韧性,
8、从而达到改善混凝土性能的目的7。纤维在混凝土中的作用:提高混凝土的抗裂性能;提高混凝土抗渗性能;提高混凝土的耐磨性能和抗冲击性能;提高混凝土的抗冻性能;提高混凝土的韧性8。1 改性聚乙烯醇纤维混凝土特性1.1 改性聚乙烯醇纤维改性聚乙烯醇纤维是一种高强高模纤维,也是亲水性纤维,具有耐酸碱、耐腐蚀、无毒无害,材质断裂强度高,弹模与混凝土弹模基本一致,分散性佳,与水泥基亲和力强等特点9。改性聚乙烯醇纤维增强混凝土是以改性聚乙烯醇纤维作为增强材料的水泥基复合材料,其在混凝土中分散均匀,粗糙的纤维表面与水泥基体的握裹力很强,同混凝土骨料,外加剂,参合料的水泥混合后不发生任何化学反应。其物理、化学性能稳
9、定,故与混凝土材料有良好的亲和力,通过纯物理作用增强增并有效改善混凝土的性能10,改性聚乙烯醇粗纤维主要性能指标见表 1。较之于普通混凝土具有更高的抗拉、抗压强度,并具有良好的抗冲击,抗疲劳性能,抗渗防水性能,抗冻性能、抗冲磨性能和抑制早期塑性收缩裂缝的能力,从而提高混凝土的耐久性11。表 1 改性聚乙烯醇粗纤维主要性能指标表断裂强度/MPa 450初始模量/MPa 5 000断裂伸长率/%15 30直 径/mm0.5 0.85长度/mm30 50耐碱性能/%95阻裂效能等级一级1.2 提高混凝土的力学特性通过大量试验结果分析,得出掺加维克 改性聚乙烯醇纤维的混凝土抗压强度在 1 d、28 d
10、和 90 d 较空白混凝土分别提高 23.9%、11.9%、10.0%,见图 1。掺加维克 改性聚乙烯醇纤维的混凝土劈拉强度在 28 d、90 d 较空白混凝土分别提高了 11.3%、6.7%,见图 2;轴拉强度在 28 d、90 d 较空白混凝土分别提高了 11.8%、2.0%,见图 3;冲磨强度在 28 d、90 d 较空白混凝土分别提高了 7.2%、15.2%,见图 4;磨蚀率在 28 d、90 d较空白混凝土分别降低了 0.0%、19.0%,见图 5;?图 1 不同龄期混凝土抗压强度图?图 2 不同龄期混凝土劈拉强度图?图 3 不同龄期混凝土轴拉强度图?图 4 不同龄期混凝土冲磨强度图
11、 324云南水力发电2023 年第 8 期1.3 提高混凝土的耐久特性1)提高混凝土抗裂性能。维克 改性聚乙烯醇纤维在混凝土内部形成均匀的乱向支撑体系,能有效阻碍骨料的离析,有效改善混凝土脆性,增强其韧性,提高混凝土的抗拉强度,有效的控制、抑制混凝土的早期收缩裂缝,提高抗裂能力12。极限拉伸和弹性模量是表征水工大体积混凝土抗裂性能的重要指标,极限拉伸大小直接显示了混凝土抗裂能力,从提高混凝土抗裂性能考虑,希望混凝土的极限拉伸大,弹性模量要小13。掺维克 改性聚乙烯醇纤维混凝土抗裂性能的影响试验成果见表 2。从表 2 试验成果可以看出,在混凝土中掺维克 改性聚乙烯醇纤维后,可以降低混凝土弹模提表
12、 2 混凝土抗裂性能试验成果表试验编号弹模/104 MPa轴心抗拉强度极限拉伸 10-6纤维掺量/(kg/m3)7 d28 d90 d180 d7 d28 d90 d180 d7 d28 d90 d180 dJP-11.992.683.123.451.542.563.213.868192119132不掺JP-21.752.382.793.111.692.893.544.25881051311460.9JP-131.512.122.673.041.272.012.563.076579104113不掺JP-51.351.962.442.791.392.312.813.4276911121270.9
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