改性聚丙烯纖維混凝土在高寒地區(qū)工程中的應用方法

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黑龍江省冬季漫長，結(jié)冰期200天以上，嚴寒日也達100多天，凍土深度為1.5～3.0m，最冷的1月份個別地區(qū)最低氣溫可達-40℃以下，是全國氣溫最低的省份。在如此高寒氣候環(huán)境下，如果建筑物的強度或其他指標不足以抵抗凍脹力時，建筑物就會受凍脹影響而遭到破壞。以水工建筑物為例，其建筑材料主要為鋼筋混凝土，渠首工程和橋、涵、閘等工程結(jié)構因凍脹而產(chǎn)生錯位、裂縫、滑坡、剝蝕及滲漏等事故屢見不鮮。改性聚丙烯纖維混凝土的應用，在一定程度上解決了這一難題。

　　改性聚丙烯纖維混凝土中的聚丙烯纖維是經(jīng)過特殊材料配方和生產(chǎn)工藝加工而成的，使其材料的防靜電性能和物理力學性能得到改善。普通混凝土材料因存在早期收縮裂縫問題而影響混凝土的抗?jié)B性能，摻加改性聚丙烯纖維的混凝土材料，由于纖維在混凝土材料內(nèi)部各方向上的隨機均勻分布，對材料整體產(chǎn)生微加筋作用，提高了混凝土材料的韌性，明顯改善了混凝土的抗裂、抗?jié)B和抗沖擊性能，從而抑制了混凝土塑性變形和收縮裂縫的形成，改善了混凝土的整體性，使水工建筑結(jié)構更好地適應凍脹變形，滿足高寒地區(qū)水利工程建設的需要。

　　1聚丙烯纖維混凝土的性能試驗

　　1.1改性聚丙烯纖維的主要物理性能

　　目前用于混凝土的國產(chǎn)改性聚丙烯纖維的主要物理性能如下：①防靜電性能良好，在水中易于分散；②無吸水性；③相對密度0.9；④熔點160～170℃；⑤燃點590℃；⑥彈性模量大于0.3kg／m㎡；⑦導熱性能低；⑧導電性低；⑨抗酸堿性強；⑩纖維長度15mm（或按用戶要求）。

　　1.2物理力學性能試驗

       1.3耐久性試驗

　　2改性纖維混凝土在防滲工程中的應用

　　2.1沉箱板墻滲漏修補

　　黑龍江省大慶采油廠松花江供水泵房的沉箱板墻，在1998年汛期水位上漲期間發(fā)現(xiàn)漏水和滲水點達百余處，汛后設計采用纖維防水砂漿進行內(nèi)壁防水處理。纖維防水砂漿系摻配防水外加劑與聚丙烯纖維的高標號普通硅酸鹽水泥砂漿，水泥采用425號普通硅酸鹽水泥，水泥砂漿配比為水∶水泥∶砂＝0.55∶1∶2.5，纖維摻量為1kg/m³，防水劑摻量按產(chǎn)品說明使用。處理方法如下：

　?。?）漏水點處理。漏水點鑿開深度大于3cm洗凈后抹壓防水凈漿一層，再用纖維防水砂漿搗壓密實與基面相平，注意水灰比控制接近干硬狀態(tài)以利于搗壓密實。

　　（2）防滲層處理?；鶎悠毡榇蛎幚恚瑖娝逑春竽ㄋ鄡魸{結(jié)合層厚約0.5～1mm，隨后在其上壓抹底層纖維防水砂漿厚為1cm，收漿時進行抹拉毛處理，初凝后再壓抹面層纖維防水砂漿，收漿后進行壓光處理。經(jīng)上述防水處理后，防水層與基底結(jié)合牢固，表面無干縮裂紋，抗?jié)B效果優(yōu)于普通防水砂漿，達到不漏不滲與平整美觀的效果。

　　2.2預制纖維混凝土U形槽渠道

　　黑龍江省木蘭縣香磨山灌區(qū)二分支一斗渠，原渠道斷面為無襯砌梯形結(jié)構。設計采用改性聚丙烯纖維混凝土制作D40薄壁U形槽，纖維摻量為1kg/m³，因混凝土中摻入了改性纖維，不但保持了無纖維時混凝土的抗壓強度，而且提高了纖維混凝土的抗裂及抗折等性能，使U形槽的厚度可減至2cm，減輕了U形槽的重量，也降低了預制U型槽的成本，更便于安裝。安裝預制U形槽時，在U形槽的接縫處也采用了改性聚丙烯纖維混凝土進行勾縫處理，使每兩個U形槽連接處不易產(chǎn)生干縮裂縫保證止水效果。而且一旦渠床產(chǎn)生凍脹力時，因其具有的柔韌性也能適應凍脹變形。經(jīng)過一個凍融周期的觀測，槽體無凍脹破壞現(xiàn)象，基土保持在低含水量狀態(tài)，保障了基土處于無凍脹或低凍脹環(huán)境，從而保證U形槽的完好無損。

　　2.3纖維混凝土板復合膜梯形渠道

　　黑龍江省的輸水渠道大部分為無襯砌土渠，在輸水灌溉過程中水量滲漏損失十分嚴重，為了減少渠道滲漏損失，近年來已陸續(xù)投資興建了一些渠道防滲襯砌工程。襯砌結(jié)構有預制混凝土板、塑膜混凝土、三合土、預制混凝土U形槽等。其中塑膜混凝土板防滲渠道，上層為混凝土板剛性防護層，下層為塑膜柔性防滲層，從而具有剛?cè)嵯酀膬?yōu)點，但在高寒氣候條件下混凝土剛性防護層仍可能遭受凍脹而導致破壞，使防滲渠道發(fā)揮不了應有的灌溉效益。復合土工膜加現(xiàn)澆改性纖維混凝土板做防滲結(jié)構取得了很好效果。改性聚丙烯纖維摻量為1kg/m³，復合膜上現(xiàn)澆纖維混凝土厚度為3～5cm。施工后經(jīng)檢驗纖維混凝土已達設計抗壓強度，并改善了抗裂、抗沖擊強度等性能指標。此結(jié)構較為突出的優(yōu)點是在復合膜上直接澆筑纖維混凝土板，復合膜上短纖維能與纖維混凝土板粘接在一起，共同形成抗凍脹變形的防滲體，有效的起到保護防滲層的作用，達到防止?jié)B漏，保證渠道長期安全運行目的。由于渠道滲漏損失小，使渠床處于低含水狀態(tài)，減輕或消除了寒冷氣候條件下的基土凍脹。無疑，改性聚丙烯纖維的加入改變了普通混凝土只剛不柔的性質(zhì)，能抑制凍脹裂縫的產(chǎn)生和擴展，達到薄而不弱，裂而不碎的效果。經(jīng)過一個周期的凍融觀察，無凍脹破壞。