摘要: 在混凝土中掺入适量的杜拉纤维, 能有效改善混凝土材料的物理性能, 减少混凝土的塑性裂纹和内部微裂纹的出现和扩展, 提高混凝土材料介质的连续性, 对抑制混凝土路面毛丝裂纹的出现和改善混凝土路面抗冲击、抗冻、抗渗等耐久性有重要的作用。通过对杜拉纤维混凝土配合比试验, 提出杜拉纤维混凝土的设计和施工工艺。
关键词: 杜拉纤维混凝土; 配合比试验; 施工工艺
中图分类号: TU528.572 文献标志码: A 文章编号: 1002- 3550-( 2007) 02- 0073- 02
0 引言
杜拉纤维混凝土是一种性能优良的新型建筑材料[1~3]。它能显著提高混凝土的抗裂、抗冲击、抗疲劳等性能, 延长路面使用寿命。近年来, 国内对杜拉纤维混凝土路面和罩面开展了一系列研究, 但大面积应用较少, 在三峡水利枢纽这样的巨型工程中应用则更少。EL.120m 施工栈桥是沟通三峡工程大坝施工的重要通道, 栈桥宽度为19.0m, 主要承担引水压力钢管的吊装、坝顶门机的吊装及坝体混凝土的浇筑等重要任务, 它对三峡二期工程能否顺利完成起着决定性的作用。为提高栈桥道面的质量, 减少维修工作量, 保证交通畅通。因此, 在栈桥引道部位铺筑厚15cm 的杜拉纤维混凝土道面, 作为试验段, 为杜拉纤维混凝土在三峡工程的应用提供技术参考。
1 杜拉纤维混凝土配合比试验及分析
1.1 试验原材料
根据设计文件规定引道路面的控制标准为: 要求28d 抗折强度≥7.5MPa, 轴拉强度3.9MPa, 抗剪强度≥11.0MPa, 抗磨度≥300h/cm。其主要材料为:
(1) 水泥: 水泥统一使用荆门中热42.5 级水泥, 水泥使用前特别注意进行安定性检验。
(2) 骨料: 基坑开挖的微新花岗岩人工粗骨料和下岸溪斑状花岗岩人工砂, 骨料最大粒径20mm, 砂细度模数2.4~2.8。
(3) 外加剂: 浙江龙游外加剂厂生产的ZB-1A 减水剂。
(4) 杜拉纤维的主要技术参数为: 纤维类型为束状单丝; 密度0.91kg/m3; 无吸水性; 熔点是165℃; 抗拉强度为276MPa; 安全、无毒材料; 含湿率小于0.1%; 抗酸碱度极高; 规格约1.9cm;导热性极低; 弹性模量3 793MPa; 拉伸极限15%。
1.2 水泥砂浆强度对比试验
按照标准进行水泥砂浆强度对比试验, 水灰比0.459, 用水量248g, 灰砂重量比1∶2.5, 材料用量: 水泥540g; 砂1 350g; 拌和水248g。水泥砂浆强度对比试验成果见表1。
从表1 可以看出, 掺入0.7kg/m3 的杜拉纤维后, 水泥胶砂抗折强度、抗压强度早期无显著变化; 28d 龄期的抗折强度达到10.8MPa, 比普通水泥胶砂抗折强度提高约25%; 28d 抗压强度为78.4MPa, 比普通水泥胶砂抗压强度提高了21%。
1.3 混凝土拌合物性能试验
拌和时观察杜拉纤维可以迅速与混凝土原材料混合, 混凝土拌合物中的纤维分布均匀, 而且混凝土拌合物插捣容易, 粘聚性良好, 无泌水、骨料分离现象产生。试验成果见表2。从表2 可看出, 杜拉纤维表面经特殊的生产工艺处理, 能够在混凝土拌合物中均匀分散, 而且不影响混凝土的外观。掺
入杜拉纤维后, 有效地降低了混凝土表面的泌水与集料的沉降, 使混凝土拌合物具有良好的粘聚性和保水性。
1.4 杜拉纤维混凝土力学强度和变形性能试验
不同龄期的杜拉纤维混凝土强度试验结果见表3, 变形性能试验成果见表4。
从表4 可以看出, 杜拉纤维混凝土的抗压强度、抗拉强度比普通混凝土都有明显提高。杜拉纤维混凝土的弹性模量低于普通混凝土, 即其极限拉伸率高于普通混凝土, 故在动荷载与冲击荷载作用下可吸收能量, 从而提高混凝土的变形能力, 并相应降低混凝土的脆性; 杜拉纤维独特的表面处理工艺使其可
以和水泥基料紧密地结合在一起, 极大地保持了混凝土的整体强度, 阻碍了混凝土中裂缝的迅速扩展, 增强了混凝土的抗冲击能力, 这一特点使之非常适用于路面工程。
1.5 杜拉纤维混凝土的耐磨损性能试验
按照JGJ053-9《4 公路工程水泥混凝土试验规程》中混凝土抗磨性试验, 进行杜拉纤维混凝土的抗磨损试验。试件尺寸为150mm×150mm×150mm 立方体标准试块, 将试件放至耐磨耗试验机上, 用夹具将其紧固, 在200N 负荷下磨50 转。试验结果表明, 杜拉纤维混凝土的耐磨性要优于普通混凝土。杜拉纤维混凝土耐磨机理分析: 杜拉纤维混凝土除了组成材料水泥浆体和粗细骨料对耐磨性的贡献外, 纤维的阻裂效应, 使混凝土在磨损过程中始终保持其整体性, 纤维的连结作用又使骨料之间不致于破损, 保证了杜拉纤维混凝土内部结构的连续性, 而材料的整体性直接增强了其抵抗微切削磨损破坏的能力, 因此杜拉纤维掺入混凝土中, 对于提高混凝土本身的耐磨性有很大帮助。
1.6 杜拉纤维混凝土配合比
杜拉纤维混凝土配合比设计强度指标, 以抗压强度和抗折强度作为双控指标。影响配合比的主要因素是水胶比、外加剂掺量、砂率以及杜拉纤维掺量, 根据技术规范及经济合理的原则,经室内试配, 确定试验室配合比见表5 所示。杜拉纤维掺量为0.7kg/m3, 水胶体积比为0.33, 外加剂掺量为1.2%, 砂率为45%。
2 杜拉纤维混凝土的设计和施工工艺
杜拉纤维混凝土是杜拉纤维乱向掺与的混凝土, 可视为一种高强混凝土。因而可充分应用现行的刚性路面的设计规范及其标准试件的试验方法, 把其试验值通过数值统计理论就可以建立半经验半理论的路面结构设计方法。这种方法主要决定路面结构三大要素: 弯拉强度与立方体抗压强度; 标准轴载次数与疲劳强度; 弯拉强度与弯拉弹性模量等方面建立关系, 就可以直接参照刚性路面所公布的设计规范的有关条例进行路面结构设计。杜拉纤维混凝土路面结构设计方法就是根据上述路面设计的三大要素建立起来的设计方法。
在道面杜拉纤维混凝土施工时, 先测试当天的砂、碎石的含水量, 据此将理论配合比换算为施工配合比。外加剂、水、砂、碎石、水泥及杜拉纤维等材料应严格计量, 投料按碎石、砂、水泥、外加剂、杜拉纤维、水的顺序进行加料拌和, 拌和时间较普通水泥混凝土延长30~60s 左右, 以确保杜拉纤维混凝土出料后分散均匀, 其降解纸袋也能完全分解在混凝土混合物中, 没有絮凝成团的现象。杜拉纤维混凝土出料后, 用搅拌车将拌合物送至指定位置, 人工将拌合物大致摊铺整平。先用平板式振捣器进行振捣, 再用振动梁进行拖平振捣, 确保混凝土振捣均匀、密实、不漏振。在混凝土初凝前采用圆盘式抹光机抹面加人工精抹, 确保混凝土表面平整无浮浆。待杜拉纤维混凝土收浆后及时遮盖彩条布, 彩条布不得紧贴混凝土表面。杜拉纤维混凝土道面应加强早期的养护工作, 杜拉纤维混凝土终凝后的3d 内要24h 洒水养护, 7d 内保持湿润养护。终凝前严禁行人及其他重物通行, 在交通开放前的3d 内严禁一切车辆通行。切缝时间必须恰到好处,过早会因锯片振动, 使碎石和纤维与水泥粘结松动, 形成不可愈合的早期损坏, 过迟则易造成混凝土先行收缩开裂。
3 结束语
三峡工程EL.120m 施工栈桥交通量大, 重载车多, 经过几年的通车运行, 引道部位铺装层未出现任何质量问题, 工程质量明显优于普通混凝土铺装, 达到了预期目的, 确保三峡二期工程顺利按期完工。杜拉纤维混凝土与普通混凝土相比, 工程造价略有提高, 但由于其强度和耐久性明显优于普通混凝土,工程质量提高, 维修周期延长, 长远效益和社会效益较好, 因而值得在桥面铺装及旧路罩面工程中推广应用。
参考文献:
[1] 翁志峰, 黎志强.杜拉纤维混凝土的应用[J].广西土木建筑,( 2002) 增刊, 267- 270.
[2] 徐至钧.杜拉纤维在路桥工程中的应用[J].特种结构, 2002, 2( 19) :65- 66.
[3] 戴建国.全国第七届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集[C].北京:中国铁道出版社, 1998.
