高鑫玥

(遼寧省營(yíng)口市老邊區(qū)水利事務(wù)中心,遼寧 營(yíng)口 115005)

混凝土護(hù)坡具有整體性好、耐久性好、防風(fēng)浪效果好、強(qiáng)度高、抗沖刷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是水利工程中邊坡加固中的常用方法。然而,普通混凝土由于受材料、級(jí)配、水灰比等因素的影響,通常在工程運(yùn)行期間出現(xiàn)開(kāi)裂,腐蝕破壞等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響邊坡安全,因此研究高性能護(hù)坡混凝土具有重要安全意義。

尹紹清等[1]復(fù)配了不同強(qiáng)度活性指數(shù)的粉煤灰用于混凝土性能試驗(yàn),比較研究了不同強(qiáng)度活性指數(shù)的粉煤灰對(duì)混凝土力學(xué)性能、變形性能、耐久性能及混凝土對(duì)鋼筋握裹性能等的影響;劉若華等[2]采用了萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)分析了材料斷裂伸長(zhǎng)率和抗拉強(qiáng)度受不同種類(lèi)異氰酸酯的影響;郝玉同等[3]針對(duì)水分蒸發(fā)抑制劑不同稀釋比和噴灑方式進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M;李亞楠[4]通過(guò)試驗(yàn)的方式探討了摻加不同粉煤灰品質(zhì)的水工混凝土性能;李瑩[5]分別選用3種常用速凝劑對(duì)北方寒區(qū)水利工程噴射混凝土速凝劑性能進(jìn)行試驗(yàn)研究;陳京林[6]為增強(qiáng)注漿材料的力學(xué)性能,研究了玻璃纖維混凝土性能;張曉磊[7]研究了6種引氣劑對(duì)水工混凝土性能指標(biāo)的影響;孫黎強(qiáng)[8]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方式,對(duì)樹(shù)脂種類(lèi)、摻量和骨料級(jí)配對(duì)樹(shù)脂基透水混凝土性能的影響進(jìn)行研究;范向前等[9]基于某水利樞紐工程提供的兩種不同混凝土配合比及現(xiàn)場(chǎng)粗細(xì)骨料,研究了混凝土梁三點(diǎn)彎曲試驗(yàn),測(cè)定其坍落度、抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度等性能參數(shù)。

本文為提高虎莊節(jié)制閘除險(xiǎn)工程護(hù)坡混凝土性能,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了不同含量聚酯纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響,對(duì)比分析了普通混凝土和纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗彎測(cè)試以及耐久性的差異,研究成果可為相關(guān)工程提供參考。

1 工程概況

2 試驗(yàn)方法與材料

2.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)制備的復(fù)合纖維混凝土由堿激發(fā)劑、細(xì)骨料、粗骨料、塑料纖維和水泥組成,強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)C30。其中堿激發(fā)劑采用氫氧化鈉溶液,純度98%,呈白色半透明結(jié)晶狀,密度2.13 g/cm3,臨界壓力25 MPa;塑料纖維采用聚丙烯抗裂纖維,厚度0.3 mm,長(zhǎng)度6 mm;水泥采用符合《混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2019)的硅酸鹽水泥。本次采用的細(xì)骨料平均粒徑小于4.75 mm,細(xì)度模數(shù)為2.1,比重為2.3,而粗骨料平均粒徑為17 mm,比重2.8。

2.2 試驗(yàn)配比設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)配比設(shè)計(jì)如表1所示。水灰比0.5, 水泥387 kg/m3,水193.5 kg/m3,細(xì)骨料756 kg/m3,粗骨料1 008 kg/m3,纖維含量分別為0%、10%、20%、30%、40%和50%。

表1 試驗(yàn)配比設(shè)計(jì) kg/m3

2.3 試樣制備及測(cè)試

試樣制備前,先將聚酯纖維用NAOH溶液浸泡8 h,浸泡時(shí)間到后用水沖洗,直至干凈干燥。試樣制備時(shí),采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)使纖維均勻分散于混凝土中,通過(guò)分散機(jī)加料。第一步先將粗細(xì)骨料攪拌均勻,第二步加入纖維攪拌,最后將水泥和水加入再攪拌,攪拌均勻后成型養(yǎng)護(hù),同時(shí)制備參照組。新拌混凝土顏色較深,外觀光亮,將其裝入150 mm×150 mm×150 mm的成型箱中振動(dòng)成型,待觀察無(wú)任何凝結(jié)跡象,抗壓強(qiáng)度無(wú)任何退化后,送入養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)28 d,然后取出進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。本次混凝土試驗(yàn)時(shí)每組3塊試件,按照標(biāo)準(zhǔn)《混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2019)分別進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試、抗凍測(cè)試以及耐久性測(cè)試,計(jì)算其平均值。圖1為聚酯纖維和混凝土試樣。

圖1 聚酯纖維和混凝土試樣

3 試樣性能分析

3.1 混凝土抗壓強(qiáng)度

圖2給出了不同纖維含量下,混凝土抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。由圖可知,纖維混凝土的強(qiáng)度要明顯高于普通混凝土,其中當(dāng)纖維含量小于30%時(shí),混凝土抗壓強(qiáng)度隨著纖維含量的增加而增加,但當(dāng)纖維含量超過(guò)30%時(shí),混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)降低。此次試驗(yàn),普通混凝土28 d強(qiáng)度為32.6 MPa,而當(dāng)纖維含量為10%時(shí),混凝土28 d強(qiáng)度增加至33.7 MPa;纖維含量為20%時(shí),混凝土28 d強(qiáng)度增加至35.7 Mpa;纖維含量為30%時(shí),混凝土28 d強(qiáng)度增加至36.4 MPa,此時(shí)混凝土28 d強(qiáng)度達(dá)到最大。

圖2 不同纖維含量下混凝土抗壓強(qiáng)度 圖3 不同纖維含量下混凝土抗彎強(qiáng)度

3.2 混凝土抗彎強(qiáng)度

圖3給出了不同纖維含量下,混凝土抗彎強(qiáng)度變化規(guī)律。由圖可知,聚酯纖維同樣對(duì)混凝土抗彎強(qiáng)度有一定增強(qiáng)效果。普通混凝土28 d強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度為4.31 MPa,而當(dāng)纖維含量為10%時(shí),混凝土28 d抗彎強(qiáng)度增加至4.52 MPa;纖維含量為20%時(shí),混凝土28 d抗彎強(qiáng)度增加至4.68 MPa;當(dāng)纖維含量為30%時(shí),混凝土28 d抗彎強(qiáng)度增幅較為明顯,達(dá)到4.96 MPa; 纖維含量為40%時(shí),混凝土28 d抗彎強(qiáng)度開(kāi)始降低至4.87 MPa,而纖維含量為50%時(shí)繼續(xù)降低至4.76 MPa。

3.3 混凝土耐鹽腐蝕性

為進(jìn)一步對(duì)比分析普通混凝土與纖維混凝土耐鹽腐蝕性,試驗(yàn)時(shí)將含不同纖維含量的試件浸泡在10%的硫酸鎂溶液中,浸泡時(shí)間為30 d,然后通過(guò)稱(chēng)取混凝土的質(zhì)量來(lái)評(píng)估其耐鹽腐蝕性。圖4給出了不同含量纖維混凝土在浸泡前后的質(zhì)量變化規(guī)律。由圖可知,普通混凝土和纖維混凝土在鹽溶液中浸泡30 d后,質(zhì)量都出現(xiàn)不同程度的損傷。其中,普通混凝土質(zhì)量降低了2.12%,而纖維含量為10%、20%、30%、40%和50%的混凝土質(zhì)量分別損失了1.69%、1.25%、1.27%、1.64%和2.70%。由試驗(yàn)結(jié)果可知,總體上纖維能夠增加混凝土大的耐鹽腐蝕性,但如果含量過(guò)高(超過(guò)50%),反而會(huì)增加混凝土的腐蝕,這是因?yàn)檫^(guò)量的纖維會(huì)增加混凝土的孔隙,增加了鹽分流入的空間,加速混凝土腐蝕,因此在生產(chǎn)纖維混凝土?xí)r,應(yīng)該將纖維含量控制在最優(yōu)比。

圖4 不同含量纖維混凝土在鹽溶液中的質(zhì)量變化規(guī)律

4 結(jié)語(yǔ)

本文為提高虎莊節(jié)制閘除險(xiǎn)工程護(hù)坡混凝土性能,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了不同含量聚酯纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響,對(duì)比分析了普通混凝土和纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗彎測(cè)試以及耐久性的差異。研究結(jié)果表明:

(1)纖維混凝土的強(qiáng)度要明顯高于普通混凝土,其中當(dāng)纖維含量小于30%時(shí),混凝土抗壓強(qiáng)度隨著纖維含量的增加而增加,但當(dāng)纖維含量超過(guò)30%時(shí),混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)降低。

(2)聚酯纖維同樣對(duì)混凝土抗彎強(qiáng)度有一定增強(qiáng)效果。普通混凝土28 d強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度為4.31 MPa,而當(dāng)纖維含量為10%時(shí),混凝土28 d抗彎強(qiáng)度增加至4.52 MPa;纖維含量為20%時(shí),混凝土28 d抗彎強(qiáng)度增加至4.68 MPa;當(dāng)纖維含量為30%時(shí),混凝土28 d抗彎強(qiáng)度增幅較為明顯,達(dá)到最大4.96 MPa。

(3)普通混凝土和纖維混凝土在鹽溶液中浸泡30 d后,普通混凝土質(zhì)量降低了2.12%,而纖維含量為10%、20%、30%、40%和50%的混凝土質(zhì)量分別損失了1.69%、1.25%、1.27%、1.64%和2.70%。總體上纖維能夠增加混凝土大的耐鹽腐蝕性,但如果含量過(guò)高(超過(guò)50%),反而會(huì)增加混凝土的腐蝕。